Сучасні стелс-технології: невидимі підводні човни, літаки і навіть світло

1. Літаки ховаються від радіохвиль, субмарини - від звуку, люди - від хвиль світлового діапазону Уже...
2. Авіація: більше прямих ліній і холодний вихлоп
3. Субмарини: виручить "луска" з метаматеріалів
4. Видиме світло: лазер і скловолокно в допомогу
5. Ще ідея: наномагніти змусять світло огинати об'єкт

Літаки ховаються від радіохвиль, субмарини - від звуку, люди - від хвиль світлового діапазону

Уже з першої в історії полювання і тим більше з першого збройного конфлікту між людьми почався розвиток засобів маскування . До середини минулого століття для того, щоб ворог не помітив техніку і людей, досить було не створювати зайвого шуму, дотримуватися світломаскування вночі і не виділятися на навколишньої місцевості днем. Радіолокатори, приціли нічного бачення, тепловізори та т. Д. В корені змінили ситуацію. І тепер уже тисячі умів напружено працюють над одним завданням: як зробити військову техніку і особовий склад невидимими.

Теорія: для різної техніки - свій діапазон хвиль

Технології зниження помітності бойових машин в радіолокаційному, інфрачервоному та інших областях спектра за допомогою спеціально підібраних геометричних форм, матеріалів і покриттів отримали назву стелс-технологій (від англ. Stealth - "виверт" або "невидимий").
У багатьох випадках немає ніякої необхідності робити техніку або людей невидимими в стилі казкової шапки-невидимки або книг Джоан Роулінг чи Герберта Уеллса. Літаку в першу чергу важливо, щоб його заздалегідь не торкнулися промені ворожих радіолокаторів. Тому що "візуальний контакт" (т. Е. Шанс побачити ворога неозброєним оком) в сучасній війні взагалі може не відбутися: крилаті ракети відокремлюються від літака і спрямовуються до мети ще за десятки кілометрів. Інша справа - уникнути засвічення ворожими радіолокаторами: вони можуть помітити ворога мало не на аеродромі і піднімуть на вуха всю систему протиповітряної оборони. Так що витрачатися на невидимий для людського ока бомбардувальник поки сенсу немає: він повинен бути невидимий в радіо- і інфрачервоному діапазоні.

Все вищесказане повною мірою відноситься і до надводним судам. А ось підводні човни шукають по шуму гвинтів, тому для субмарин важлива безшумність. А також, за аналогією з авіацією, поменше світитися на екранах сонаров, іншими словами - "невидимість" в звуковому діапазоні хвиль.
Нарешті, для наземної та повітряної техніки, як правило, має потужні двигуни, важливо поменше світитися в інфрачервоному діапазоні.

В темряві. Теплове випромінювання, що виходить від тіла, може видати бійців навіть в непроглядній пітьмі

Авіація: більше прямих ліній і холодний вихлоп

Основним засобом виявлення літальних апаратів і суден стали радіолокаційні станції (РЛС). Антена локатора посилає сигнал в контрольоване їм простір. Він відбивається від знаходяться там об'єктів на всі боки, в тому числі - в напрямку прийомної антени. За часом, необхідному сигналу для подолання шляху від РЛС об'єкта і назад, обчислюється відстань. Після обробки інформації про зміну властивостей сигналу (ослаблення, зміна частоти і т. Д.) Обчислювальний комплекс РЛС може видати ще багато чого важливого про об'єкт. Одним словом, чим краще літак, ракета або корабель відбиває радіохвилі, тим на більшій відстані його можна виявити і пізнати.

Радіолокаційна "невидимість" (якщо говорити коректно - малопомітність) досягається застосуванням деяких конструктивних особливостей. Вони дозволяють відображати радіолокаційні хвилі в бік від випромінюючої ворожої РЛС. Також в ходу спеціальні матеріали і покриття, завдання яких - поглинати енергію власних радіолокаційних і електронних систем.

У поперечному перерізі такі літаки роблять вузькими, навіть плоскими, з мінімальною кількістю виступів. Плавні, криволінійні поверхні застосовуються мінімально, замість них - площині і гострі кути, що відображають радіохвилі куди завгодно, тільки не назад в сторону радара. Для вирішення цієї ж задачі зростає стреловидность крил і з'являється V-подібне хвостове оперення.

"Невидимки" ретельно покриваються спеціальним складом. Падіння на нього електромагнітне випромінювання змушує намагнічені мікрочастки, що входять до складу чудо-покриття, міняти свою орієнтацію. На цей процес витрачається енергія випромінювання: воно поглинається, і тільки невелика йде назад в простір. Нарешті, в конструкції максимально використовуються композитні матеріали, погано відбивають радіохвилі.

Літак "світиться" не тільки в промені радіолокатора: розпечений двигун і такий же шлейф газів за ним прекрасно видно в інфрачервоному діапазоні. Такі теплі місця чудово виявляють головки наведення ракет.

Наприклад, скільки не старалися конструктори стратегічного надзвукового розвідника ВПС США SR-71 (навіть цезій додавали в паливо для зниження температури вихлопу), літак відмінно виявлявся по потоку вихлопних газів. А ще додавався нагрів корпусу на великих швидкостях за рахунок тертя об повітря.

Тому стали застосовувати двигуни, що створюють широку вихлопну струмінь з меншою температурою. Плюс в системи додали примусове охолодження.

SR-71. Це чудо техніки демаскував потік гарячих газів з двигунів. Фото: USAF / Judson Brohmer

Субмарини: виручить "луска" з метаматеріалів

У Пенсільванському університеті (США) розроблено покриття, здатне дуже ефективно поглинути і переломити поширюються під водою акустичні хвилі - ті самі, якими промацують товщі океанів гідролокатори в пошуках ворожих підводних човнів. У винаходу американців відображення і розсіювання звукових хвиль мінімально, і виходить, що ворожий сонар просто не бачить знаходиться в його зоні дії об'єкт.

Маскує субмарину покриття складається з осередків з розмірами, які менше довжини акустичних хвиль. Виготовляють його з металевих пластинок, перфорованих особливим чином.

Випробування елементів майбутнього покриття проводилися в заповненому водою басейні з джерелом звукових хвиль частотою 7-12 кГц і безліччю гідрофонів. Вони дали об'ємну картину поведінки звукових коливань в басейні. Виявилося, що піраміда з нового матеріалу навіть якщо і відображала хвилі в зворотному напрямку, то фаза, амплітуда і інші параметри звукових хвиль не збігалися з параметром хвиль, що відображаються від поверхні якого-небудь об'єкта. Така ситуація безнадійно ускладнює роботу гідролокатора.

елемент покриття

Приклад з покриттям для субмарин цікавий застосуванням так званих метаматеріалів. Цим терміном визначають рукотворні матеріали, що володіють складною внутрішньою і поверхневої структурами. Завдяки цьому вони набувають властивостей, яких немає у матеріалів природного походження. Як правило, метаматеріали є композитами, в основі яких метали, кераміка і різні пластики.

Атомний підводний човен. Повинна мінімально шуміти гвинтами і не світитися в променях гідролокатором. Фото: US Navy

Видиме світло: лазер і скловолокно в допомогу

Звичайно, підсвідомо при слові "невидимка" все представляють можливість стати недосяжним для поглядів інших людей. Тобто стати невидимим в світловому діапазоні хвиль.
Роботи в області оптичної "невидимості" ведуться давно, і є деякі успіхи. Поки що вдавалося попрацювати з дрібними об'єктами. Дуже дрібними: їх розміри порівнянні з довжиною хвилі світла. Також успіх досягнутий для вузького діапазону хвиль. Але ці технології жахливо дороги. І новий метод, запропонований в Університеті Пердью (США), дозволяє обійти ці труднощі.
Він базується на застосуванні скловолоконних світловодів, поверхні яких огранили особливим чином. Опромінення лазером такого світловода дозволяє "приховати" об'єкт, розміри якого в сотні разів більше довжини хвилі. Розробники вважають, що якщо покрити поверхню об'єкта такими световодами, його можна заховати цілком. Скловолоконний світловод володіє широкою смугою пропускання, тому пропонована технологія "невидимості" повинна працювати успішно в усьому діапазоні видимого світла.

Розробка американців базується на новій галузі - перетворювальної оптиці. Успіхи в цьому напрямку, крім обговорюваної тут невидимості, очікуються на різних напрямках технологій: гіперлінзи для мікроскопів з немислимою для нинішньої техніки силою збільшення, які дають надію побачити своїми очима, наприклад, ДНК. Або створення комп'ютерів, в яких замість електричних імпульсів використовують світлові.

Скловолокно. Тканина з світловодів особливої форми може втілити в реальність плащ Гаррі Поттера

Ще ідея: наномагніти змусять світло огинати об'єкт

Голландські фахівці запропонували свій підхід в справі створення шапки-невидимки. Команда з Інституту атомної і молекулярної фізики AMOLF спробували відхилити промені світла, впливаючи на магнітну складову світлової хвилі. Ідея полягає в наступному.

Нагадаємо, світло - це електромагнітна хвиля. Вплив на одну з цих складових може змінити параметри хвилі. У тому числі і напрямок.

Але для того щоб впливати на магнітні поля тієї частоти, яка відповідає світлових хвиль, жоден з наявних у розпорядженні людини природних (та й синтетичних) матеріалів не підходить. Всі вони погано взаємодіють зі змінним магнітним полем тієї частоти, з якою воно змінюється в світловій хвилі.

Довелося використовувати вже згадувані в цій статті метаматеріали. І вчені з AMOLF розробили покриття, що складається з так званих "наноколец".

Чудо-тканину. Складається з наноколец, що працюють як магніти. Фото: AMOLF

Світлові хвилі (ще раз нагадуємо - це електромагнітні коливання) наводять в нанокольцах змінний струм, і кожне з них в результаті перетворюється в мікроскопічний магніт. Полярність кожного змінюється 500 млрд раз в секунду. Працюючи спільно, міріади наномагнітів впливають як на магнітну, так і на електричну складові хвиль.

В ході експериментів з'ясувалося, що наномагніти здатні створювати над поверхнею метаматериала наведені електромагнітні коливання. Вони являють собою особливу середу: в ній падаючі на поверхню об'єкта світлові хвилі рухаються по огинають лініях уздовж контуру. А оскільки промені не відбиваються від предмета і не потрапляють на сітківку ока спостерігача, то і побачити його, відповідно, немає можливості.

Слід зауважити, що повідомлення про винахід з'явилося ще в 2010 р Журнал Science вніс його навіть в десятку наукових проривів першого десятиліття XXI століття. Але після цього нічого нового про цей цікавий проект почути не довелось - хіба що команда розробників тканини-невидимки заявила, що найенергійнішим чином працює над розширенням спектра хвиль, з яким зможе працювати їхній винахід.

Наномагніт. Жовтий промінь змушений повертати уздовж нього. Фото: AMOLF

Читайте найважливіші та найцікавіші новини в нашому Telegram

джерело: сьогодні