Anonim

تقوم مجموعتان بحثيتان بإنشاء عباءات غير مرئية نشطة

علم

بريان دودسون

15 نوفمبر 2013

3 صور

عرض للمعدات التي تدعم عباءة الخفي النشط والعباءة نفسها (الصورة: جامعة تورنتو)

في بعض الأحيان يمكن أن يحدث كل شيء في وقت واحد. اللعبة الجديدة في المدينة عبارة عن عباءات غير مرئية نشطة (AIC) ، والتي تستخدم الإلكترونيات والهوائيات لإنشاء حقل إخفاء لإخفاء كائن. وقد تم للتو كشف نوعين من عباءات نشطة (عذر التورية). على الرغم من كونها مآثر رائعة للتكنولوجيا ، إلا أن هذه العباءات يمكن أن تهزم بسهولة في الواقع العملي.

في وقت سابق من هذا الأسبوع ، أظهرت ورقة بحثية من مجموعة أندريا ألو في جامعة تكساس أن أي عباءة غير مرئية سلبية (على سبيل المثال ، عبوة تعتمد فقط على خصائص المواد الملوثة) لن تفشل فقط في تحقيق الخفاء تحت إضاءة النطاق العريض (على سبيل المثال الضوء الأبيض) ، لكن في الحقيقة قد يتسبب الكائن المغطى بالغطاء في الظهور بقوة أكبر من كونه غير مطوي.

والسؤال الطبيعي هو إذا كان هناك أي احتمالات أخرى. في الواقع ، هناك. تستخدم عباءة نشطة أجهزة الاستشعار ، والإلكترونيات ، والهوائيات لتوليد حقل كهربائي بالقرب من سطح العباءة الذي يتداخل بشكل مدمر مع الإشعاع المتناثر من العباءة والمحتويات. سيطلق على هذا الحقل الكهربائي مجال الحجب. في الأيام القليلة الماضية ، كشفت مجموعة أبحاث البروفيسور جورج إلفيثيادس في جامعة تورنتو عن نموذج عملي للعباءة النشطة ، في حين أن مجموعة البروفيسور ألو قد وضعت نهجًا جديدًا لصنع العباءات النشطة.

في الجوهر ، إذا كان عباءة تنقل العكس تماما من الضوء المتناثرة من عباءة ، فإنه سوف يبدو كما لو أنه لا يوجد كائن هناك. حتى الظل وراء العباءة ، التي تنتج من الإضاءة التي تتناثر من أمام عباءة ، يتم إزالتها. مثل عباءة مثل النطاق العريض مثل أجهزة الاستشعار ، والالكترونيات ، والهوائيات يمكن التعامل معها.

رسم تخطيطي لجامعة تورونتو ، عباءة الخفية النشطة (الصورة: جامعة تورنتو)

تبدو جيدة ، ولكن ما هو الصيد؟ اتضح هناك نوعان من الصيد. أولاً ، لاستخدام عباءة نشطة بنجاح ، تحتاج إلى توصيف الضوء المنتثر من الهدف. حتى يعرف هذا ، لا يمكن تحديد مجال الإخفاء المطلوب لإلغاء الإنارة المتفرقة. ثانيًا ، لا يمكنك تصميم حقل إخفاء الهوية الخاص بك من القياسات المحلية في موقع الهوائي. هناك حاجة إلى القياسات من حول جهاز إخفاء الهوية قبل أن يتم حساب الإشارات المرسلة إلى الهوائيات بشكل صحيح وتوليدها.

كل من هذه المتطلبات يتسبب في تأخير الاستجابة ، والفاصل الزمني بين أول الاستشعار عن مصدر الإضاءة وتوليد عباءة من مجال إخفاء فعالة. وحتى مع وجود إلكترونيات سريعة بشكل لا نهائي ، فإن تأخر الاستجابة سيكون متشابهًا في الحجم إلى الوقت الذي يستغرقه الضوء ليتجاوز أطول بُعد للغطاء.

مثال على مكان عباءة نشطة تعمل بشكل جيد هو الاختباء من نظام رادار دوبلر. يخبرنا تأثير الدوبلر أن الضوء المتناثر يتغير في الهدف المتحرك بالتردد بمقدار يتناسب مع السرعة النسبية بين مصدر الأمواج والهدف. تغيير السرعة 15 م / ث (34 ميلا في الساعة) سيغير التردد بجزء واحد في عشرة ملايين.

يخبرنا تحليل فورييه أن الأمر يستغرق وقتًا حتى يلاحظ تغييرًا صغيرًا في التكرار. على وجه الخصوص ، لتكون قادرة على الكشف عن تغيير سرعة 15 م / ث في السرعة ، يجب أن يكون لرادار دوبلر 10 غيغاهرتز نبضة تحتوي على عشرة ملايين ذبذبة للتأكد من أننا سنلاحظ أن أحدها مفقود. نتيجة لذلك ، يجب أن يكون النبضة حوالي ميلي ثانية في الطول.

وبالنظر إلى أن رادار دوبلر لديه مجموعة حساسية لقياس نبض يبلغ طوله ميلي ثانية ، فإنه لن يلاحظ أن عباءة نشطة تأخذ حفنة من النانوثانية لإحساس النبض ، وتوليد مجال إخفاء فعال للهدف. إن جزء النبضة غير المعبأة بشكل فعال هو ببساطة قصير جدًا لا يمكن اكتشافه.

ما نوع مهمة إخفاء الهوية التي يصعب عليها عباءة نشطة؟ عندما يتجنب الرادار (بما في ذلك الضوء أيضًا) إرسال أي نمط أو تشابه يمكن التنبؤ به بواسطة الإلكترونيات العباءة. بما أن حقل إخفاء الهوية لا يمكن توليده حتى يتم فهم النبضة بشكل كافٍ لمحو تشتتها من العباءة ، فإن أي معرف مسبق لنبضات الرادار يجعل مهمة توليد حقل إخفاء أسهل.

افترض أن إضاءة الرادار تأخذ شكل نبضات لها فاصل ثابت ، وتكرار ، وقوة ، وشكل. في هذه الحالة ، يمكن للإلكترونيات عباءة تعلم أن كل نبضة هو نفسه ، لذلك تحتاج فقط إلى ضخ خارج مجال الحجب سلفا في فترة النبض الثابتة لإلغاء الهدف. هذا يفترض أن الهدف لا يغير شكله أو وضعه - بخلاف العباءات الخاطئة السلبية ، تخترق الحقول الخارجية المنطقة التي تحتوي على الهدف. وفقا لذلك ، نريد تجنب إعطاء عباءة مثل هذه الإشارات.

يمكن القول إن الحالة الأسوأ هي أنه إذا ظهرت الإضاءة على فترات عشوائية ، فإن النبضات القصيرة تتباين بشكل عشوائي من حيث التردد والعرض والشكل ، ويكون طول الموجة قصيرًا مقارنة بالحجم الذي يتم غلقه. هذه الخصائص تحقيق الاحلال من عباءة نشطة بطرق منفصلة. من الواضح أنه من خلال تجنب الفواصل العشوائية ، لا يمكن أن يطلق عباءة حقل الحجب قبل وصول نبضة الإضاءة - حتى إنه يعرف شكل النبض مقدمًا ، ولا يعرف متى ستصل النبضات ، مما يتسبب في عدم إمكانية تجنبه وربما تأخير استجابة مطولة.

وبالمثل ، إذا كانت النبضات لها ترددات اسمية مختلفة ، فستأخذ العباءة بعض الوقت لاكتشاف ما هو التردد ، وتكتشف مجال إخفاء مناسب. إذا كانت النبضات لها عرض مختلف ، فإنها ستشمل عروض نطاق مختلفة للترددات حول التردد الاسمي. وهذا أمر محير للغاية ، حيث قد تضطر إلى مراقبة النبض بأكمله لمعرفة ما إذا كانت هناك إشارات مخفية بداخله.

هذا يقودنا إلى تأثير نبضات الشكل المتغير. إذا كانت النبضة لها شدة ثابتة باستثناء منطقة ضيقة في منتصف النبضة ، سيظهر انفجار قصير داخل النبض حيث يزداد انتشار تردد النبض فجأة. هذا لا يمكن أن يكون مستعدًا لذلك ، لذا لا يمكن للغطاء النشط أن يخفي هدفًا من هذه النبضات الدهرية بشكل فعال - فبعض الإشارات المتناثرة (أو مجال الحجب المطابق بشكل غير مناسب) ستتسرب من العباءة ، مما يجعلها مرئية. تذكر أن مجال إخفاء الهوية ، إذا لم يتم ملاءمته بشكل صحيح مع حقل مبعثر ، يسهل اكتشافه كما هو الحال مع الضوء المتناثر من الجسم ؛ إذا لم تكن بنفس الحجم ، لا يمكن لأحد أن يمحو الآخر.

خلاصة القول ، إن كعب أخيل عباءة نشطة هو تأخرها في الاستجابة - فهو لا يستطيع الاستجابة لنبضات الرادار المتغيرة بشكل عشوائي بسرعة كافية لإخفاء هدف من الكشف. لتقليل قدرة الرادار على العثور على كائن محجوب من المحتمل أن يكون محتملاً ، لا يمكن تحقيق إخفاء تام. ما لا يزال يتعين علينا تعلمه هو مدى قرب عباءة نشطة من الكمال في مواجهة هجوم عشوائي في عدة اتجاهات مختلفة. في هذه المرحلة ، لا تكون العباءات النشطة الجديدة ، كما يصرح الكثيرون في الإعلام ، "عباءة غير مرئية تعمل." على الأقل ليس في كتابي.

المصدر: مراجعة الفيزياء X ورسائل مراجعة الفيزياء

رسم تخطيطي لجامعة تورونتو ، عباءة الخفية النشطة (الصورة: جامعة تورنتو)

عرض للمعدات التي تدعم عباءة الخفي النشط والعباءة نفسها (الصورة: جامعة تورنتو)

واحد من الهوائيات الحلزونية لعباءة الخفاء النشطة لجامعة تورنتو (الصورة: جامعة تورنتو)

موصى به اختيار المحرر