Маскирующее устройство - Cloaking device

Для скрытых устройств, используемых в расширенных драйверах устройств DOS, см. Скрытие спирали.
Моделирование работы маскирующего устройства. Маскирующее устройство неактивно: свет отражается и поглощается объектом, делая его видимым.
Моделирование работы маскирующего устройства. Активно маскирующее устройство: свет отражается вокруг объекта, делая его невидимым.

А маскировочное устройство гипотетический или вымышленный стелс-технология которые могут вызвать объекты, такие как космические корабли или отдельные лица, чтобы быть частично или полностью невидимый к частям электромагнитный (ЭМ) спектр. Однако по всему спектру замаскированный объект рассеивает больше, чем незакрытый объект.[1]

Вымышленные маскирующие устройства использовались как сюжетные устройства в различных СМИ на протяжении многих лет.

Развитие научных исследований[2] показать, что реальные маскирующие устройства могут скрывать объекты как минимум от одного длина волны выбросов ЭМ. Ученые уже используют искусственные материалы под названием метаматериалы направлять свет вокруг объекта.[3]

Концептуальные истоки

Звездный путь сценарист Пол Шнайдер, частично вдохновленный фильмом 1958 года Беги без звука, беги глубоко, и частично Враг внизу, выпущенный в 1957 году, маскировка рассматривалась как космический аналог космического корабля. подводная лодка погружение, и использовали его в 1966 г. Звездный путь эпизод "Баланс ужаса ", в котором он представил Ромулан виды. (Он также предсказал в том же эпизоде, что невидимость, «избирательное отклонение света», как описано выше, потребует огромной мощности.) Другой Звездный путь сценарист, D.C. Fontana, ввел термин «маскировочное устройство» для серии 1968 года "В Предприятие Инцидент ", в котором также фигурировали ромуланцы.

Звездный путь установил ограничение на использование этого устройства: чтобы стрелять по другому кораблю, замаскированный космический корабль должен «сняться с невидимости».[4]

С тех пор писатели и разработчики игр включили маскирующие устройства во многие другие научно-фантастические рассказы, в том числе Доктор Кто, Звездные войны, и Звездные врата.

Научные эксперименты

Оперативный, научно-популярный маскирующее устройство может быть продолжением основных технологий, используемых самолетами-невидимками, таких как темная краска, поглощающая радары, оптический камуфляж, охлаждение внешней поверхности для минимизации электромагнитных излучений (обычно инфракрасный ) или другие методы для минимизации других электромагнитных излучений, а также для минимизации выбросов частиц от объекта. Использование определенных устройств для того, чтобы заглушить и сбить с толку устройства дистанционного зондирования, в значительной степени помогло бы в этом процессе, но более правильно называть егоактивный камуфляж В качестве альтернативы, метаматериалы предоставляют теоретическую возможность заставить электромагнитное излучение свободно проходить вокруг «замаскированного» объекта.[5]

Исследование метаматериалов

Основная статья: Маскировка метаматериала

Оптический метаматериалы фигурируют в нескольких недавних предложениях по схемам невидимости. «Метаматериалы» относятся к материалам, которые своими преломляющими свойствами обязаны своей структуре, а не веществам, из которых они состоят. С помощью трансформационная оптика можно сконструировать оптические параметры «плаща» так, чтобы он направлял свет вокруг некоторой области, делая его невидимым в определенном диапазоне длин волн.[6][7]

Эти пространственно изменяющиеся оптические параметры не соответствуют никакому природному материалу, но могут быть реализованы с использованием метаматериалы. Есть несколько теории маскировки, вызывая различные типы невидимости.[8][9][10]В 2014 году ученые продемонстрировали хорошую маскирующую способность в мутной воде, продемонстрировав, что объект, окутанный туманом, может полностью исчезнуть при надлежащем покрытии метаматериалом. Это происходит из-за случайного рассеяния света, которое происходит в облаках, тумане, молоке, матовом стекле и т. Д., В сочетании со свойствами покрытия из метаматериала. Когда свет рассеивается, тонкий слой метаматериала вокруг объекта может сделать его практически невидимым в различных условиях освещения.[11][12]

Активный камуфляж

Основная статья: Активный камуфляж
Пальто с использованием оптического камуфляжа Susumu Tachi.[8] Слева: пальто без специального приспособления. Справа: такое же пальто, которое видно через полупрозрачный проектор, созданный по технологии Retro-Reflective Projection Technology.

Активный камуфляж (или адаптивный камуфляж) - это группа камуфляж технологии, которые позволят объекту (обычно военному по своей природе) сливаться с окружающей средой за счет использования панелей или покрытий, способных изменять цвет или яркость. Можно рассматривать активный камуфляж как имеющий потенциал 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 за носителем, так что он кажется невидимым. Недостатком этой системы является то, что когда человек в плаще движется, часто возникает видимое искажение, поскольку «ткань» догоняет движение объекта. Эта концепция пока существует только в теории и в экспериментальных прототипах, хотя многие эксперты считают ее технически осуществимой.

Сообщается, что Британская армия испытал танк-невидимку.[13]

Плазменная невидимость

Основная статья: Плазменная невидимость

Плазма в определенных диапазонах плотности поглощает определенные полосы широкополосных волн, потенциально делая объект невидимым. Однако создание плазмы в воздухе слишком дорого, и возможной альтернативой является генерация плазмы между тонкими мембранами.[14] В Центр оборонной технической информации также следит за исследованиями по снижению плазмы RCS технологии.[15] Устройство плазменной маскировки было запатентовано в 1991 году.[16]

Метаскрин

Прототип Metascreen - заявленное маскировочное устройство, которого мало микрометры толстая и в ограниченной степени может скрывать 3D объекты из микроволн в их естественной среде, в их естественном положении, во всех направлениях и со всех позиций наблюдателя. Он был подготовлен в Техасский университет, Остин профессором Андреа Алу.[17]

Метаэкран состоял из поликарбонатной пленки толщиной 66 микрометров, поддерживающей расположение медных полосок толщиной 20 микрометров, которые напоминали рыболовная сеть. В эксперименте, когда на метаэкран попадали микроволны 3,6 ГГц, он повторно излучал микроволны той же частоты, которые были не в фазе, тем самым нейтрализуя отражения от скрытого объекта.[17] Устройство только в первом порядке подавляло рассеяние микроволн.[17] Те же исследователи опубликовали статью "плазмонная маскировка "в прошлом году.[18]

Маскировочное устройство Хауэлла / Чоя

Профессор физики Рочестерского университета Джон Хауэлл и аспирант Джозеф Чой объявили о масштабируемом маскирующем устройстве, в котором используются обычные оптические линзы для маскировки видимого света в макроскопическом масштабе, известном как "Рочестерский плащ ". Устройство состоит из серии из четырех линз, которые направляют световые лучи на объекты, которые в противном случае закрыли бы оптический путь.[19]

Маскировка в механике

Понятия маскировки не ограничиваются оптикой, но также могут быть перенесены в другие области физики. Например, можно было скрыть акустику для определенных частот, а также прикоснуться к механике. Это делает объект «невидимым» для звука или даже скрывает его от прикосновения.[20]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Monticone, F .; Алё, А. (2013). «Действительно ли замаскированные предметы меньше рассеиваются?». Phys. Ред. X. 3 (4): 041005. arXiv:1307.3996. Bibcode:2013PhRvX ... 3d1005M. Дои:10.1103 / PhysRevX.3.041005. S2CID  118637398.
  2. ^ Джон Шварц (20 октября 2006 г.). «Ученые делают шаг к невидимости». Нью-Йорк Таймс.
  3. ^ Санки, Гэри. "Идти туда, куда еще никто не ходил", Журнал Discovery Channel #3. ISSN  1793-5725
  4. ^ Сопан Деб (12 ноября, 2017). "Звездный путь: Открытие, сезон 1, серия 9: Небрежные разборки". Нью-Йорк Таймс. Клингоны должны снять маскировку, чтобы стрелять
  5. ^ Сервис, Роберт Ф .; Чо, Адриан (17 декабря 2010 г.). «Новые странные фокусы со светом». Наука. 330 (6011): 1622. Bibcode:2010Sci ... 330.1622S. Дои:10.1126 / science.330.6011.1622. PMID  21163994.
  6. ^ Pendry, J.B .; Schurig, D .; Смит, Д. (2006). «Управление электромагнитными полями» (PDF). Наука. 312 (5781): 1780–1782. Bibcode:2006Научный ... 312.1780P. Дои:10.1126 / science.1125907. PMID  16728597. S2CID  7967675. В архиве (PDF) из оригинала от 06.10.2016.
  7. ^ Леонхардт, Ульф; Смит, Дэвид Р. (2008). «Сосредоточьтесь на оптике маскировки и трансформации». Новый журнал физики. 10 (11): 115019. Bibcode:2008NJPh ... 10k5019L. Дои:10.1088/1367-2630/10/11/115019.
  8. ^ а б Inami, M .; Kawakami, N .; Тачи, С. (2003). «Оптический камуфляж с использованием световозвращающей проекционной технологии» (PDF). Второй международный симпозиум IEEE и ACM по смешанной и дополненной реальности, 2003 г. Материалы. С. 348–349. CiteSeerX  10.1.1.105.4855. Дои:10.1109 / ISMAR.2003.1240754. ISBN  978-0-7695-2006-3. S2CID  44776407. В архиве (PDF) из оригинала от 26.04.2016.
  9. ^ Alù, A .; Энгета, Н. (2008). «Плазмонная и метаматериальная маскировка: физические механизмы и потенциалы». Журнал оптики A: Чистая и прикладная оптика. 10 (9): 093002. Bibcode:2008JOptA..10i3002A. CiteSeerX  10.1.1.651.1357. Дои:10.1088/1464-4258/10/9/093002. В архиве из оригинала от 20.04.2016.
  10. ^ Гонано, К.А. (2016). Взгляд на метаповерхности, схемы, голограммы и невидимость (PDF). Миланский политехнический университет, Италия. В архиве (PDF) из оригинала от 24.04.2016.
  11. ^ Смит, Дэвид Р. (25 июля 2014 г.). «Маскирующее покрытие для мутных СМИ». Наука. 345 (6195): 384–385. Bibcode:2014Наука ... 345..384С. Дои:10.1126 / science.1256753. PMID  25061192. S2CID  206559590.
  12. ^ Schittny, Robert et cl. (25 июля 2014 г.). «Маскировка невидимости в среде рассеянного светорассеяния». Наука. 345 (6195): 427–429. Bibcode:2014Наука ... 345..427S. Дои:10.1126 / science.1254524. PMID  24903561. S2CID  206557843.
  13. ^ Кларк, Джош. «Армия испытывает танк-невидимку?» В архиве 2012-03-01 в Wayback Machine, HowStuffWorks.com, 3 декабря 2007 г., по состоянию на 22 февраля 2012 г.
  14. ^ Плазменная маскировка: химический состав воздуха, широкополосное поглощение и генерация плазмы. резервный В архиве 2009-08-02 в Wayback Machine, Февраль 1990 г.
  15. ^ Грегуар, Д. Дж.; Сантору, Дж.; Шумахер, Р.В.Абстрактные В архиве 2009-08-02 в Wayback Machine Распространение электромагнитных волн в безмагниченной плазме. В архиве 2009-08-02 в Wayback Machine, Март 1992 г.
  16. ^ Рот, Джон Р. "Система поглощения микроволн" Патент США 4,989,006
  17. ^ а б c Тим Воган (28 марта 2013 г.). «Ультратонкий» метаэкран «образует новейшую мантию-невидимку». PhysicsWorld.com. В архиве из оригинала 17 августа 2013 г.
  18. ^ http://iopscience.iop.org/1367-2630 Новый журнал физики, март 2013 г.
  19. ^ Устройство "маскировки" использует обычные линзы, чтобы скрывать объекты под разными углами ". Science Daily. Science Daily. 29 сентября 2014 г. Архивировано с оригинал на 2014-10-01. Получено 29 сентября 2014.
  20. ^ Бюкманн, Тиемо (2014). «Эластомеханический плащ из метаматериалов пентамода». Nature Communications. 5 (4130): 4130. Bibcode:2014 НатКо ... 5.4130B. Дои:10.1038 / ncomms5130. PMID  24942191.

внешние ссылки

  • Техасский университет в Остине, инженерная школа Кокрелла, Исследователи из UT Austin создают ультратонкий плащ-невидимку, 26 марта 2013 г.
  • Новый журнал физики, «Демонстрация плаща со сверхнизким профилем для подавления рассеяния стержня конечной длины в свободном пространстве», Дж. Сорик, П. Я. Чен, А. Керкхофф, Д. Рейнуотер, К. Мелин и Андреа Алю, март 2013 г.
  • Новый журнал физики, «Экспериментальная проверка трехмерной плазмонной маскировки в свободном пространстве», авторы Д. Рейнуотер, А. Керкхофф, К. Мелин, Дж. К. Сорик, Г. Морено и Андреа Алё, январь 2012 г.
  • Физический обзор Икс, Франческо Монтиконе и Андреа Алу, «Действительно ли невидимые предметы рассеиваются меньше», октябрь 2013 г.