Πρόοδος έρευνας σε υπέρυθρες και ραντάρ-Συμβατά υλικά Stealth βασισμένα σε μεταϋλικά

Ο σύγχρονος πόλεμος πληροφοριών βασίζεται σε μεγάλο βαθμό σε τεχνολογίες αναγνώρισης, καθιστώντας τη διαφάνεια στο πεδίο της μάχης βασική πρόκληση. Η ανίχνευση υπέρυθρων (IR) και ραντάρ χρησιμοποιούνται ευρέως, οδηγώντας την έρευνα σε υλικά που είναι ταυτόχρονα κρυφά τόσο σε τομείς υπέρυθρων όσο και σε τομείς ραντάρ. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά υλικά stealth, τα υλικά που βασίζονται σε μεταϋλικά-υπέρυθρων υπερύθρων και ραντάρ-συμβατά παρουσιάζουν σημαντικά ανώτερη απόδοση.

Το υπέρυθρο stealth στοχεύει στη μείωση της ανιχνευσιμότητας ενός αντικειμένου από αισθητήρες υπερύθρων, ελαχιστοποιώντας τη θερμοκρασία και τη δυνατότητα εκπομπής της επιφάνειάς του. Ο εξοπλισμός ή το προσωπικό υψηλών εκπομπών-έρχονται σε έντονη αντίθεση με το περιβάλλον τους, επομένως είναι απαραίτητος ο έλεγχος της θερμοκρασίας της επιφάνειας και της εκπομπής υλικού.

Το κρυφό ραντάρ εστιάζει στη μείωση της διατομής-ραντάρ (RCS), το μέτρο της ποσότητας ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας που ανακλά ένας στόχος πίσω στο ραντάρ. Το RCS μπορεί να ελαχιστοποιηθεί διαμορφώνοντας το αντικείμενο ώστε να διαχέει κύματα ραντάρ ή χρησιμοποιώντας υλικά απορρόφησης ραντάρ- (RAM).

Η δημιουργία υλικών που είναι κρυφά τόσο στο IR όσο και στο ραντάρ είναι πρόκληση επειδή αυτές οι απαιτήσεις συγκρούονται: το stealth υπερύθρων απαιτεί χαμηλή απορρόφηση/εκπομπή, ενώ το stealth ραντάρ χρειάζεται υψηλή απορρόφηση. Οι ερευνητές χρησιμοποιούν δύο κύριες στρατηγικές:

Λύσεις μεμονωμένων-υλικών που συνδυάζουν χαμηλή εκπομπή IR με υψηλή απορρόφηση ραντάρ.

Σύνθετες λύσεις που διαχωρίζουν τα υλικά υπερύθρων- και ραντάρ-διατηρώντας τις αντίστοιχες ιδιότητές τους.

Οι παραδοσιακές προσεγγίσεις μεμονωμένου-υλικού περιλαμβάνουν αγώγιμα πολυμερή, νανοϋλικά και ημιαγωγούς οξειδίου με πρόσμιξη. Ωστόσο, τα μεταϋλικά προσφέρουν ένα νέο παράδειγμα.

Τα μεταϋλικά είναι κατασκευασμένα υλικά που αποτελούνται από δομές μονάδων μήκους κύματος. Οι ιδιότητές τους εξαρτώνται από τη δομή και όχι από τη χημική σύνθεση, επιτρέποντας τον εξαιρετικό έλεγχο των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Οι βασικοί τύποι περιλαμβάνουν:

Ηλεκτρομαγνητικά μεταϋλικά: Επιτρέψτε τον εξατομικευμένο έλεγχο της κυματικής φάσης, του πλάτους και της πόλωσης.

Φωτονικοί κρύσταλλοι: Περιοδικές διηλεκτρικές δομές που δημιουργούν φωτονικά διάκενα, χρήσιμα για stealth υπερύθρων.

Απορρόφηση μεταϋλικών: Σύνθετες δομές που επιτυγχάνουν σχεδόν-τέλεια απορρόφηση μέσω αντιστοίχισης σύνθετης αντίστασης και ηλεκτρομαγνητικού συντονισμού, προσφέροντας μυστικότητα ραντάρ με ελάχιστο πάχος και βάρος.

Κωδικοποιημένα μεταϋλικά: Χρησιμοποιήστε αρχές ψηφιακής σχεδίασης για τον έλεγχο της φάσης ανάκλασης, επιτρέποντας ακριβή ηλεκτρομαγνητικό χειρισμό.

(α) εικόνα SEM της διατομής-του δείγματος CPC. (β) Καμπύλες σύγκρισης διαπερατότητας γυαλιού-με βάση το CPC και γυάλινου υποστρώματος στα 2–18 GHz. (γ) Μικροδομή του ντοπαρισμένου-μονοδιάστατου φωτονικού κρυστάλλου.

Υλικά με βάση φωτονικούς κρυστάλλους-
Οι φωτονικοί κρύσταλλοι αποτελούνται από περιοδικά διηλεκτρικά υλικά που μπορούν να μπλοκάρουν ή να μεταδώσουν συγκεκριμένα ηλεκτρομαγνητικά μήκη κύματος. Συντονίζοντας το διάκενο ζώνης στο φάσμα IR, αυτές οι δομές καταστέλλουν την εκπομπή IR. Ο συνδυασμός φωτονικών κρυστάλλων με-διαφανή στρώματα ραντάρ επιτρέπει την ταυτόχρονη μυστικότητα υπερύθρων και ραντάρ. Έχουν επιδειχθεί πολυ-μεμβράνες, εύκαμπτοι μανδύες και συνδυασμένα-φωτονικά σχέδια πλάσματος, με εφαρμογές που επεκτείνονται στο πολυφασματικό stealth, συμπεριλαμβανομένων ορατών και λέιζερ.

Απορροφώντας Μεταϋλικά
Τα απορροφητικά μεταϋλικά επιτυγχάνουν σχεδόν-συνολική απορρόφηση ραντάρ. Τα σχέδια με στρώσεις με επιλεκτικό έλεγχο ακτινοβολίας υπερύθρων επιτρέπουν τη μυστικότητα υπερύθρων διατηρώντας παράλληλα την απορρόφηση του ραντάρ. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ιεραρχικές δομές μεταϋλικού (HMM) και συντονίσιμα υλικά με βάση το νερό- που επιτρέπουν ρυθμιζόμενη εκπομπή υπερύθρων, υποσχόμενη ευρυζωνική μυστικότητα.

Κωδικοποιημένα Μεταϋλικά
Τα κωδικοποιημένα μεταϋλικά μειώνουν το RCS μέσω της μηχανικής ακύρωσης φάσης. Σχέδια που ενσωματώνουν τυχαία μεταλλικά πλέγματα και κωδικοποιημένες επιφάνειες επιτρέπουν τον ευέλικτο έλεγχο των μικροκυμάτων διατηρώντας παράλληλα υψηλή διαφάνεια υπερύθρων. Οι προηγμένες δομές συνδυάζουν-στρώσεις θωράκισης υπερύθρων με στρώματα απορρόφησης μικροκυμάτων-για διπλές δυνατότητες μυστικότητας.

Υλικά stealth που είναι συμβατά με-μεταυλικά και ραντάρ- εξελίσσονται προς:

Βελτιωμένη απόδοση διπλού stealth μέσω επιλεκτικής ακτινοβολίας υπερύθρων και ευρύτερων ζωνών απορρόφησης ραντάρ.

Συμβατότητα με πρόσθετες φασματικές περιοχές, συμπεριλαμβανομένου του ορατού φωτός και των λέιζερ.

Ολοκληρωμένα σχέδια για τη μείωση της δομικής πολυπλοκότητας.

Παραμένουν προκλήσεις στη σταθερότητα των υλικών, στο κόστος κατασκευής και στις διαδικασίες κατασκευής. Οι τρέχουσες τεχνικές, όπως η λιθογραφία, η χάραξη, η τρισδιάστατη εκτύπωση και η μεταξοτυπία, είναι δαπανηρές και πολύπλοκες. Η ανάπτυξη μεταϋλικών υψηλής{3}}ακρίβειας, χαμηλού-κοστού και ανθεκτικότητας είναι ζωτικής σημασίας για πρακτική ανάπτυξη.

Τα δυναμικά-συντονίσιμα υλικά μυστικότητας φάσματος αποτελούν μια μελλοντική κατεύθυνση, που επιτρέπει-προσαρμοστικότητα σε πραγματικό χρόνο έναντι συστημάτων ανίχνευσης που βασίζονται σε τεχνητή νοημοσύνη-. Τα υλικά αλλαγής φάσης-και οι ηλεκτρικές-οπτικές συσκευές προσφέρουν ευκαιρίες για πολυ-φασματικές, ρυθμιζόμενες stealth εφαρμογές.

(α) Σχηματικό διάγραμμα της θερμοανθεκτικής μεταλλικής μεταεπιφάνειας-. (β) Αποτελέσματα μέτρησης μείωσης RCS υψηλής θερμοκρασίας του προετοιμασμένου δείγματος. (γ) Χαρακτηριστικά υπέρυθρης εκπομπής της μεταεπιφάνειας σε θερμοκρασία δωματίου.

Τα υλικά stealth που βασίζονται σε μεταϋλικά-με βάση το IR και το ραντάρ-έχουν καλύτερη απόδοση από τα παραδοσιακά υλικά σε απόδοση διπλής-ζώνης και ευελιξία σχεδιασμού. Ωστόσο, οι προκλήσεις στη σταθερότητα, το κόστος και την κατασκευή περιορίζουν την εφαρμογή στον πραγματικό-κόσμο. Η μελλοντική έρευνα θα επικεντρωθεί σε δυναμικά σχέδια-με δυνατότητα ρύθμισης φάσματος για την αντιμετώπιση προηγμένων τεχνολογιών ανίχνευσης και τη διεύρυνση των πρακτικών εφαρμογών.

Πηγές: Αναφορές Υλικών, MEMS, Υλικά Μηχανολόγων Μηχανικών
(Ορισμένο περιεχόμενο προέρχεται από το Διαδίκτυο. Επικοινωνήστε μαζί μας για αιτήματα κατάργησης, εάν υπάρχουν.)