Technologische Probleme
Kameras
Einige der vorgeschlagenen aktiven Tarnsysteme weisen Kameras auf, die direkt auf dem getarnten Objekt installiert sind, und einige Systeme haben entfernte IR-Kameras. Wenn das System so konzipiert ist, dass die Kamera direkt auf dem zu maskierenden Objekt installiert werden muss, wird eine Einschränkung auferlegt – die Kamera muss entweder aktiv getarnt oder klein genug sein. Gegenwärtig stehen den Verbrauchern viele Modelle von Mikrokameras zur Verfügung, von denen einige kommerzielle Miniatur-Farbkameras für bestimmte Arten von aktiven Tarnsystemen geeignet sein können.
Auflösung und Bildgebung
Bei der Ermittlung der erforderlichen Displayauflösung muss die Entfernung vom Display zum Betrachter berücksichtigt werden. Wenn der Betrachter nur 2 Meter entfernt ist, sollte die Auflösung nicht viel höher sein als das Detail des menschlichen Sehens in dieser Entfernung, also etwa 289 Pixel pro cm2. Wenn der Beobachter weiter entfernt ist (was normalerweise der Fall ist), kann die Auflösung verringert werden, ohne die Qualität der Maskierung zu beeinträchtigen.
Darüber hinaus sollte bei der Visualisierung berücksichtigt werden, wie sich das Sichtfeld des Betrachters in Abhängigkeit vom Abstand zum Bildschirm verändert. Zum Beispiel kann eine Person, die aus 20 Metern Entfernung auf ein Display schaut, mehr von dem sehen, was sich hinter dem Display befindet als eine Person in 5 Metern Entfernung. Daher muss das System bestimmen, von wo aus der Betrachter schaut, um das Bild oder die Größe des Bildes anzupassen und seine Kanten zu bestimmen.
Eine der Visualisierungslösungen ist die Erstellung eines digitalen 3D-Modells des umgebenden Raums. Es wird davon ausgegangen, dass das digitale Modell in Echtzeit generiert wird, da es höchstwahrscheinlich unpraktisch ist, die Orte der realen Welt vorzeitig zu modellieren. Ein stereoskopisches Kamerapaar ermöglicht es dem System, Standort, Farbe und Helligkeit zu bestimmen. Ein als Wanderstrahlabbildung bezeichnetes Verfahren wird vorgeschlagen, um das Modell in ein 2D-Bild auf einer Anzeige zu übersetzen.
Mithilfe magnetischer und elektrischer Felder werden neue gewebte Nanokompositmaterialien hergestellt, um eine präzise Positionierung von funktionellen Nanopartikeln innerhalb und außerhalb von Polymerfasern zu erreichen. Diese Nanofasern können maßgeschneidert werden, um Eigenschaften wie Farbabstimmung und NIR-Signaturkontrolle für aktive Tarnanwendungen bereitzustellen.
Schematische Darstellung einer aktiven Tarnung zur Tarnung einer Person, die vor einer Personengruppe steht
Anzeigen
Flexible Display-Technologien werden seit über 20 Jahren entwickelt. Es wurden zahlreiche Verfahren vorgeschlagen, um eine flexiblere, haltbarere und billigere Anzeige zu schaffen, die auch eine angemessene Auflösung, Kontrast, Farbe, Betrachtungswinkel und Bildwiederholfrequenz aufweist. Derzeit untersuchen Designer flexibler Displays die Verbraucheranforderungen, um die am besten geeignete Technologie zu bestimmen, anstatt die beste Einzellösung für alle Anwendungen anzubieten. Zu den verfügbaren Lösungen gehören RPT (Retro-reflektive Projektionstechnologie), organische Leuchtdioden (OLEDs), Flüssigkristallanzeigen (LCDs), Dünnschichttransistoren (TFTs) und E-Paper …
Moderne Standarddisplays (einschließlich flexibler Displays) dienen nur der direkten Anzeige. Daher muss ein System auch so konzipiert sein, dass das Bild aus verschiedenen Blickwinkeln deutlich zu sehen ist. Eine Lösung wäre ein halbkugelförmiges Linsenarray-Display. Außerdem kann die Anzeige je nach Sonnenstand und Betrachter deutlich heller oder dunkler als die Umgebung sein. Bei zwei Beobachtern sind zwei unterschiedliche Helligkeitsstufen erforderlich.
Aufgrund all dieser Faktoren werden hohe Erwartungen an die zukünftige Entwicklung der Nanotechnologie gestellt.
Technologische Einschränkungen
Derzeit beschränken zahlreiche technologische Beschränkungen die Produktion von aktiven Tarnsystemen für Soldatensysteme. Während einige dieser Einschränkungen mit einem Lösungsvorschlag innerhalb von 5 bis 15 Jahren aktiv überwunden werden (zB flexible Displays), gibt es noch einige nennenswerte Hürden zu überwinden. Einige von ihnen werden unten erwähnt.
Die Helligkeit der Displays. Eine der Einschränkungen von Display-basierten aktiven Tarnsystemen ist die fehlende Helligkeit für das Arbeiten bei Tageslicht. Die durchschnittliche Helligkeit eines klaren Himmels beträgt 150 W / m2 und die meisten Displays erscheinen bei vollem Tageslicht leer. Es wird ein helleres Display benötigt (mit einer Lumineszenz in der Nähe einer Ampel), was in anderen Entwicklungsbereichen nicht erforderlich ist (z. B. sollten Computermonitore und Informationsdisplays nicht so hell sein). Folglich kann die Helligkeit von Displays die Richtung sein, die die Entwicklung aktiver Tarnung hemmt. Darüber hinaus ist die Sonne 230.000 Mal intensiver als der umgebende Himmel. Displays mit Sonnenhelligkeit sollten so gestaltet werden, dass das System beim Vorbeifahren an der Sonne weder verschwommen aussieht noch Schatten aufweist.
Rechenleistung. Die Haupteinschränkungen der aktiven Bildsteuerung und ihrer ständigen Aktualisierung zum Zweck einer kontinuierlichen Aktualisierung (Unsichtbarkeit) für das menschliche Auge bestehen darin, dass in den Steuerungsmikroprozessoren eine leistungsfähige Software und eine große Speichergröße benötigt werden. Angesichts der Tatsache, dass wir ein 3D-Modell in Betracht ziehen, das in Echtzeit basierend auf Methoden zum Erhalten von Bildern von Kameras erstellt werden muss, können die Software und die Eigenschaften der Steuerungsmikroprozessoren zu einer großen Einschränkung werden. Wenn dieses System autonom und von einem Soldaten getragen werden soll, muss der Laptop außerdem leicht, klein und flexibel genug sein.
Batteriebetrieben. Berücksichtigt man die Helligkeit und Größe des Displays sowie die benötigte Rechenleistung, sind moderne Akkus zu schwer und entladen sich schnell. Soll dieses System vom Soldaten auf das Schlachtfeld getragen werden, müssen leichtere Batterien mit höherer Kapazität entwickelt werden.
Position von Kameras und Projektoren. In Anbetracht der RPT-Technologie besteht die wesentliche Einschränkung hier darin, dass Kameras und Projektoren im Voraus und nur für einen feindlichen Beobachter positioniert werden müssen, und dass dieser Beobachter in einer genauen Position vor der Kamera positioniert werden muss. Es ist unwahrscheinlich, dass all dies auf dem Schlachtfeld beobachtet wird.
Tarnung wird digital
Im Vorgriff auf exotische Technologien, die es ermöglichen, einen echten "Tarnmantel" zu entwickeln, ist der neueste und bedeutendste Fortschritt im Bereich der Tarnung die Einführung sogenannter digitaler Muster (Templates).
„Digitale Tarnung“bezeichnet ein Mikromuster (Mikromuster), das aus einer Anzahl kleiner rechteckiger Pixel unterschiedlicher Farbe besteht (idealerweise bis zu sechs, meist jedoch aus Kostengründen nicht mehr als vier). Diese Mikromuster können sechseckig oder rund oder viereckig sein und werden in verschiedenen Sequenzen über die gesamte Fläche, sei es Stoff, Kunststoff oder Metall, reproduziert. Verschiedene gemusterte Oberflächen ähneln digitalen Punkten, die ein vollständiges Bild eines digitalen Fotos bilden, sind jedoch so organisiert, dass Umriss und Form des Objekts verwischt werden.
Marines in MARPAT-Kampfuniformen für Wälder
Theoretisch ist dies eine viel effektivere Tarnung als die Standardtarnung, die auf großen Flecken basiert, da sie die bunten Strukturen und rauen Ränder einer natürlichen Umgebung nachahmt. Dies basiert darauf, wie das menschliche Auge und damit das Gehirn mit verpixelten Bildern interagiert. Digitale Tarnung ist besser in der Lage, das Gehirn, das das Muster nicht wahrnimmt, zu verwirren oder zu täuschen oder das Gehirn nur einen bestimmten Teil des Musters sehen zu lassen, so dass die tatsächliche Umrisse des Soldaten nicht erkennbar sind. Für echte Arbeit müssen Pixel jedoch durch Gleichungen sehr komplexer Fraktale berechnet werden, die es Ihnen ermöglichen, sich nicht wiederholende Muster zu erhalten. Solche Gleichungen zu formulieren ist keine leichte Aufgabe und deshalb sind digitale Tarnmuster immer durch Patente geschützt. Zuerst von den kanadischen Streitkräften als CADPAT und dem US Marine Corps als MARPAT eingeführt, hat die digitale Tarnung seitdem den Markt im Sturm erobert und wurde von vielen Armeen auf der ganzen Welt übernommen. Es ist interessant festzustellen, dass weder CADPAT noch MARPAT für den Export verfügbar sind, obwohl die Vereinigten Staaten keine Probleme haben, hochentwickelte Waffensysteme zu verkaufen.
Vergleich zwischen regulären und digitalen Kampffahrzeug-Tarnmustern
Kanadische CAPDAT-Vorlage (Waldversion), MARPAT-Vorlage für Marine Corps (Wüstenversion) und Neue Singapur-Vorlage
Advanced American Enterprise (AAE) kündigte Verbesserungen an seiner tragbaren Decke mit aktiver / adaptiver Tarnung an (im Bild). Das als Stealth Technology System (STS) bezeichnete Gerät ist im sichtbaren und im NIR erhältlich. Diese Aussage weckt jedoch erhebliche Skepsis.
Derzeit gibt es einen anderen Ansatz … Forscher von Rensselier und der Rice University haben das dunkelste Material erhalten, das je von Menschenhand geschaffen wurde. Das Material ist eine dünne Beschichtung aus entladenen Anordnungen von lose ausgerichteten Kohlenstoff-Nanoröhrchen; es hat eine Gesamtreflexion von 0,045%, dh es absorbiert 99,955% des einfallenden Lichts. Damit kommt das Material dem sogenannten „superschwarzen“Objekt sehr nahe, das nahezu unsichtbar sein kann. Foto zeigt als neues Material mit 0,045% Reflexion (Mitte), deutlich dunkler als 1,4% NIST Reflexionsstandard (links) und einem Stück Glaskohle (rechts)
Ausgabe
Aktive Tarnsysteme für Infanteristen könnten bei verdeckten Operationen sehr hilfreich sein, insbesondere angesichts der zunehmenden Verbreitung militärischer Operationen im städtischen Raum. Herkömmliche Tarnsysteme behalten die gleiche Farbe und Form bei, jedoch können sich im urbanen Raum optimale Farben und Muster jede Minute ständig ändern.
Die Suche nach nur einem möglichen aktiven Tarnsystem reicht nicht aus, um die notwendige und teure Entwicklung von Display-Technologie, Rechenleistung und Akkuleistung zu leisten. Aufgrund der Tatsache, dass all dies jedoch in anderen Anwendungen erforderlich sein wird, ist es durchaus absehbar, dass die Industrie Technologien entwickeln kann, die in Zukunft leicht für aktive Tarnsysteme angepasst werden können.
In der Zwischenzeit können einfachere Systeme entwickelt werden, die nicht zu vollkommener Unsichtbarkeit führen. Beispielsweise ist ein System, das die ungefähre Farbe aktiv aktualisiert, nützlicher als bestehende Tarnsysteme, unabhängig davon, ob das ideale Bild angezeigt wird. Da das aktive Tarnungssystem am besten gerechtfertigt sein kann, wenn die Position des Beobachters genau bekannt ist, kann davon ausgegangen werden, dass in den frühesten Lösungen eine einzige stationäre Kamera oder ein stationärer Detektor zur Tarnung verwendet werden könnte. Derzeit sind jedoch eine Vielzahl von Sensoren und Detektoren verfügbar, die nicht im sichtbaren Spektrum arbeiten. Ein thermisches Mikrobolometer oder ein empfindlicher Sensor kann beispielsweise leicht ein durch eine visuell aktive Tarnung maskiertes Objekt identifizieren.
