Инфракрасная сигнатура , используемая учеными в области обороны и военными , представляет собой внешний вид объектов для инфракрасных датчиков . [1] Инфракрасная сигнатура зависит от многих факторов, включая форму и размер объекта, [2] температуру , [3] и излучательную способность , отражение внешних источников ( земной свет , солнечный свет , небесный свет ) от поверхности объекта, [4] фон, на котором он наблюдается [5] и диапазон волн датчика обнаружения. Таким образом, не существует всеобъемлющего определения инфракрасной сигнатуры или каких-либо тривиальных средств ее измерения. Например, инфракрасная сигнатура грузовика, наблюдаемого на фоне поля, будет значительно меняться в зависимости от изменения погоды, времени суток и загрузки двигателя.
Два довольно успешных примера определения инфракрасной сигнатуры объекта — это определение кажущейся разницы температур на датчике и контрастной интенсивности излучения (CRI).
Метод кажущейся разницы температур для определения инфракрасной сигнатуры дает физическую разницу температур (например, в градусах Кельвина ) между интересующим объектом и непосредственным фоном, если зарегистрированные значения яркости были измерены от источников абсолютно черного тела . Проблемы с этим методом включают разницу в яркости по всему объекту или непосредственному фону и конечный размер пикселей детектора. Значение является сложной функцией диапазона, времени, аспекта и т. д.
Метод контрастной интенсивности излучения для определения инфракрасной сигнатуры заключается в том, чтобы взять разницу в средней яркости объекта и непосредственного фона и умножить ее на проекционную площадь объекта. Опять же, значение CRI будет зависеть от многих факторов.
На этапе проектирования часто желательно использовать компьютер для прогнозирования того, какой будет инфракрасная сигнатура, перед изготовлением фактического объекта. Многие итерации этого процесса прогнозирования могут быть выполнены за короткое время и с низкими затратами, тогда как использование диапазона измерений часто требует много времени, является дорогостоящим и подверженным ошибкам.
Ряд компаний-разработчиков программного обеспечения создали программные пакеты для прогнозирования инфракрасной сигнатуры. Обычно для них требуется интересующая модель САПР плюс большой набор параметров для описания конкретной тепловой среды, внутренних температур платформы и тепловых свойств строительных материалов. Затем программное обеспечение решает набор тепловых уравнений через границы и для электромагнитного распространения в указанном инфракрасном диапазоне волн. Первичным результатом является измерение инфракрасной сигнатуры, хотя обычно могут быть указаны температуры поверхности (поскольку ее обычно приходится рассчитывать для получения прогноза инфракрасной сигнатуры), а также визуальные представления того, как сцена может выглядеть для различных инфракрасных детекторов визуализации.
Модели прогнозирования инфракрасных сигнатур очень трудно 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 оказывать значительное влияние на результаты. Таким образом, существуют ограничения на то, чего можно достичь с помощью моделирования инфракрасной проблемы, и иногда экспериментирование необходимо для получения точных знаний о природе физического существования объекта в инфракрасных диапазонах волн.
Инфракрасная скрытность — это область технологии скрытности, направленная на снижение инфракрасных сигнатур. [6] Это снижает восприимчивость платформы к инфракрасному управляемому оружию и инфракрасным датчикам наблюдения, [7] и, таким образом, увеличивает общую выживаемость платформы. Инфракрасная скрытность особенно применима к военным самолетам из-за обнаруживаемых двигателей [8] и шлейфов [9] от обычных самолетов, но она также применима к военным вертолетам, [10] военным кораблям, наземным транспортным средствам и спешенным солдатам.
Военная цель изучения инфракрасных сигнатур состоит в том, чтобы понять вероятную инфракрасную сигнатуру угроз (и разработать оборудование, необходимое для их обнаружения) и уменьшить инфракрасную сигнатуру своих собственных активов до датчиков угроз. На практике это может означать оснащение военного корабля датчиками для обнаружения выхлопных газов приближающихся противокорабельных ракет , а также иметь инфракрасную сигнатуру ниже порога обнаружения инфракрасного датчика, направляющего ракету.
Выхлопной шлейф вносит значительный вклад в инфракрасную сигнатуру. Одним из способов уменьшения инфракрасной сигнатуры является использование некруглой выхлопной трубы (щелевой формы) для минимизации поперечного сечения выхлопа и максимального смешивания горячего выхлопа с холодным окружающим воздухом (см. Lockheed F-117 Nighthawk). Часто холодный воздух намеренно впрыскивается в поток выхлопных газов, чтобы ускорить этот процесс (см. Ryan AQM-91 Firefly и Northrop B-2 Spirit ). Форма сопла может быть разработана для облегчения смешивания выхлопа с окружающим воздухом, как в случае с прямоугольными соплами на Lockheed Martin F-22 Raptor . Иногда выхлопная струя выводится над поверхностью крыла, чтобы защитить ее от наблюдателей снизу, как в Lockheed F-117 Nighthawk и не скрытном Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Для достижения инфракрасной скрытности выхлопной газ охлаждается до температур, при которых самые яркие длины волн, которые он излучает, поглощаются атмосферным углекислым газом и водяным паром , что значительно снижает инфракрасную видимость выхлопного шлейфа. [11] Другой способ снижения температуры выхлопных газов — это циркуляция охлаждающих жидкостей, таких как топливо, внутри выхлопной трубы, где топливные баки служат радиаторами, охлаждаемыми потоком воздуха вдоль крыльев. [12]
Наземные боевые действия подразумевают использование как активных, так и пассивных инфракрасных датчиков, поэтому в документе с требованиями к униформе для наземных боевых действий Корпуса морской пехоты США указаны стандарты качества отражения инфракрасного излучения. [13]