Инфракрасная сигнатура , используемая военными и оборонными учеными , представляет собой появление объектов на инфракрасных датчиках . [1] Инфракрасная сигнатура зависит от многих факторов, включая форму и размер объекта, [2] температуру , [3] и коэффициент излучения , отражение внешних источников ( земной свет , солнечный свет , свет неба ) от поверхности объекта, [4] фон, на котором он просматривается [5] и диапазон волн детектирующего датчика. Таким образом, не существует ни всеобъемлющего определения инфракрасной сигнатуры, ни каких-либо тривиальных способов ее измерения. Например, инфракрасная сигнатура грузовика, наблюдаемая на фоне поля, будет значительно меняться в зависимости от изменения погоды, времени суток и нагрузки двигателя.
Двумя довольно успешными примерами определения инфракрасной сигнатуры объекта являются определение видимой разницы температур на датчике и контрастности интенсивности излучения (CRI).
Метод кажущейся разницы температур для определения инфракрасной сигнатуры дает физическую разницу температур (например, в кельвинах ) между интересующим объектом и непосредственным фоном, если зарегистрированные значения яркости были измерены от источников идеального черного тела . Проблемы этого метода включают различия в яркости объекта или непосредственного фона, а также конечный размер пикселей детектора. Значение представляет собой сложную функцию диапазона, времени, аспекта и т. д.
Метод определения интенсивности контрастного излучения для определения инфракрасной сигнатуры заключается в том, чтобы взять разницу в средней яркости объекта и яркости непосредственного фона и умножить ее на проецируемую площадь объекта. Опять же, значение CRI будет зависеть от многих факторов.
На этапе проектирования часто желательно использовать компьютер, чтобы предсказать, какой будет инфракрасная сигнатура, прежде чем изготавливать реальный объект. Многие итерации этого процесса прогнозирования могут быть выполнены за короткое время и с низкими затратами, тогда как использование диапазона измерения часто требует много времени, затрат и подвержено ошибкам.
Ряд компаний-разработчиков программного обеспечения создали пакеты программного обеспечения для прогнозирования инфракрасных сигнатур. Обычно для этого требуется интересующая модель САПР, а также большой набор параметров для описания конкретной тепловой среды, внутренних температур платформы и тепловых свойств строительных материалов. Затем программное обеспечение решает ряд тепловых уравнений по границам и для распространения электромагнитного излучения в указанном инфракрасном диапазоне волн. Основным результатом является измерение инфракрасной сигнатуры, хотя обычно можно указать температуру поверхности (поскольку ее обычно необходимо рассчитывать для получения прогноза инфракрасной сигнатуры), а также визуальное представление того, как сцена может выглядеть для различных инфракрасных детекторов изображения.
Модели прогнозирования инфракрасных сигнатур очень сложно проверить, за исключением простых случаев, из-за сложности моделирования сложной среды. Как анализ чувствительности этого типа программного обеспечения, так и экспериментальные измерения показали, что небольшие изменения погоды могут оказать существенное влияние на результаты. Таким образом, существуют ограничения на то, чего можно достичь с помощью моделирования инфракрасной проблемы, и иногда необходимы эксперименты для достижения точного знания природы физического существования объекта в инфракрасных диапазонах волн.
Инфракрасная стелс — это область стелс-технологий , направленная на уменьшение инфракрасных сигнатур. [6] Это снижает восприимчивость платформы к оружию с инфракрасным наведением и инфракрасным датчикам наблюдения, [7] и, таким образом, повышает общую живучесть платформы. Инфракрасная малозаметность особенно применима к военным самолетам из-за обнаруживаемых двигателей [8] и шлейфов [9] самолетов, не являющихся малозаметными, но она также применима к военным вертолетам, [10] военным кораблям, наземным транспортным средствам и спешившимся солдатам.
Военная цель изучения инфракрасных сигнатур состоит в том, чтобы понять вероятную инфракрасную сигнатуру угроз (и разработать оборудование, необходимое для их обнаружения), а также уменьшить инфракрасную сигнатуру своих собственных средств до датчиков угроз. На практике это может означать оснащение военного корабля датчиками для обнаружения выхлопных шлейфов приближающихся противокорабельных ракет , а также наличие инфракрасной сигнатуры ниже порога обнаружения инфракрасного датчика, направляющего ракету.
Шлейф выхлопных газов дает значительную инфракрасную сигнатуру. Одним из способов уменьшения ИК-сигнала является наличие некруглой выхлопной трубы (формы щели), чтобы минимизировать объем поперечного сечения выхлопных газов и максимизировать смешивание горячих выхлопных газов с прохладным окружающим воздухом (см. Lockheed F-117 Nighthawk). Часто в поток выхлопных газов намеренно впрыскивают прохладный воздух, чтобы ускорить этот процесс (см. Ryan AQM-91 Firefly и Northrop Grumman B-2 Spirit ). Иногда выхлоп реактивной струи выбрасывается над поверхностью крыла, чтобы защитить его от наблюдателей внизу, как в Lockheed F-117 Nighthawk и ненезаметном Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Для достижения инфракрасной скрытности выхлопные газы охлаждаются до температур, при которых самые яркие длины волн, которые они излучают , поглощаются атмосферным углекислым газом и водяным паром , что значительно снижает инфракрасную видимость выхлопного шлейфа. [11] Другой способ снизить температуру выхлопных газов — циркулировать охлаждающие жидкости, такие как топливо, внутри выхлопной трубы, где топливные баки служат радиаторами , охлаждаемыми потоком воздуха вдоль крыльев. [ нужна цитата ]
Наземный бой включает в себя использование как активных, так и пассивных инфракрасных датчиков, поэтому в документе с требованиями к наземной боевой униформе морской пехоты США указаны стандарты качества отражения инфракрасного излучения. [12]