出自國(guó)防科技大學(xué)教授楊俊波
多功能熱偽裝策略概念圖
●從動(dòng)物習(xí)性上獲得靈感，進(jìn)而成為一種新技術(shù)
●功能可謂不凡，能靈活應(yīng)對(duì)各種紅外輻射偵察
●具有很大的應(yīng)用潛力，正呈現(xiàn)出方興未艾之勢(shì)
偽裝是為了不讓人看到真實(shí)面目而采取的裝扮，即假裝、假作。在軍事上，它是為保護(hù)自己、欺騙和迷惑敵人而采取的一種措施。
在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，紅外熱偽裝技術(shù)是為了不讓敵紅外偵察儀器發(fā)現(xiàn)、不被敵熱紅外制導(dǎo)武器擊中而實(shí)施的一種主要偽裝手段。然而時(shí)至今日，隨著偵察手段的進(jìn)步，這種熱偽裝技術(shù)已不像當(dāng)初那樣“得心應(yīng)手”。因?yàn)樗鼈兇蠖喽际恰办o態(tài)偽裝”，在作戰(zhàn)環(huán)境變化過程中極易暴露。一旦被敵偵察系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，往往成為精確制導(dǎo)武器打擊的目標(biāo)。在高溫條件下，還會(huì)導(dǎo)致裝備散熱困難，影響裝備效能的穩(wěn)定性。
熱偽裝技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)與窘境，迫切需要最新科技手段的介入和加持。于是，一種能動(dòng)態(tài)調(diào)控?zé)彷椛涔δ堋⑦m應(yīng)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化的新型偽裝技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生——它，就是智能熱偽裝。
從動(dòng)物習(xí)性上獲得創(chuàng)新靈感
紅外熱偽裝技術(shù)的“靜態(tài)偽裝”弱點(diǎn)，已不適應(yīng)未來戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)高技術(shù)武器裝備的偽裝要求，怎樣才能實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)跨越呢？科學(xué)家在探索中，對(duì)自然界中幾種動(dòng)物的奇特功能產(chǎn)生了好奇：
位于非洲北部的撒哈拉沙漠，白天地表溫度高達(dá)70℃以上，在這種高溫環(huán)境中，非洲銀蟻卻能負(fù)載超過自身體重15~20倍的食物，在滾燙的沙土上自由穿行；在深不可測(cè)的海底，烏賊和章魚身處四周一片漆黑的世界，卻能夠隨心所欲地捕食獵物并躲避天敵的追殺。
經(jīng)過仔細(xì)觀察和研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，銀蟻耐高溫的奧秘在于它能通過甲殼反射陽光和輻射進(jìn)行散熱；烏賊和章魚則具有調(diào)控自身接受紅外輻射“劑量”大小的本領(lǐng)，從而能夠自動(dòng)適應(yīng)嚴(yán)酷的外部環(huán)境變化，無論是面對(duì)獵物還是天敵，都能做到“你在明處，我在暗處”。
動(dòng)物成為偽裝高手，關(guān)鍵原因是其偽裝手段具備“自適應(yīng)”能力，而且這種能力，還延伸到了紅外輻射領(lǐng)域。受此啟發(fā)，科學(xué)家決定將人工智能引入熱偽裝技術(shù)。他們以特定應(yīng)用目標(biāo)為牽引，運(yùn)用微納光學(xué)和熱輻射等原理，對(duì)熱偽裝進(jìn)行全過程智能化設(shè)計(jì)和調(diào)控，以實(shí)現(xiàn)對(duì)熱偽裝材料紅外光譜的精準(zhǔn)調(diào)控。
經(jīng)過多年探索與創(chuàng)新，科學(xué)家運(yùn)用智能算法，設(shè)計(jì)制造出一種“一維光子晶體結(jié)構(gòu)”，能在抑制長(zhǎng)波熱輻射的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外激光雷達(dá)的隱身，大幅增強(qiáng)熱偽裝技術(shù)的偽裝多元性。在此基礎(chǔ)上，再將智能化算法、先進(jìn)隱身材料、機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)進(jìn)行集成融合，一種先進(jìn)的智能熱偽裝技術(shù)便呼之欲出，有望成為未來戰(zhàn)場(chǎng)上應(yīng)用于作戰(zhàn)人員和武器裝備的新一代偽裝技術(shù)。
智能加持使其具有非凡本領(lǐng)
在光學(xué)領(lǐng)域，紅外光波可分為近紅外、中紅外、遠(yuǎn)紅外等多個(gè)區(qū)域。正因?yàn)槿绱?，如今的探測(cè)手段也呈現(xiàn)出多元化趨勢(shì)。如類似于人眼觀察的熱成像被動(dòng)探測(cè)手段，以及類似于微波雷達(dá)的紅外激光主動(dòng)探測(cè)手段。智能熱偽裝因?yàn)橛辛酥悄芗映?，使它擁有了?yīng)對(duì)多元化紅外探測(cè)手段的“金鐘罩”，呈現(xiàn)出許多非凡本領(lǐng)。
智能設(shè)計(jì)，手段多樣。傳統(tǒng)靜態(tài)熱偽裝有著天然缺陷：平時(shí)在可見光探測(cè)情況下具有很好的隱秘性，但在紅外激光照射下便會(huì)暴露無遺。智能熱偽裝得益于遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能化算法，可分門別類地對(duì)整個(gè)紅外光譜進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過優(yōu)化熱偽裝材料紅外光譜選擇，滿足各類戰(zhàn)場(chǎng)紅外偽裝需求。
智能調(diào)控，隨機(jī)應(yīng)變。大自然中的許多動(dòng)物，具備實(shí)時(shí)變化自身表皮顏色的本領(lǐng)，以適應(yīng)周圍環(huán)境。智能熱偽裝亦是如此，它具有靈活變換的特性：通過引入相變材料、二維材料等新型材料，根據(jù)外部環(huán)境變化和自我反饋機(jī)制，自適應(yīng)調(diào)控目標(biāo)輻射率，可讓熱目標(biāo)披上“變色外衣”，從而適應(yīng)不同區(qū)域的溫度變化，為熱欺騙、熱信息防偽等技術(shù)開辟新的途徑。
智能散熱，冬暖夏涼。在紅外波段，人體就像一個(gè)已被打開開關(guān)的白熾電燈泡一樣，不斷向外輻射熱量。這種輻射有時(shí)是人們需要的，如在炎熱夏天，需要增強(qiáng)輻射散熱，以保持人體舒適；有時(shí)又是我們所不希望的，如在寒冷冬天，人們希望盡可能減少輻射熱散失，以保持溫暖。智能熱偽裝可對(duì)紅外輻射的需求“量身定制”，即利用對(duì)不同紅外波長(zhǎng)輻射和吸收的控制，從而實(shí)現(xiàn)高效靈活的環(huán)境溫度管理。因此，兼容熱管理的智能熱偽裝技術(shù)不僅是“偽裝色”，更是一種“保護(hù)色”， 從而能有效應(yīng)對(duì)高溫、極寒、強(qiáng)輻射等極端工作環(huán)境。
將給軍事領(lǐng)域帶來變革性影響
智能熱偽裝主要通過智能化算法設(shè)計(jì)超材料、超結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)紅外光波的“量身定制”， 因而同時(shí)具有自適應(yīng)熱偽裝、高效熱管理等多種功能。隨著智能熱偽裝技術(shù)研究的逐步深入和投入應(yīng)用，必將給相關(guān)軍事領(lǐng)域帶來變革性影響。
靈活應(yīng)對(duì)多種紅外成像手段，推動(dòng)熱偽裝技術(shù)變革。紅外波段具有較寬的波長(zhǎng)范圍，那么，與之相對(duì)應(yīng)的紅外探測(cè)手段也就更多，如利用綜合光波的頻率、振幅以及熱信息等多種因素捕捉紅外目標(biāo)，來應(yīng)對(duì)層出不窮的紅外探測(cè)手段。在這些方面，智能熱偽裝技術(shù)基本能夠做到“面面俱到”。特別是智能化算法催生出的全新熱偽裝微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，能同時(shí)從紅外光波波長(zhǎng)、振幅、相位等多個(gè)角度出發(fā)，設(shè)計(jì)出滿足多目標(biāo)優(yōu)化需求的熱偽裝超材料、超結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)“全方位無死角”熱偽裝。
精準(zhǔn)調(diào)控紅外特性，研制新一代熱偽裝材料。在自然界，目標(biāo)的熱信息一般由物體表面溫度和表面熱輻射特性所決定。如普通金屬材料，在不同溫度下會(huì)呈現(xiàn)出不同的表觀溫度。人作為一種具有高紅外發(fā)射率的恒溫動(dòng)物，其表觀溫度大致為36℃。智能熱偽裝通過智能調(diào)控紅外輻射特性，就能并實(shí)現(xiàn)熱目標(biāo)熱信息的動(dòng)態(tài)偽裝。如目前比較成熟的“操控金屬”技術(shù)，利用電壓調(diào)控材料表面金屬沉積厚度，能使材料展現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化的紅外成像圖案，并具有穩(wěn)定性好、靈敏度高、切換速度快等優(yōu)勢(shì)。未來，如果用于智能可穿戴設(shè)備等武器裝備偽裝上，其偽裝效果將大放異彩。
融入熱管理，提高熱偽裝裝備的通用性。研究表明，當(dāng)噴氣戰(zhàn)斗機(jī)在超音速狀態(tài)下飛行時(shí)，其蒙皮溫度將高達(dá)100~600℃，而尾噴管表面溫度將會(huì)超過800℃。目前，對(duì)武器裝備在高溫條件下的熱管理已成為紅外隱身領(lǐng)域迫在眉睫的關(guān)鍵技術(shù)。近年來，科學(xué)家利用智能化算法，通過優(yōu)化多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝，已能實(shí)現(xiàn)選擇性熱輻射。同時(shí)，利用非大氣窗口散熱降低目標(biāo)表面溫度，也能大幅提升應(yīng)對(duì)多元化紅外探測(cè)手段的偽裝能力，在軍事應(yīng)用上顯示出很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>
制圖：張國(guó)強(qiáng)、紀(jì)小勇
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