Il camuffamento si riferisce alla capacità di ridurre il segnale catturato dai rilevatori, migliorando così i tassi di sopravvivenza. Tuttavia, la combinazione di rilevatori che operano in più bande spettrali rappresenta una sfida significativa, che richiede lo sviluppo di tecnologie di mimetizzazione multibanda. Inoltre, il camuffamento di solito è in conflitto con le esigenze di dissipazione del calore radiativo, che hanno un contributo significativo alla gestione termica degli oggetti.

Gli oggetti tipicamente tradiscono la loro presenza attraverso due tipi di segnali:segnali riflessi da fonti luminose esterne e segnali di emissione termica dagli oggetti stessi. Da un lato, gli oggetti in natura sono illuminati da fonti luminose esterne, tra le quali la radiazione solare è la più significativa. La radiazione solare emette la sua energia principalmente nell'intervallo spettrale compreso tra 0,15 e 4 μm e svolge un ruolo cruciale nel visibile (VIS, 400–780 nm), nel vicino infrarosso (NIR, 0,78–1,4 μm) e nell'infrarosso a onde corte ( SWIR, bande di rilevamento 1,4–2,5 μm).

D'altra parte, gli oggetti irradiano energia attraverso l'emissione termica, che può essere rilevata dai rilevatori che funzionano nelle finestre di trasmissione atmosferica (infrarossi a onde medie (MWIR, 3–5 μm) e infrarossi a onde lunghe (LWIR, 8–14 μm) ). Con l'aumento della temperatura, la lunghezza d'onda di picco dell'emissione termica si sposta nella direzione delle onde corte, rendendo il segnale radiativo nella banda SWIR non trascurabile.

In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di scienziati, guidato dal professor Qiang Li del State Key Laboratory of Modern Optical Instrumentation, College of Optical Science and Engineering, Zhejiang University, Cina, e colleghi hanno sviluppato un dispositivo mimetico a banda infrarossa completa, compatibile con dissipazione del calore radiativo in due bande non rilevate (2,5–3 μm e 5–8 μm). Sulla base della comprensione delle sorgenti del segnale, hanno proposto le caratteristiche spettrali dei dispositivi mimetici:

• Nella banda SWIR, la bassa emissività ha un campo di applicazione più ampio. La massima irradianza solare è simile a quella di un corpo nero a 330° C. Tuttavia, negli scenari pratici, in cui l'irradianza solare è generalmente inferiore al livello massimo, l'inibizione dell'emissione termica contribuisce maggiormente a ridurre l'intensità totale del segnale.
• Nelle bande MWIR e LWIR, la bassa emissività è più adatta poiché l'emissione termica solitamente domina il segnale rilevato e l'intensità della luce solare è sufficientemente debole da essere trascurabile.
• Nelle bande VIS e NIR, è preferibile una bassa riflettività poiché la fonte predominante del segnale rilevato è la radiazione solare riflessa e l'emissione termica è generalmente insignificante.

L'Al₂ O₃ /Ge/Al₂ O₃ La struttura multistrato /Ge/ZnS/GST/Ni viene utilizzata per modulare lo spettro ultra-ampio dalla gamma visibile a quella LWIR. L'architettura unica di questa struttura le consente di soddisfare le diverse esigenze dell'intera gamma degli infrarossi e della gamma visibile, ottenendo contemporaneamente un'efficiente dissipazione del calore radiativo all'interno di due bande non rilevate.

Apparendo grigio-blu, il campione fabbricato mostra una riflettività media bassa nelle bande VIS/NIR (0,129/0,281). Quando si riscalda fino a 200° C, le temperature radiative (apparenti) del campione sotto le telecamere MWIR/LWIR sono solo 86,3° C/94,7° C. Rispetto al corpo nero di riferimento, l'intensità del segnale del campione è inferiore del 39,3% sotto la telecamera SWIR. In particolare, la prestazione mimetica dello SWIR è dimostrata sotto la radiazione solare. A temperature più elevate, il campione presenta un'intensità del segnale inferiore rispetto al riferimento Cr in tutte le direzioni di osservazione. Mentre a temperature più basse, il campione mantiene il bordo tranne che nella direzione di riflessione speculare della radiazione solare.

L'efficacia della dissipazione del calore radiativo è dimostrata ponendo il campione e il riferimento di Cr sottoposti alla stessa potenza di riscaldamento elettrico in ingresso. Con una potenza in ingresso di 20 W (equivalente a una densità di potenza di 2000 Wm ⁻² ), la temperatura superficiale del campione è 174,5° C, ovvero 14,4° C inferiore a quella del riferimento Cr.

Queste temperature superficiali più basse aiutano a ridurre il carico termico e migliorare le prestazioni del camuffamento MWIR e LWIR.

"Questo lavoro fornisce una linea guida completa per lo sviluppo di tecnologie di mimetizzazione compatibili con la dissipazione del calore radiativo, contro complicate fonti di segnale e tecnologie di rilevamento multispettrali", hanno osservato gli scienziati.

"Questo dispositivo per il camuffamento dell'intera banda infrarossa può facilitare applicazioni che richiedono una sofisticata manipolazione dello spettro e stimolare strade innovative per le moderne tecnologie di gestione termica e contribuire a un futuro efficiente dal punto di vista energetico", affermano.

Ulteriori informazioni: Bing Qin et al, Mimetismo a banda infrarossa completa con dissipazione del calore radiativo a doppia banda, Luce:scienza e applicazioni (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01287-z

Fornito dall'Accademia cinese delle scienze