Radar pracujący w jednym paśmie może bowiem nie zobaczyć tego, co wychwyci inny sensor, kamera termowizyjna albo rozproszona sieć czujników. Pisałem już o tym znacznie szerzej przy radarze SharpSight przeznaczonym do wyszukiwania trudnych celów czy bezzałogowcu stealth Vectis. Dlatego dla mnie właśnie tutaj kryje się następny etap całej zabawy w “niewidzialność”. Nie chodzi już wyłącznie o stworzenie obiektu, który słabo odbija fale radarowe, ale o jednoczesne ograniczenie całego zestawu sygnatur. Właśnie w tym kontekście najnowsze dzieło naukowców z Korei Południowej robi się naprawdę interesujące.
Powłoka cieńsza od włosa przepuszcza śladową część fal elektromagnetycznych
Zespoły z Korea Institute of Materials Science oraz Korea Institute of Science and Technology opracowały kompozytową powłokę o grubości ledwie 17,5 mikrometra. Nie jest więc mowa o kolejnym ciężkim pancerzu, grubej powłoce czy materiale, który trzeba uwzględniać jako istotny element konstrukcji. Mówimy o czymś znacznie cieńszym od typowego ludzkiego włosa.
Czytaj też: USA zwiększają potęgę lotniskowców. Takiej broni jeszcze na nich nie było
Materiał osiągnął średnią skuteczność ekranowania elektromagnetycznego na poziomie 92,8 dB w paśmie X oraz 97,4 dB w paśmie Ka. W praktyce oznacza to ekstremalne tłumienie przechodzących fal elektromagnetycznych, które jest liczone na poziomie przekraczającym 99,9999999 procent. Co więcej, autorzy utrzymali wyniki powyżej 90 dB w szerokim zakresie częstotliwości od 8,2 do 110 GHz.
Ekranowanie EMI nie jest jednak tym samym co magiczne zmniejszenie radarowej powierzchni skutecznego odbicia całego samolotu. Badacze wykazali wręcz, że ponad 90 procent padającej energii elektromagnetycznej może zostać początkowo odbite, choć dalszą część skutecznego tłumienia zapewnia absorpcja i wielokrotne rozpraszanie wewnątrz struktury. Innymi słowy – jest tu ogromny potencjał dla technologii wojskowych, ale nikt nie oklei jutro F-35 taką powłoką i nie sprawi, że jeszcze bardziej zniknie z radaru.
Włókna CNT są cegłami, a MXene robi za zaprawę
Najciekawsze jest dla mnie to, jak naukowcy połączyli dwa materiały, których zalety dobrze się uzupełniają. Włókna z nanorurek węglowych, czyli CNTF, są lekkie, bardzo wytrzymałe i świetnie przewodzą prąd, ale stworzenie z nich jednolitej powłoki przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej wytrzymałości oraz dobrej przewodności między sąsiednimi włóknami nie jest łatwe. Z kolei zastosowany tutaj Ti3C2Tx należy do rodziny dwuwymiarowych materiałów MXene i oprócz wysokiej przewodności może zapewniać powierzchni bardzo niską emisyjność w podczerwieni.
Czytaj też: Czołg przyszłości nie jest już prototypem. Chiny pokazały go rok temu, dziś ćwiczy z wojskiem
Badacze potraktowali więc włókna CNTF jak “cegły”, a nanoskopijne płatki Ti3C2Tx jak przewodzącą “zaprawę”. Najpierw zmodyfikowali powierzchnię włókien grupami aminowymi, które sprzyjają tworzeniu wiązań wodorowych z grupami hydroksylowymi obecnymi na powierzchni MXene. Następnie przeciągali tak przygotowane włókna przez wodną zawiesinę Ti3C2Tx i nawijali je równolegle obok siebie. Dzięki temu płatki MXene równomiernie pokryły włókna i utworzyły między nimi przewodzące mostki, które jednocześnie ograniczyły ich wzajemne przesuwanie się.
Efektem jest struktura, w której CNTF odpowiadają przede wszystkim za wytrzymały szkielet, a Ti3C2Tx spaja go i tworzy dodatkowe ścieżki dla przepływu prądu. Gotowy film osiągnął przewodność elektryczną na poziomie 9236 S/cm oraz wytrzymałość na rozciąganie rzędu 1,02 GPa.
Radar to dopiero połowa historii. Termowizja też ma problem
Badacze nie zatrzymali się na falach radiowych. Okazuje się, że ten nowy materiał ma również bardzo niską emisyjność w podczerwieni, a więc potrafi ograniczać ilość promieniowania cieplnego, które dociera do kamery termowizyjnej.
W eksperymencie naukowcy umieścili swoją powłokę m.in. na dłoni, telefonie oraz podgrzanym modelu myśliwca. Ten ostatni miał temperaturę około 82,8°C. Powierzchnia kontrolna była widziana przez kamerę termowizyjną jako mająca około 77,4°C, natomiast fragment pokryty nowym kompozytem dawał wskazanie zaledwie 37,1°C, mimo rzeczywistej temperatury modelu wynoszącej około 82,8°C. Materiał zachowywał zdolność ograniczania sygnatury w podczerwieni nawet przy temperaturze podłoża sięgającej 300°C.
Właśnie tutaj widzę najważniejszy element całego badania. Dzisiejsze systemy obronne coraz częściej łączą informacje z różnych sensorów. Jeśli radar ma trudność z wykryciem obiektu, można próbować znaleźć go w podczerwieni. Jeśli jedna stacja nie widzi celu, to dane może dostarczyć druga. Przykładem tej ewolucji jest choćby radar LTAMDS projektowany również z myślą o wykrywaniu celów stealth. Dlatego przyszłość kamuflażu wojskowego najpewniej nie będzie należała do jednej cudownej powłoki, lecz materiałów ograniczających kilka różnych sygnatur jednocześnie.
Technologia stealth może zejść do poziomu materiału
Nie spodziewałbym się nagłego przełomu, po którym istniejące samoloty staną się niewidzialne po naklejeniu 17-mikrometrowej warstwy. Na tę chwilę to nadal badanie materiałowe, a między próbką laboratoryjną i modelem myśliwca a kadłubem samolotu lecącego z dużą prędkością pozostaje ogromna przepaść produkcyjna, eksploatacyjna oraz kosztowa. Kierunek jest jednak wyjątkowo ciekawy.
Czytaj też Dron wielkości Reapera ma latać obok myśliwców. Lockheed zbuduje pięć bezzałogowców stealth
Stealth przez lata oznaczało przede wszystkim geometrię konstrukcji i specjalne powłoki pochłaniające fale radarowe. Teraz coraz częściej zaczynamy mówić o wielofunkcyjnej “skórze”, która jednocześnie jest lekka, elastyczna, wytrzymała, przewodząca, chroni elektronikę przed zakłóceniami i ogranicza wykrywalność w podczerwieni. Co jeszcze ciekawsze, wojsko wcale nie musi być największym beneficjentem. Tak cienkie ekranowanie elektromagnetyczne może znaleźć zastosowanie w smartfonach, urządzeniach ubieralnych, sprzęcie medycznym oraz elektronice dla sieci 5G i 6G, gdzie coraz większym problemem stają się zakłócenia między upakowanymi obok siebie komponentami.
Źródła: ResearchGate, EurekaAlert
