Маскирующее устройство
Маскирующее устройство — это гипотетическая или вымышленная стелс-технология , которая может сделать объекты, такие как космические корабли или отдельных людей, частично или полностью невидимыми для частей электромагнитного (ЭМ) спектра . Вымышленные маскировочные устройства уже много лет используются в качестве сюжетных приемов в различных средствах массовой информации.
Развитие научных исследований [1] показывают, что реальные маскировочные устройства могут скрывать объекты как минимум от одной длины волны электромагнитного излучения. Ученые уже используют искусственные материалы, называемые метаматериалами, для преломления света вокруг объекта. [2] Однако по всему спектру замаскированный объект рассеивает больше, чем незамаскированный объект. [3]
Вымышленное происхождение
[ редактировать ]Плащи с магической силой невидимости появляются с самых первых дней повествования. С момента появления современной научной фантастики было придумано множество вариаций на эту тему, основанных на реальности. «Звездного пути» Сценарист Пол Шнайдер , вдохновленный частично фильмом 1958 года «Беги молча, беги глубоко », а частично фильмом «Враг внизу» , вышедшим в 1957 году, представил маскировку как космический аналог погружения подводной лодки и применил ее. в эпизоде «Звездного пути» 1966 года « Баланс ужаса », в котором он представил ромуланскую расу, чьи космические корабли широко используют маскировочные устройства. (В том же эпизоде он также предсказал, что невидимость, «избирательное искривление света», как описано выше, потребует огромного энергопотребления.) Другой сценарист «Звездного пути» , Д.С. Фонтана , придумал термин «маскирующее устройство» для эпизода 1968 года. « Инцидент на предприятии », в котором также фигурируют ромуланцы.
«Звездный путь» наложил ограничение на использование этого устройства: космический корабль не может стрелять из оружия, использовать защитные щиты или управлять транспортерами , находясь в маскировке; [4] таким образом, он должен «расмаскироваться» для стрельбы - по сути, как подводная лодка, которой необходимо «всплывать» на поверхность, чтобы запустить торпеды. [5]
С тех пор писатели и дизайнеры игр использовали маскировочные устройства во многих других научно-фантастических повествованиях, включая «Доктора Кто» , «Звездные войны » и «Звездные врата» .
Научные эксперименты
[ редактировать ]Действующее невымышленное маскировочное устройство может быть продолжением базовых технологий, используемых самолетами-невидимками, таких как темная краска, поглощающая радары, оптический камуфляж, охлаждение внешней поверхности для минимизации электромагнитного излучения (обычно инфракрасного ) или другие методы для минимизации. другие электромагнитные выбросы, а также минимизировать выбросы частиц от объекта. Использование определенных устройств для глушения и путаницы устройств дистанционного зондирования могло бы очень помочь в этом процессе, но правильнее было бы назвать это « активным камуфляжем ». Альтернативно, метаматериалы обеспечивают теоретическую возможность заставить электромагнитное излучение свободно проходить вокруг «замаскированного» объекта. [6]
Исследования метаматериала
[ редактировать ]Оптические метаматериалы фигурируют в нескольких предложениях по схемам невидимости. «Метаматериалы» относятся к материалам, преломляющие свойства которых обусловлены их структурой, а не веществами, из которых они состоят. Используя трансформационную оптику, можно спроектировать оптические параметры «плаща» так, чтобы он направлял свет вокруг некоторой области, делая его невидимым в определенном диапазоне длин волн. [7] [8]
Эти пространственно изменяющиеся оптические параметры не соответствуют никакому природному материалу, но могут быть реализованы с использованием метаматериалов . Существует несколько теорий маскировки , порождающих разные виды невидимости. [9] [10] [11] В 2014 году ученые продемонстрировали хорошие характеристики маскировки в мутной воде, продемонстрировав, что объект, окутанный туманом, может полностью исчезнуть, если его соответствующим образом покрыть метаматериалом. Это происходит из-за случайного рассеяния света, например того, что происходит в облаках, тумане, молоке, матовом стекле и т. д., в сочетании со свойствами покрытия из метаматериала. Когда свет рассеян, тонкий слой метаматериала вокруг объекта может сделать его практически невидимым в различных условиях освещения. [12] [13]
Активный камуфляж
[ редактировать ]
Активный камуфляж (или адаптивный камуфляж ) — это группа технологий камуфляжа , которые позволяют объекту (обычно военного характера) сливаться с окружающей средой за счет использования панелей или покрытий, способных менять цвет или яркость. Активный камуфляж можно рассматривать как потенциал, способный стать совершенством искусства маскировки вещей от визуального обнаружения.
Оптический камуфляж — это разновидность активного камуфляжа, при котором человек носит ткань, на которую проецируется изображение сцены непосредственно позади пользователя, так что владелец кажется невидимым. Недостаток этой системы заключается в том, что при движении владельца плаща часто возникает видимое искажение, поскольку «ткань» догоняет движение объекта. Концепция пока существует только в теории и в виде прототипов, подтверждающих концепцию, хотя многие эксперты считают ее технически осуществимой.
Сообщается, что британская армия провела испытания танка-невидимки. [14]
Плазменный стелс
[ редактировать ]Плазма в определенных диапазонах плотности поглощает определенные полосы широкополосных волн, потенциально делая объект невидимым. Однако генерирование плазмы в воздухе слишком дорого, и реальной альтернативой является создание плазмы между тонкими мембранами. [15] Центр военной технической информации также продолжает исследования в области технологий RCS , снижающих плазменную эффективность . [16] Устройство плазменной маскировки было запатентовано в 1991 году. [17]
Метаскрин
[ редактировать ]Прототип Метаэкрана представляет собой заявленное маскирующее устройство, толщина которого составляет всего несколько микрометров и в ограниченной степени может скрывать трехмерные объекты от микроволн в их естественной среде, в их естественном положении, во всех направлениях и со всех позиций наблюдателя. Он был подготовлен в Техасском университете в Остине профессором Андреа Алу . [18]
Метаэкран состоял из поликарбонатной пленки толщиной 66 микрометров, поддерживающей медные полоски толщиной 20 микрометров, которые напоминали рыболовную сеть . В эксперименте, когда на метаэкран воздействовали микроволны частотой 3,6 ГГц, он повторно излучал микроволны той же частоты, которые были в противофазе, тем самым компенсируя отражения от скрываемого объекта. [18] Устройство компенсировало рассеяние микроволн только в первом порядке. [18] те же исследователи опубликовали статью о « плазмонной маскировке ». Годом ранее [19]
Маскирующее устройство Хауэлла/Чоя
[ редактировать ]Профессор физики Рочестерского университета Джон Хауэлл и аспирант Джозеф Чой анонсировали масштабируемое маскирующее устройство, в котором используются обычные оптические линзы для маскировки видимого света в макроскопическом масштабе, известное как « Рочестерский плащ ». Устройство состоит из серии из четырех линз, которые направляют лучи света вокруг объектов, которые в противном случае перекрывали бы оптический путь . [20]
Клоакинг в механике
[ редактировать ]Концепции маскировки не ограничиваются оптикой, но могут быть перенесены и в другие области физики. Например, можно было замаскировать акустику на определенные частоты, а также касания в механике. Это делает объект «невидимым» для звука или даже скрывает его от прикосновения. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джон Шварц (20 октября 2006 г.). «Ученые делают шаг к невидимости» . Нью-Йорк Таймс .
- ^ Сани, Гэри. «Иду туда, куда еще никто не ходил», журнал Discovery Channel №3. ISSN 1793-5725
- ^ Монтикон, Ф.; Алу, А. (2013). «Действительно ли замаскированные объекты меньше рассеивают?». Физ. X. Ред . 3 (4): 041005. arXiv : 1307.3996 . Бибкод : 2013PhRvX...3d1005M . дои : 10.1103/PhysRevX.3.041005 . S2CID 118637398 .
- ^ Окуда, Майкл; Окуда, Дениз (1999). Энциклопедия Звездного пути . Саймон и Шустер. ISBN 9781451646887 .
- ^ Сопан Деб (12 ноября 2017 г.). «Звездный путь: Дискавери, 1 сезон, 9 серия: Неряшливые разборки» . Нью-Йорк Таймс .
Клингонам приходится скрываться, чтобы стрелять.
- ^ Сервис, Роберт Ф.; Чо, Адриан (17 декабря 2010 г.). «Новые странные трюки со светом». Наука . 330 (6011): 1622. Бибкод : 2010Sci...330.1622S . дои : 10.1126/science.330.6011.1622 . ПМИД 21163994 .
- ^ Пендри, Дж.Б.; Шуриг, Д.; Смит, Д.Р. (2006). «Управление электромагнитными полями» (PDF) . Наука . 312 (5781): 1780–1782. Бибкод : 2006Sci...312.1780P . дои : 10.1126/science.1125907 . ПМИД 16728597 . S2CID 7967675 . Архивировано (PDF) из оригинала 6 октября 2016 г.
- ^ Леонхардт, Ульф; Смит, Дэвид Р. (2008). «Фокус на маскировке и оптике трансформации» . Новый журнал физики . 10 (11): 115019. Бибкод : 2008NJPh...10k5019L . дои : 10.1088/1367-2630/10/11/115019 .
- ^ Перейти обратно: а б Инами, М.; Каваками, Н.; Тачи, С. (2003). «Оптический камуфляж с использованием светоотражающей проекционной технологии» (PDF) . Второй международный симпозиум IEEE и ACM по смешанной и дополненной реальности, 2003 г. Материалы . стр. 348–349. CiteSeerX 10.1.1.105.4855 . дои : 10.1109/ISMAR.2003.1240754 . ISBN 978-0-7695-2006-3 . S2CID 44776407 . Архивировано (PDF) из оригинала 26 апреля 2016 г.
- ^ Алу, А.; Энгета, Н. (2008). «Плазмонная и метаматериальная маскировка: физические механизмы и потенциалы» . Журнал оптики A: Чистая и прикладная оптика . 10 (9): 093002. Бибкод : 2008JOptA..10i3002A . CiteSeerX 10.1.1.651.1357 . дои : 10.1088/1464-4258/10/9/093002 . Архивировано из оригинала 20 апреля 2016 г.
- ^ Гонано, Калифорния (2016). Взгляд на метаповерхности, схемы, голограммы и невидимость (PDF) . Политехнический институт Милана, Италия. Архивировано (PDF) из оригинала 24 апреля 2016 г.
- ^ Смит, Дэвид Р. (25 июля 2014 г.). «Маскировочное покрытие для мутных носителей». Наука . 345 (6195): 384–385. Бибкод : 2014Sci...345..384S . дои : 10.1126/science.1256753 . ПМИД 25061192 . S2CID 206559590 .
- ^ Шиттни, Роберт и др. (25 июля 2014 г.). «Маскировка-невидимка в среде рассеянного света» . Наука . 345 (6195): 427–429. Бибкод : 2014Sci...345..427S . дои : 10.1126/science.1254524 . ПМИД 24903561 . S2CID 206557843 .
- ^ Кларк, Джош. «Армия испытывает танк-невидимку?» Архивировано 1 марта 2012 г. на Wayback Machine , HowStuffWorks.com , 3 декабря 2007 г., по состоянию на 22 февраля 2012 г.
- ^ Маскировка плазмы: химический состав воздуха, широкополосное поглощение и резервное копирование генерации плазмы. Архивировано 2 августа 2009 г. в Wayback Machine , февраль 1990 г.
- ^ Грегуар, диджей; Сантору, Дж. ; Шумахер, Р.В. Аннотация. Архивировано 2 августа 2009 г. в Wayback Machine. Распространение электромагнитных волн в ненамагниченной плазме. Архивировано 2 августа 2009 г. в Wayback Machine , март 1992 г.
- ^ Рот, Джон Р. «Система поглощения микроволнового излучения», патент США 4 989 006.
- ^ Перейти обратно: а б с Тим Воган (28 марта 2013 г.). «Ультратонкий «метаэкран» образует новейший плащ-невидимку» . PhysicsWorld.com . Архивировано из оригинала 17 августа 2013 года.
- ^ http://iopscience.iop.org/1367-2630 Новый физический журнал, март 2013 г.
- ^ Устройство «Маскировка» использует обычные линзы для скрытия объектов под разными углами» . Наука Дейли . 29 сентября 2014 г. Архивировано из оригинала 01 октября 2014 г. Проверено 15 августа 2021 г.
- ^ Бюкманн, Тьемо (2014). «Плащ упруго-механической неуязвимости из пентамодовых метаматериалов» . Природные коммуникации . 5 (4130): 4130. Бибкод : 2014NatCo...5.4130B . дои : 10.1038/ncomms5130 . ПМИД 24942191 .
- Ринкон, Пол (19 октября 2006 г.). «Эксперты тестируют технологию маскировки» . Новости Би-би-си . Проверено 5 августа 2008 г.
- Mosnews - Статья доктора Олега Гадомского о маскировочном устройстве
- « MSNBC: Можно ли сделать объекты невидимыми? »
- Оптический камуфляж от лаборатории Tachi Lab в Японии.
- Space Daily - Инженеры создают конструкцию оптической маскировки для невидимости, апрель 2007 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Техасский университет в Остине, Инженерная школа Кокрелла , исследователи из UT в Остине создают ультратонкий плащ-невидимку , 26 марта 2013 г.
- Новый журнал физики , «Демонстрация сверхнизкопрофильного плаща для подавления рассеяния стержня конечной длины в свободном пространстве», Дж. К. Сорик, П. Я. Чен, А. Керкхофф, Д. Рейнуотер, К. Мелин и Андреа Алу, март 2013 г.
- Новый журнал физики , «Экспериментальная проверка трехмерной плазмонной маскировки в свободном пространстве», Д. Рейнуотер, А. Керхофф, К. Мелин, Дж. К. Сорик, Г. Морено и Андреа Алу, январь 2012 г.
- Physical Review X , «Действительно ли замаскированные объекты меньше рассеивают», Франческо Монтиконе и Андреа Алу, октябрь 2013 г.
