Une représentation artistique d'un futur véhicule de combat protégé par un système de camouflage actif
Actuellement, les opérations de reconnaissance et d'infiltration d'infanterie sont effectuées avec un camouflage conventionnel conçu pour camoufler un soldat à l'aide de deux éléments principaux: la couleur et le motif (motif de camouflage). Cependant, les opérations militaires dans les environnements urbains deviennent de plus en plus courantes, dans lesquelles la couleur et le motif optimaux peuvent changer en continu, même à chaque minute. Par exemple, un soldat vêtu d'un uniforme vert se démarquera clairement contre un mur blanc. Un système de camouflage actif pourrait constamment mettre à jour la couleur et le motif, cachant le soldat dans son environnement actuel
La nature utilise des "systèmes" de camouflage activement adaptatifs depuis des millions d'années. Pouvez-vous voir le caméléon sur cette photo ?
Représentation simplifiée du principe de fonctionnement du camouflage actif-adaptatif à l'aide de l'exemple du MBT
Cet article donne un aperçu des systèmes de camouflage actifs (adaptatifs) actuels et prévus. Bien qu'il existe de nombreuses applications pour ces systèmes, ou qu'ils soient en cours de développement, la recherche se concentre sur les systèmes qui pourraient être utilisés dans les opérations d'infanterie. En outre, le but de ces études est de fournir des informations utilisées pour évaluer l'applicabilité actuelle des systèmes de camouflage actifs et pour aider à concevoir les futurs.
Définitions et concepts de base
Le camouflage actif dans le spectre visible diffère du camouflage conventionnel de deux manières. Premièrement, il remplace l'apparence de ce qui est masqué par une apparence qui non seulement ressemble à l'environnement (comme le masquage traditionnel), mais représente avec précision ce qui se cache derrière l'objet masqué.
Deuxièmement, le camouflage actif le fait également en temps réel. Idéalement, le camouflage actif pourrait non seulement imiter les objets proches, mais aussi éloignés, peut-être jusqu'à l'horizon, créant un camouflage visuel parfait. Le camouflage actif visuel peut être utilisé pour désactiver la capacité de l'œil humain et des capteurs optiques à reconnaître la présence de cibles.
Il existe de nombreux exemples de systèmes de camouflage actifs dans la fiction, et les développeurs choisissent souvent un nom pour une technologie en fonction de certains termes et noms de fiction. Ils font généralement référence à un camouflage actif complet (c'est-à-dire à une invisibilité totale) et ne font pas référence aux capacités de camouflage actif partiel, de camouflage actif pour les opérations spéciales ou à l'une des avancées technologiques actuelles du monde réel. Cependant, une invisibilité complète sera certainement utile pour les opérations d'infanterie, telles que les opérations de reconnaissance et d'infiltration.
Le camouflage est utilisé non seulement dans le spectre visuel, mais également dans l'acoustique (par exemple, le sonar), le spectre électromagnétique (par exemple, le radar), le champ thermique (par exemple, le rayonnement infrarouge) et pour changer la forme d'un objet. Les technologies de camouflage, dont certains camouflages actifs, ont été développées dans une certaine mesure pour tous ces types, notamment pour les véhicules (terrestres, maritimes et aériens). Si ce travail porte principalement sur le camouflage visuel d'un fantassin à pied, il est utile d'évoquer brièvement des solutions dans d'autres domaines, car certaines idées technologiques peuvent être reportées dans le spectre visible.
Camouflage visuel. Le camouflage visuel comprend la forme, la surface, la brillance, la silhouette, l'ombre, la position et le mouvement. Un système de camouflage actif peut contenir tous ces aspects. Cet article se concentre sur le camouflage actif visuel, ces systèmes sont donc détaillés dans les sous-sections suivantes.
Camouflage acoustique (par exemple sonar). Depuis les années 1940, de nombreux pays ont expérimenté des surfaces insonorisantes pour réduire les réflexions du sonar des sous-marins. Les technologies de brouillage des armes à feu sont un type de camouflage acoustique. De plus, la suppression active du bruit est une nouvelle tendance qui pourrait potentiellement évoluer vers un camouflage acoustique. Des écouteurs à réduction de bruit active sont actuellement disponibles pour le consommateur. Les systèmes de suppression active du bruit en champ proche sont en cours de développement, qui sont placés dans le champ proche acoustique pour minimiser activement, principalement, le bruit tonal des hélices. Il est prédit que des systèmes prometteurs pour les champs acoustiques à longue portée pourraient être développés afin de masquer les actions de l'infanterie.
Camouflage électromagnétique (comme un radar). Les filets de camouflage radar combinent des revêtements spéciaux et une technologie de microfibre pour fournir une atténuation radar à large bande supérieure à 12 dB. L'utilisation de revêtements thermiques en option étend la protection infrarouge.
Le BMS-ULCAS (Multispectral Ultra Lightweight Camouflage Screen) de Saab Barracuda utilise un matériau spécial qui est attaché au matériau de base. Le matériau réduit la détection des radars à large bande et rétrécit également les gammes de fréquences visibles et infrarouges. Chaque écran est conçu spécifiquement pour l'équipement qu'il protège.
Uniformes de camouflage. A l'avenir, le camouflage actif pourra déterminer l'objet à masquer afin de l'adapter à la forme de l'espace. Cette technologie est connue sous le nom de SAD (Shape Approximation Device) et a le potentiel de réduire la capacité de détection de forme. L'un des exemples les plus convaincants de camouflage uniforme est la pieuvre, qui peut se fondre dans son environnement non seulement en changeant de couleur, mais aussi en changeant la forme et la texture de sa peau.
Camouflage thermique (par exemple infrarouge). Un matériau est en cours de développement qui atténue la signature thermique de la peau nue en diffusant l'émission de chaleur à l'aide de billes de céramique creuses argentées (sénosphères), d'un diamètre moyen de 45 microns, noyées dans un liant pour créer un pigment à faible émission et propriétés de diffusion. Les microbilles fonctionnent comme un miroir, réfléchissant l'espace environnant et entre elles, et distribuent ainsi le rayonnement thermique de la peau.
Camouflage multispectral. Certains systèmes de camouflage sont multispectraux, ce qui signifie qu'ils fonctionnent pour plus d'un type de camouflage. Par exemple, Saab Barracuda a développé un produit de camouflage multispectral High Mobility on-Board System (HMBS) qui protège les pièces d'artillerie pendant le tir et le redéploiement. Des réductions de signature allant jusqu'à 90 % sont possibles et la suppression du rayonnement thermique permet aux moteurs et aux générateurs de tourner au ralenti pour un démarrage rapide. Certains systèmes ont un revêtement double face, ce qui permet aux soldats de porter un camouflage double face pour une utilisation sur différents types de terrain.
Fin 2006, BAE Systems a annoncé ce qui a été décrit comme "un bond en avant dans la technologie de camouflage", à son centre de technologie de pointe a inventé "une nouvelle forme de furtivité active … Sur simple pression d'un bouton, les objets deviennent pratiquement invisibles, se mélangeant dans leur arrière-plan." Selon BAE Systems, le développement "a donné à l'entreprise une décennie de leadership dans la technologie furtive et pourrait redéfinir le monde de l'ingénierie" furtive "." De nouveaux concepts ont été mis en œuvre sur la base de nouveaux matériaux, ce qui permet non seulement de changer leurs couleurs, mais aussi de décaler le profil infrarouge, hyperfréquence et radar et de fusionner les objets avec l'arrière-plan, ce qui les rend presque invisibles. Cette technologie est intégrée à la structure elle-même plutôt que basée sur l'utilisation de matériaux supplémentaires, tels que de la peinture ou une couche adhésive. Ces travaux ont déjà conduit au dépôt de 9 brevets et peuvent encore apporter des solutions uniques aux problèmes de gestion des signatures.
Système de camouflage actif basé sur la technologie RPT avec projection sur un imperméable réfléchissant
La prochaine frontière: l'optique de transformation
Les systèmes de camouflage actif / adaptatif décrits dans cet article et basés sur la projection de scènes sont assez similaires à la science-fiction en eux-mêmes (et c'était en effet la base du film "Predator"), mais ils ne font pas partie de la technologie la plus avancée recherchée dans la recherche " linceul d'invisibilité. " En effet, d'autres solutions sont déjà esquissées, qui seront bien plus efficaces et pratiques par rapport au camouflage actif. Ils sont basés sur un phénomène connu sous le nom d'optique de transformation. C'est-à-dire que certaines longueurs d'onde, y compris la lumière visible, peuvent être "courbées" et s'écouler autour d'un objet comme de l'eau enveloppant une pierre. En conséquence, les objets derrière l'objet deviennent visibles, comme si la lumière traversait un espace vide, tandis que l'objet lui-même disparaît de la vue. En théorie, l'optique de transformation peut non seulement masquer des objets, mais aussi les rendre visibles là où ils ne le sont pas.
Représentation schématique du principe d'invisibilité au moyen de l'optique de transformation
Représentation artistique de la structure d'un métamatériau
Cependant, pour que cela se produise, l'objet ou la zone doit être masqué à l'aide d'un agent de masquage, qui doit lui-même être indétectable aux ondes électromagnétiques. Ces outils, appelés métamatériaux, utilisent des structures cellulaires pour créer une combinaison de caractéristiques matérielles non disponibles dans la nature. Ces structures peuvent diriger des ondes électromagnétiques autour d'un objet et les faire apparaître de l'autre côté.
L'idée générale derrière de tels métamatériaux est la réfraction négative. En revanche, tous les matériaux naturels ont un indice de réfraction positif, un indicateur de la quantité d'ondes électromagnétiques courbées lorsqu'elles passent d'un milieu à un autre. Une illustration classique du fonctionnement de la réfraction: une partie d'un bâton immergé dans l'eau semble être pliée sous la surface de l'eau. Si l'eau avait une réfraction négative, la partie immergée du bâton, au contraire, dépasserait de la surface de l'eau. Ou, pour un autre exemple, un poisson nageant sous l'eau semblerait se déplacer dans l'air au-dessus de la surface de l'eau.
Nouveau métamatériau de masquage révélé par Duke University en janvier 2009
Une image au microscope électronique d'un métamatériau 3D fini. Les résonateurs à nano-anneaux en or divisés sont disposés en rangées égales
Vue schématique et au microscope électronique d'un métamatériau (dessus et côté) développé par des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley. Le matériau est formé de nanofils parallèles noyés dans de l'alumine poreuse. Lorsque la lumière visible traverse un matériau selon le phénomène de réfraction négative, elle est déviée dans la direction opposée.
Pour qu'un métamatériau ait un indice de réfraction négatif, sa matrice structurelle doit être inférieure à la longueur de l'onde électromagnétique utilisée. De plus, les valeurs de constante diélectrique (capacité à transmettre un champ électrique) et de perméabilité magnétique (comment elle réagit à un champ magnétique) doivent être négatives. Les mathématiques font partie intégrante de la conception des paramètres nécessaires pour créer des métamatériaux et démontrer que le matériau garantit l'invisibilité. Sans surprise, plus de succès a été obtenu en travaillant avec des longueurs d'onde dans la gamme de micro-ondes plus large, qui va de 1 mm à 30 cm. Les gens voient le monde dans une gamme étroite de rayonnement électromagnétique, connu sous le nom de lumière visible, avec des longueurs d'onde de 400 nanomètres (violet et lumière magenta) à 700 nanomètres (lumière rouge foncé).
Suite à la première démonstration de la faisabilité du métamatériau en 2006, lors de la construction du premier prototype, une équipe d'ingénieurs de l'Université Duke a annoncé en janvier 2009 un nouveau type de dispositif d'occultation, beaucoup plus avancé dans l'occultation sur un large spectre de fréquences. Les dernières avancées dans ce domaine sont dues au développement d'un nouveau groupe d'algorithmes complexes pour la création et la production de métamatériaux. Lors d'expériences récentes en laboratoire, un faisceau de micro-ondes dirigé à travers un moyen de masquage vers un "renflement" sur une surface plane de miroir était réfléchi par la surface sous le même angle que s'il n'y avait pas de renflement. De plus, l'agent de masquage empêchait la formation de faisceaux diffusés, accompagnant généralement de telles transformations. Le phénomène sous-jacent au camouflage ressemble à un mirage vu par une chaude journée devant la route.
Dans un programme parallèle et véritablement concurrent, les scientifiques de l'Université de Californie ont annoncé à la mi-2008 qu'ils avaient mis au point des matériaux 3D capables de modifier la direction normale de la lumière dans les spectres visible et proche infrarouge. Les chercheurs ont suivi deux approches distinctes. Dans la première expérience, ils ont empilé plusieurs couches alternées d'argent et de fluorure de magnésium non conducteur et ont découpé les motifs dits de « mailles » nanométriques en couches pour créer un métamatériau optique en vrac. La réfraction négative a été mesurée à des longueurs d'onde de 1500 nanomètres. Le deuxième métamatériau était constitué de nanofils d'argent étirés à l'intérieur d'alumine poreuse; il avait une réfraction négative à des longueurs d'onde de 660 nanomètres dans la région rouge du spectre.
Les deux matériaux ont atteint une réfraction négative, la quantité d'énergie absorbée ou "perdue" lorsque la lumière les a traversés était minime.
À gauche, une représentation schématique du premier métamatériau en « maille » 3-D développé à l'Université de Californie qui peut atteindre un indice de réfraction négatif dans le spectre visible. Sur la droite se trouve l'image de la structure finie d'un microscope électronique à balayage. Les couches intermittentes forment de petits contours qui peuvent dévier la lumière
Toujours en janvier 2012, des chercheurs de l'Université de Stuttgart ont annoncé qu'ils avaient progressé dans la fabrication d'un métamatériau multicouche en anneau fendu pour les longueurs d'onde optiques. Cette procédure couche par couche, qui peut être répétée autant de fois que souhaité, est capable de créer des structures tridimensionnelles bien alignées à partir de métamatériaux. La clé de ce succès était une méthode de planarisation (nivellement) pour une surface nanolithographique rugueuse combinée à des repères durables qui résistent aux processus de gravure à sec pendant la nano-fabrication. Le résultat était un alignement parfait avec des couches absolument plates. Cette méthode convient également à la production de formes libres dans chaque couche. Ainsi, il est possible de créer des structures plus complexes.
Certes, beaucoup plus de recherches peuvent être nécessaires avant de pouvoir créer des métamatériaux pouvant fonctionner dans le spectre visible, dans lequel l'œil humain peut voir, puis des matériaux pratiques adaptés, par exemple, aux vêtements. Mais même des matériaux de camouflage fonctionnant à seulement quelques longueurs d'onde fondamentales pourraient offrir d'énormes avantages. Ils peuvent rendre les systèmes de vision nocturne inefficaces et les objets invisibles, par exemple, aux faisceaux laser utilisés pour guider les armes.
Concept de travail
Des systèmes optoélectroniques légers ont été proposés sur la base de dispositifs d'imagerie et d'affichages modernes qui rendent les objets sélectionnés presque transparents et donc pratiquement invisibles. Ces systèmes sont appelés systèmes de camouflage actifs ou adaptatifs en raison du fait que, contrairement au camouflage traditionnel, ils génèrent des images qui peuvent changer en réponse aux changements de scènes et de conditions d'éclairage.
La fonction principale du système de camouflage adaptatif est de projeter la scène (arrière-plan) derrière l'objet sur la surface de l'objet la plus proche du spectateur. En d'autres termes, la scène (arrière-plan) derrière le sujet est transportée et affichée dans des panneaux devant le sujet.
Un système de camouflage actif typique sera très probablement un réseau d'écrans plats flexibles disposés sous la forme d'une sorte de couverture qui couvrira toutes les surfaces visibles de l'objet qui doivent être camouflées. Chaque panneau d'affichage contiendra un capteur de pixels actif (APS), ou éventuellement un autre imageur avancé, qui sera dirigé vers l'avant du panneau et occupera une petite partie de la zone du panneau. La "couverture" contiendra également un cadre filaire qui supporte un réseau de fibres optiques réticulées à travers lesquelles l'image de chaque APS sera transmise à un panneau d'affichage supplémentaire sur le côté opposé de l'objet masqué.
La position et l'orientation de tous les dispositifs d'imagerie seront synchronisées avec la position et l'orientation d'un capteur, qui seront déterminées par l'imageur principal (capteur). L'orientation sera déterminée par un outil de nivellement contrôlé par le capteur d'image principal. Un contrôleur central connecté à un posemètre externe ajustera automatiquement les niveaux de luminosité de tous les panneaux d'affichage pour correspondre aux conditions de lumière ambiante. Le dessous de l'objet masqué sera illuminé artificiellement de sorte que l'image de l'objet masqué d'en haut montre le sol comme s'il était naturellement éclairé; si cela n'est pas réalisé, alors l'hétérogénéité et la discrétion évidentes des ombres seront visibles pour l'observateur regardant de haut en bas.
Les panneaux d'affichage peuvent être dimensionnés et configurés de sorte qu'un total de ces panneaux puisse être utilisé pour masquer divers objets sans avoir à modifier les objets eux-mêmes. La taille et la masse des systèmes et sous-systèmes typiques de camouflage adaptatif ont été estimées: le volume d'un capteur d'image typique sera inférieur à 15 cm3, tandis qu'un système qui masque un objet de 10 m de long, 3 m de haut et 5 m de large aura un masse inférieure à 45 kg. Si l'objet à masquer est un véhicule, le système de camouflage adaptatif peut être facilement activé par le système électrique du véhicule sans aucun impact négatif sur son fonctionnement.
Une solution intéressante pour le camouflage adaptatif des équipements militaires Adaptive de BAE Systems
