Ученые разработали инфракрасный камуфляж для спутников, скрывающий их от земных датчиков
Новая технология инфракрасной маскировки может помочь ценным спутникам избежать обнаружения в переполненном околоземном пространстве, обеспечивая новую защиту от средств обнаружения спутников.
Эта технология, исследователями из Чжэцзянского университета, создана командой профессора Цяна Ли из Государственной ключевой лаборатории экстремальной фотоники и приборов при Колледже оптических наук и инженерии. Новая методика направлена против главной угрозы идентификации спутников — возможности их обнаружения в любое время и в любом месте.
Расширение орбитальной активности
Запуски спутников продолжают ускоряться: по данным на 12 мая, на орбите находится 11 701 активный спутник — по сравнению с 9 850 в конце 2023 года. Этот рост связан с расширением космической экономики, которая, по прогнозам Всемирного экономического форума, увеличится с $630 млрд в 2023 году до $1,8 трлн к 2035 году — почти вдвое быстрее роста мирового ВВП. Защита высокоценных космических активов, таких как военные и разведывательные спутники, остается сложной и нерешенной проблемой.
Спутники на орбите уязвимы к трем основным типам обнаружения: визуальному, микроволновому и инфракрасному. Первые два имеют существенные ограничения. Яркое небо днем скрывает спутники, делая визуальное обнаружение крайне сложным. Микроволновые датчики могут отслеживать объекты круглосуточно, но наиболее эффективны только для низкой околоземной орбиты. Это делает инфракрасное обнаружение самым надежным методом для поиска спутников на любой высоте и в любое время.
Переосмысление инфракрасной маскировки
Экстремальные условия космоса долгое время препятствовали разработке эффективной инфракрасной маскировки. Предыдущие попытки редко учитывали солнечный спектр излучения, а существующие методы рассеивания тепла в космосе (где возможна только тепловая радиация) оказались неэффективными. Помимо снижения инфракрасной заметности, любая работоспособная технология должна минимизировать вес (для облегчения запуска) и сохранять устойчивость к суровым космическим условиям.
Команда Ли проанализировала распределение инфракрасной энергии в различных диапазонах длин волн, чтобы найти решение. Они обнаружили способ скрыть сигнатуры в H-, K-, MWIR- и LWIR-диапазонах, рассеивая тепло через VLWIR-диапазон. Исследователи воплотили эту концепцию в физическое устройство из многослойных материалов: ZnS/GST/HfO₂/Ge/HfO₂/Ni. Система снижает отражение солнечного излучения в H- и K-диапазонах, подавляет тепловое излучение в MWIR и LWIR, но обеспечивает высокую тепловую эмиссию в VLWIR-диапазоне, чтобы уменьшить нагрев и поддерживать рабочую температуру.
Тестирование "невидимого" спутника
Команда провела натурные испытания, разместив маскировочное покрытие на модели спутника. При наблюдении в инфракрасных камерах разница между открытыми и замаскированными участками была очевидна. В MWIR- и LWIR-диапазонах открытые поверхности показывали 42,2 °C и 45,5 °C, тогда как замаскированные участки соответствовали фоновой температуре неба — 30,5 °C и 21,0 °C соответственно. В H- и K-диапазонах отражательная способность маскированных зон снизилась на 36,9% и 24,2% по сравнению с незащищенной моделью.
В лаборатории материал протестировали в вакуумной камере, имитирующей космос (давление 0,15 Па, охлаждение жидким азотом до 3K). Нагревательная пластина имитировала тепловую энергию, выделяемую спутником. По сравнению с контрольной металлической пленкой, новое покрытие снизило температуру устройства на 39,8 °C.
«Эта работа открывает значительные перспективы для расширения наших возможностей в области освоения и использования космоса, тем самым прокладывая путь для человечества к освоению новых областей пригодного для жизни космоса», — прогнозирует команда.