Postęp badań nad podczerwienią i radarem-Zgodne materiały stealth oparte na metamateriałach

Współczesna wojna informacyjna opiera się w dużej mierze na technologiach rozpoznawczych, co sprawia, że ​​przejrzystość pola bitwy jest kluczowym wyzwaniem. Podczerwień (IR) i wykrywanie radarowe są szeroko stosowane, co napędza badania nad materiałami, które są jednocześnie niewykrywalne zarówno w domenie podczerwieni, jak i radaru. W porównaniu z tradycyjnymi materiałami niewidocznymi materiały oparte na metamateriałach-oparte na podczerwieni i{3}}radarach wykazują znacznie lepszą wydajność.

Ukrywanie się w podczerwieni ma na celu zmniejszenie wykrywalności obiektu przez czujniki podczerwieni poprzez minimalizację temperatury i emisyjności jego powierzchni. Sprzęt lub personel o wysokiej-emisyjności silnie kontrastuje z otoczeniem, dlatego niezwykle istotne jest kontrolowanie temperatury powierzchni i emisyjności materiału.

Ukrywanie się radaru koncentruje się na zmniejszaniu-przekroju poprzecznego radaru (RCS), czyli miary ilości energii elektromagnetycznej odbijanej przez cel z powrotem do radaru. RCS można zminimalizować, kształtując obiekt tak, aby rozpraszał fale radarowe, lub stosując materiały-pochłaniające radar (RAM).

Tworzenie materiałów ukrywających się zarówno w podczerwieni, jak i radarach jest wyzwaniem, ponieważ te wymagania są sprzeczne: ukrywanie się w podczerwieni wymaga niskiej absorpcji/emisji, podczas gdy ukrywanie się radaru wymaga wysokiej absorpcji. Badacze stosują dwie główne strategie:

Rozwiązania jednomateriałowe, które łączą niską emisję podczerwieni z wysoką absorpcją radaru.

Rozwiązania kompozytowe oddzielające materiały IR- i radarowe-, zachowujące jednocześnie ich odpowiednie właściwości.

Tradycyjne podejścia do pojedynczych-materiałów obejmują polimery przewodzące, nanomateriały i domieszkowane półprzewodniki tlenkowe. Metamateriały oferują jednak nowy paradygmat.

Metamateriały to materiały inżynieryjne składające się ze struktur jednostek podfalowych. Ich właściwości zależą od struktury, a nie składu chemicznego, umożliwiając niezwykłą kontrolę nad falami elektromagnetycznymi. Typy kluczy obejmują:

Metamateriały elektromagnetyczne: Umożliwia dostosowaną kontrolę nad fazą fali, amplitudą i polaryzacją.

Kryształy fotoniczne: Okresowe struktury dielektryczne, które tworzą fotoniczne przerwy wzbronione, przydatne do ukrywania się w podczerwieni.

Absorpcja metamateriałów: struktury kompozytowe, które zapewniają niemal-idealną absorpcję dzięki dopasowaniu impedancji i rezonansowi elektromagnetycznemu, zapewniając dyskrecję radarową przy minimalnej grubości i wadze.

Kodowane metamateriały: Wykorzystaj zasady projektowania cyfrowego do kontrolowania fazy odbicia, umożliwiając precyzyjną manipulację elektromagnetyczną.

(a) obraz SEM-przekroju próbki CPC; (b) Krzywe porównania przepuszczalności CPC-na bazie szkła i podłoża szklanego przy 2–18 GHz; (c) Mikrostruktura domieszkowanego-jednowymiarowego kryształu fotonicznego.

Materiały na bazie kryształów fotonicznych-
Kryształy fotoniczne składają się z okresowych materiałów dielektrycznych, które mogą blokować lub przenosić określone długości fal elektromagnetycznych. Dostrajając pasmo wzbronione do widma IR, struktury te tłumią emisję podczerwieni. Połączenie kryształów fotonicznych z warstwami-przezroczystymi dla radaru umożliwia jednoczesne ukrywanie się w podczerwieni i radarze. Zademonstrowano wielo-warstwy wielowarstwowe, elastyczne płaszcze i połączone projekty plazmowe-fotoniczne, których zastosowania obejmują wielospektralne ukrywanie się, w tym zakres widzialny i laserowy.

Absorbujące metamateriały
Absorbujące metamateriały osiągają niemal{0}całkowitą absorpcję radarową. Warstwowe konstrukcje z selektywną kontrolą promieniowania IR umożliwiają ukrywanie podczerwieni przy jednoczesnym zachowaniu absorpcji radaru. Przykłady obejmują hierarchiczne struktury metamateriałowe (HMM) i przestrajalne materiały na bazie wody-, które umożliwiają regulację emisyjności podczerwieni, co jest obiecujące w zakresie ukrywania łączy szerokopasmowych.

Kodowane metamateriały
Kodowane metamateriały redukują RCS poprzez inżynieryjne anulowanie fazy. Projekty integrujące losowe siatki metalowe i zakodowane powierzchnie umożliwiają elastyczną kontrolę mikrofal przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej przezroczystości podczerwieni. Zaawansowane struktury łączą warstwy-ekranujące promieniowanie podczerwone z warstwami-pochłaniającymi mikrofale, co zapewnia podwójną zdolność ukrywania się.

Materiały ukrywające się-oparte na metamateriałach i kompatybilne z radarem- ewoluują w kierunku:

Ulepszona wydajność podwójnego ukrywania się dzięki selektywnemu promieniowaniu IR i szerszym pasmom absorpcji radaru.

Kompatybilność z dodatkowymi zakresami widmowymi, w tym światłem widzialnym i laserami.

Zintegrowane projekty redukujące złożoność konstrukcji.

Nadal występują wyzwania związane ze stabilnością materiałów, kosztami produkcji i procesami produkcyjnymi. Obecne techniki, takie jak litografia, trawienie, druk 3D i sitodruk, są kosztowne i złożone. Opracowywanie wysoce-precyzyjnych, tanich-kosztów i trwałych metamateriałów ma kluczowe znaczenie dla praktycznego wdrożenia.

Dynamiczne,-przestrajalne widmo materiałów ukrytych to przyszły kierunek, umożliwiający dostosowanie-w czasie rzeczywistym do systemów wykrywania opartych na sztucznej inteligencji. Materiały-zmieniające fazę i urządzenia elektro-optyczne oferują możliwości dla wielo-spektralnych, przestrajalnych zastosowań typu stealth.

(a) Schematyczny diagram-odpornej na ciepło metapowierzchni metalicznej; (b) Wyniki pomiarów redukcji RCS w wysokiej-temperaturze przygotowanej próbki; (c) Charakterystyka emisji podczerwieni metapowierzchni w temperaturze pokojowej.

Materiały ukrywające się-oparte na metamateriałach i radarach-zgodne z podczerwienią przewyższają tradycyjne materiały-dwupasmową wydajnością i elastycznością projektowania. Jednak wyzwania związane ze stabilnością, kosztami i produkcją ograniczają-rzeczywiste zastosowania. Przyszłe badania skupią się na dynamicznych projektach-z możliwością przestrajania widma, aby uwzględnić zaawansowane technologie wykrywania i poszerzyć praktyczne zastosowania.

Źródła: Raporty materiałowe, MEMS, Materiały inżynierii mechanicznej
(Niektóre treści pochodzą z Internetu; w stosownych przypadkach prosimy o kontakt w celu uzyskania prośby o usunięcie.)