Norint pasislėpti nuo naujų elektroninių jutiklių, reikia geresnio maskavimo

  "Kamufliažas užima aukštą vietą tarp karo menų. Dėl naujovių, tokių, kaip fraktalinės spalvos, imituojančios gamtą, atkartodamos formas įvairiais masteliais, atstumas, iš kurio plika akimi gali greitai pastebėti geriausius kamufliažus vilkinčius karius, vienu skaičiavimu sumažėjo penktadaliu per pastaruosius du dešimtmečius.Tai įspūdinga.

 

     Tačiau šiandienos mūšio laukuose nebeužtenka vien slėptis nuo žmogaus akių. Žmones ir rinkinius taip pat išduoda signalai už regėjimo spektro ribų, o prietaisai, aptinkantys šiuos bangos ilgius, tampa vis geresni, lengvesni ir pigesni. Šilumos jutikliai yra pavyzdys. Šiandien toks, kuris kainuoja apie 1000 dolerių ir sveria vos penkis pakelius cukraus, geru oru gali aptikti šiltą transporto priemonę net 10 km atstumu.

 

     Kaip pažymi Švedijos gynybos tyrimų agentūros atvaizdų tyrimų vadovo pavaduotojas Hansas Kariisas, tai gerokai viršija diapazoną, kuriame būtų pastebėtas mažas dronas. Prieš du dešimtmečius, priduria jis, mažiau jautrus, kilogramą sveriantis, šilumos jutiklis kainavo dešimt kartų brangiau.

 

     Ukrainos pajėgoms, norinčioms likti nepastebėtoms, iššūkis yra ne tik tai, kad tikslūs jutikliai dauginasi sausumoje, danguje ir orbitoje. Taip pat geresnė automatinio taikinio aptikimo programinė įranga padeda operatoriams rasti adatas renkamų duomenų šieno kupetose.

 

     Saugokis!

 

     Pavyzdžiui, „Sentient Vision Systems“ iš Melburno (Australija) sukurta programinė įranga „Kestrel“ nuskaito vaizdo, infraraudonųjų spindulių ir radaro duomenų srautus ir aplink žmones bei kitus galimus taikinius deda raudonus langelius, net kai jų padėtis kadre juda. Sentientas sako, kad „Kestrel“ buvo dislokuotas daugiau, nei 3500 įgulos ir be įgulos orlaivių nuo pat jo pristatymo 2009 m. Atitinkamą duomenų apdorojimą, kuris taip pat klasifikuoja objektus ir apskaičiuoja nuotolius, galima atlikti aukštai – privalumas, kad orlaivis gali surinkti daugiau duomenų, nei gali būti  pertransliuojami į antžeminius kompiuterius.

 

     Kaip pastebi Dniepro (Ukraina) žvalgybos įmonės „Molfar“ analitikas Maksimas Zraževskis, jo šalyje vykstantys, mūšiai rodo, kaip dėl šios pažangos tapo daug sunkiau užmaskuoti karinius išteklius. Užuot priversti taikinius atrodyti kaip civiliniai, sukurkite specialią kamufliažas, kuri apgauna elektroninius jutiklius ir žmogaus akis.

 

     Vienas tokio „multispektrinio“ maskavimo kūrėjų yra Švedijos pramonės milžinas Saab. Jo padalinys Barracuda parduoda kamufliažinius tinklus transporto priemonėms ir kareiviams, kurie sumažina radaro atspindžius ir šilumos signalus. Kad būtų galima valdyti radarą, jame yra specialiai sukurtų (bet slaptų) pusiau laidžių polimerų sluoksnis, kuris sugeria dalį gaunamo spindulio. Tai sustabdo atspindžius, atskleidžiančius tankus ir kitą karinę įrangą. Sukurti polimerą yra sudėtinga, sako Johanas Jersbladas, „Saab“ vyresnysis kamufliažo inžinierius. Jei jis yra per laidus, pats tinklas pasirodys radaro ekrane ir taps taikiniu.

 

     „Saab“ tinklų šilumos charakteristikos sumažinimas atsiranda dėl izoliacinės medžiagos, taip pat neatskleistos sudėties, kuri atspindi infraraudonąją spinduliuotę iš to, ką dengia, atgal link šaltinio, nesvarbu, ar tai variklis, ginklas ar kėbulas. Siekiant geriau apgauti kareivius ar programinę įrangą, nuskaitančią terminius vaizdus, medžiaga taip pat atspindi vėsesnius bangos ilgius, kuriuos skleidžia aplinka, pvz., žemė ir augmenija, o tai iš tikrųjų pavogia jų temperatūrą. Nagrinėjama medžiaga pasiskirsto netolygiai, kad imituotų šilumos pokyčius gamtos pasaulyje. Dr. Kariisas mano, kad šiandieninis daugiaspektrinis kamufliažas sumažina per pusę diapazono, kuriame turtą gali pastebėti daugelis jutiklių.

 

     Daugiaspektriniai kamufliažiniai tinklai paprastai yra apverčiami – su skirtingu modeliu, pasirinktu iš asortimento, apimančio sniegyną, dykumą, miestą, mišką ir panašiai, kiekvienoje pusėje. Tinklas nėra pernelyg sunkus. Pončas, vadinamas Noa lite, sukurtas Fibrotex, Izraelio firmos, aprūpinančios Amerikos kariuomenę, sveria mažiau, nei 700 g. Norėdami sukurti stebėjimo posto dangą, pončai gali būti pritvirtinti vienas prie kito arba vienas, pakabintas, gali apsaugoti karį (žr. paveikslėlį).

 

     Gamintojai laiko kainoraščius šalia savo skrynių, tačiau produktai kainuoja tiek, kad juos būtų galima naudoti Ukrainoje. P. Zraževskis pažymi, kad, pavyzdžiui, daugiaspektrinis tinklas, vadinamas Nakidka, Rusijos firmos NII Stali produktas, dažniausiai naudojamas tik aukščiausios klasės rinkiniams, tokiems kaip T-90M tankai ir mobilieji raketų paleidimo įrenginiai „Iskander“. Ukrainai taip pat trūksta multispektrinio maskavimo, sako Kijevo pulkininkas, kuris nori likti anonimu. Kadangi pončų neužtenka net snaiperiams ir specialiosioms pajėgoms, kai kurie kariai, anot jo, bando įsigyti savo.

 

     Neryškus dizainas, kurio nėra

 

     Rengiami ir kiti būdai, kaip sumažinti karių karštligę. Gavusi pinigus iš Amerikos oro pajėgų mokslinių tyrimų biuro ir tos šalies gynybos departamento tyrimų agentūros DARPA, Kalifornijos universiteto Irvine komanda kuria infraraudonųjų spindulių kamufliažą,  įterpiant mažyčius metalinius dribsnius į plonus gumos lakštus. Tada šios paklodės gali būti įtrauktos į drabužius.

 

     Vienoje konstrukcijoje naudojamas varis, dribsniai yra maždaug dešimtosios mikrono storio ir kelių dešimčių mikronų skersmens. Jie atspindi kūno šilumą į vidų. Kitoje naudojamos panašaus dydžio aliuminio dėmės, kurių paviršiai susiraukšlėję į keteras. Šios keteros išsklaido infraraudonųjų spindulių spinduliuotę įvairiomis kryptimis ir sulieja šilumos šaltinio formą.

 

     Abu projektai tik nežymiai padidintų karinį nuovargį, pažymi Alonas Gorodetskis, Irvine'o chemijos ir biomolekulinės inžinerijos profesorius, vadovaujantis projektui. Pasak jo, technologija gali būti paruošta per kelerius metus. Jis priduria, kad tokios medžiagos taip pat gali būti naudojamos, kaip izoliacija, siekiant geriau valdyti šilumos srautus elektronikoje.

 

     Didžiosios Britanijos gynybos rangovas BAE Systems, naudodamas Švedijos gynybos medžiagų administracijos pinigus, karinėms transporto priemonėms kuria kitokio tipo infraraudonųjų spindulių kamufliažą, vadinamą „išvaizdos moduliavimo“ sistema. „Adaptiv“, kaip ji vadinama, semia elektrą iš kovos mašinos, kad greitai atvėsintų šešiakampių „pikselių“, kurių kiekvienas yra šiek tiek didesnis už ranką, lakštus, pritvirtintus prie jo. Pikselių temperatūra reguliuojama individualiai.

 

     „Sumaišymo režimu“ Adaptiv naudoja infraraudonųjų spindulių kameros duomenis, kad atitiktų netoliese esančių objektų temperatūrą. Operatoriai taip pat gali pasirinkti iš iš anksto užprogramuotų šablonų vaizdų bibliotekoje.

 

     Kaip pažymi BAE Systems, tai yra tam, kad karinė transporto priemonė šiluminėse nuotraukose atrodytų, kaip kitas objektas, pavyzdžiui, automobilis ar sunkvežimis. Kai kurie mano, kad tai gali prieštarauti Ženevos konvencijos draudimui apsimesti civiliais. (BAE atmetė prašymą dėl pokalbio.)

 

     Bet kokiu atveju, įmonė teigia, kad technologija, kuri buvo demonstruota šarvuotoje mašinoje CV90, gali būti pradėta gaminti po dvejų metų.

 

     Taip pat yra reguliuojamas vizualinis kamufliažas. Su 700 000 eurų (700 000 JAV dolerių) iš Europos gynybos agentūros, kuri yra Europos Sąjungos padalinys, Nyderlandų tyrimų padalinys TNO sukūrė baterijomis maitinamus snaiperio kostiumus, kuriuose yra apie 500 šviesos diodų (LED), kurių kiekvienas yra pusės centimetro ilgio. skersmens, įterpti į jų audinį. Sistema naudoja duomenis iš šalmo kameros ir šviesos jutiklio, kad automatiškai pakeistų šviesos diodų spalvą ir šviesumą, kad atitiktų naudotojo aplinką. Projekto tyrinėtojas Maartenas Hogervorstas kostiumą apibūdina kaip „Hario Poterio apsiaustą“.

 

     Laukinių dalykų, dar labiau nusipelniusių daktaro Hogervorsto aprašymo, ruošiama daugiau. „Hyperstealth Biotechnology“, įmonė Maple Ridge mieste, Britų Kolumbijoje, sukūrusi apie 15 000 kamufliažinių spalvų modelių daugiau, nei 50 šalių, dabar daro objektus nematomus. Jo "Quantum Stealth" sistema naudoja permatomus plastikinius lakštus su eilėmis pailgų lęšių, vadinamų lentikuliais. Dviejų jų lakštų suklijavimas taip, kad vieno lęšinės briaunos būtų sulygiuotos su kito loviais, sukelia destruktyvius trukdžius. Tai neleidžia šviesai, atsispindėjusiai nuo objekto, esančio šalia lapų, pasiekti kitoje pusėje esantį stebėtoją, o perduoti šviesą iš kiek toliau esančių objektų, esančių fone.

 

     Iliuzija, nors ir netobula, stulbina. Pasak bendrovės įkūrėjo Guy'aus Cramerio, sistema taip pat veikia infraraudonųjų spindulių bangų ilgiais. Amerikos vyriausybės nacionalinė saugumo agentūra, kuri nori likti neįvardyta, įsigijo medžiagą bandymams.

 

     Kad ir kaip įdomi ši pažanga, belieka pamatyti, kas rytojaus mūšio laukuose bus veiksmingiausias ar net praktiškiausias. Jutikliai taip pat tobulėja taip, kaip dr. Jersbladas kamufliažo technologams vadina „baisiu dalyku“. Pavyzdžiui, radarų keliama grėsmė, kuri porą dešimtmečių buvo gana pastovi, pastaraisiais metais smarkiai išaugo. Dr Jersblad atkreipia dėmesį į palydovinius sintetinio diafragmos radaro (SAR) vaizdus, kuriuos Ukrainai pateikė Espoo (Suomija) įmonė ICEYE. Tai leidžia naudotojams (įskaitant Ukrainos ginkluotąsias pajėgas) stebėti vos pusės metro skersmens objektus iš orbitos, per debesis ir net šviesią lapiją. Naujos SAR sistemos dronams žada didesnę skiriamąją gebą.

 

     Atrodykite natūraliai

 

     Didesnė grėsmė vis dar gali būti hiperspektriniai jutikliai. Jie naudoja sudėtingą duomenų apdorojimą, kad atvaizduotų ne tik objektų formas, bet ir jų sudėtį, nesvarbu, ar tai būtų žalumynai, audinys ar metalas. Giorgio Licciardi, Italijos kosmoso agentūros Romoje ekspertas, renkantis hiperspektrinius duomenis iš orbitos, sako, kad ši technologija netgi aptinka palaidotas prieštankines minas. (Dirvožemis ant jų paprastai būna sausesnis.) Pareigūnai nekalbūs dėl hiperspektrinių duomenų panaudojimo kovoms Ukrainoje, pastebi jis ir kiti, tačiau niekas neabejoja, kad jų vaidmuo augs.

 

     Kas tada gali būti toliau? Amžiuje, kai hiperspektriniai jutikliai identifikuoja medžiagas plačiose srityse, nepakaks, sako dr. Jersblad, „kad daugiau atrodytum, kaip gamta – reikia būti gamta". Todėl jo laboratorija įsigijo hiperspektrinį jutiklį. Jų planas yra sukurti kamufliažines sistemas, į kurias būtų įtrauktos tikrosios organinės ir neorganinės medžiagos, randamos vietose, dėl kurių gali kovoti armijos." [1]

 

1. "Better camouflage is needed to hide from new electronic sensors." The Economist, 29 Mar. 2023, p. NA.

 

Better camouflage is needed to hide from new electronic sensors

"Camouflage ranks highly among the arts of war. Thanks to innovations such as fractal colouration patterns, which mimic nature by repeating shapes at different scales, the distance from which naked eyes can quickly spot soldiers wearing the best camouflage has shrunk, by one reckoning, by a fifth over the past two decades. That is impressive.

On today's battlefields, however, it is no longer enough to merely hide from human eyes. People and kit are given away as well by signals beyond the visual spectrum, and devices that detect these wavelengths are getting better, lighter and cheaper. Thermal sensors are a case in point. Today, one that costs about $1,000 and weighs as little as five sachets of sugar can, in good weather, detect a warm vehicle as far off as 10km.

As Hans Kariis, deputy head of signatures research at the Swedish Defence Research Agency, notes, that is well beyond the range at which a small drone would be spotted. Two decades ago, he adds, a less sensitive thermal sensor weighing a kilogram cost ten times as much.

For forces in Ukraine keen to go unnoticed, the challenge is not just that precision sensors are multiplying, on land, in the skies and in orbit. It is also that better automatic target-detection software is helping operators find needles in the haystacks of data being collected.

Look out!

For example, software called Kestrel, developed by Sentient Vision Systems of Melbourne, Australia, scans feeds of visual, infrared and radar data, and places red boxes around people and other potential targets, even as their positions in the frame move. Sentient says Kestrel has been deployed on more than 3,500 crewed and uncrewed aircraft since its introduction in 2009. The pertinent data processing, which also classifies objects and calculates ranges, can be done aloft—a bonus, for an aircraft may collect more data than can be streamed to computers on the ground.

As Maksym Zrazhevsky, an analyst with Molfar, an intelligence firm in Dnipro, Ukraine, observes, the fighting in his country shows how these advances have made it far harder to camouflage military assets.  Rather than make targets seem civilian, design special camouflage that tricks electronic sensors as well as human eyes.

One developer of such "multispectral" camouflaging is Saab, a Swedish industrial giant. Its Barracuda unit sells camouflage netting for vehicles and soldiers that reduces both radar reflections and heat signals. To handle radar, it contains a layer of specially crafted (but secret) semi-conducting polymers that absorb a portion of the incoming beam. That stops reflections revealing tanks and other military gear underneath. Formulating the polymer is tricky, says Johan Jersblad, a senior camouflage engineer at Saab. If it is too conductive, the netting itself will appear on a radar screen and become a target.

Saab's nets' heat-signature reduction comes from an insulating material, also of undisclosed composition, which reflects infrared radiation from what it is covering back towards its source, be it an engine, a gun or a body. To better fool soldiers or software scanning thermal imagery, the material also reflects cooler wavelengths emitted by surroundings like the ground and vegetation—in effect, stealing their temperature from them. The material in question is distributed unevenly, to mimic heat variation in the natural world. Dr Kariis reckons today's multispectral camouflage cuts in half the range at which an asset can be spotted by many sensors.

Multispectral camouflage nets are typically reversible—with a different pattern, chosen from a range that includes snowfield, desert, urban, woodland and the like, on each side. The netting is not unduly heavy. A poncho called Noa lite, developed by Fibrotex, an Israeli firm that supplies America's army, weighs less than 700g. To create a covering for an observation post, the ponchos can be attached to each other, or a single one, hung up, can shield a soldier (see picture).

Producers keep price lists close to their chests, but the products cost enough to be deployed only sparingly on Ukraine. Mr Zrazhevsky notes, for example, that multispectral netting called Nakidka, a product of NII Stali, a Russian firm, is usually used only for high-end kit, like T-90M tanks and mobile Iskander missile launchers. Ukraine is also short of multispectral camouflage, says a colonel in Kyiv, who prefers to remain anonymous. With insufficient ponchos for even snipers and special forces, some soldiers, he says, are attempting to buy their own.

A flaky design that isn't

Other approaches to reducing soldiers' heat signatures are in the works. With money from America's Air Force Office of Scientific Research, and from DARPA, a research agency of that country's defence department, a team at the University of California, Irvine is designing infrared camouflage by embedding tiny metal flakes into thin sheets of rubber. These sheets can then be incorporated into clothing.

One design employs copper, the flakes being about a tenth of a micron thick and a few tens of microns in diameter. These reflect body heat inwards. Another uses similarly sized flecks of aluminium with surfaces wrinkled into ridges. These ridges scatter infrared emissions in different directions, blurring a heat source's shape.

Both designs would add but a trivial amount of weight to military fatigues, notes Alon Gorodetsky, a professor of chemical and biomolecular engineering at Irvine, who leads the project. The technology, he says, could be ready within a few years. Such materials, he adds, might also be used as insulation for the better control of heat flows in electronics.

A different sort of infrared camouflage, called an "appearance modulation" system, is being developed for military vehicles, by BAE Systems, a British defence contractor, with money from the Swedish Defence Materiel Administration. Adaptiv, as it is dubbed, draws electricity from a fighting vehicle to cool, rapidly, sheets of hexagonal "pixels", each somewhat larger than a hand, which are affixed to it. The pixels' temperatures are individually adjustable.

In "blending mode", Adaptiv uses data from an infrared camera to match itself to the temperatures of nearby objects. Operators can also select among pre-programmed patterns in an image library. 

As BAE Systems points out, this is to allow them to make a military vehicle appear in thermal imagery to be another object, such as a car or lorry. Some reckon that could fall foul of the Geneva Convention's passing-off as civilians prohibition. (BAE declined a request for an interview.) 

At any rate, the firm says the technology, which has been demonstrated on a CV90 armoured vehicle, could enter production in two years' time.

Adjustable visual camouflage is also in the works. With €700,000 ($700,000) from the European Defence Agency, an arm of the European Union, a research outfit called TNO in the Netherlands has designed battery-powered sniper suits that have some 500 light-emitting diodes (LEDs), each half a centimetre in diameter, embedded in their fabric. The system uses data from a helmet camera and a light sensor to change automatically the colour and luminosity of the LEDs to match the wearer's surroundings. Maarten Hogervorst, a researcher on the project, describes the suit as "a Harry Potter cloak".

Wilder things, even more deserving of Dr Hogervorst's description, are in the pipeline. Hyperstealth Biotechnology, a firm in Maple Ridge, British Columbia that has designed some 15,000 camouflage colouration patterns for more than 50 countries, is now making objects appear invisible. Its "Quantum Stealth" system uses translucent plastic sheets with rows of elongated lenses called lenticules. Sticking two sheets of these together so that the lenticular ridges in one are aligned with the troughs in the other causes destructive interference. This stops light reflected from an object close to the sheets reaching an observer on the other side, while transmitting that from objects somewhat farther away, in the background.

The illusion, though imperfect, is startling. According to Guy Cramer, the company's founder, the system also works at infrared wavelengths. A national-security agency of America's government that prefers to remain unnamed has purchased the material for testing.

Exciting as these advances are, it remains to be seen which will prove most effective, or even practical, on tomorrow's battlefields. Sensors, too, are improving in ways that Dr Jersblad calls "scary stuff" for camouflage technologists. The threat from radar, for example, which had been fairly constant for a couple of decades, has risen sharply in recent years. Dr Jersblad points to satellite-based synthetic-aperture-radar (SAR) imagery supplied to Ukraine by ICEYE, a firm in Espoo, Finland. This permits users (who include Ukraine's armed forces) to observe, from orbit and through cloud and even light foliage, objects just half a metre in diameter. New SAR systems for drones promise higher resolution.

Look natural

A greater threat still may be hyperspectral sensors. These use sophisticated data processing to map not just objects' shapes, but also their composition—be that foliage, fabric or metal. Giorgio Licciardi, an expert on collecting hyperspectral data from orbit at the Italian Space Agency, in Rome, says the technology even detects buried anti-tank mines. (Soil on top of them is typically drier.) Officials are tight-lipped about use of hyperspectral data for fighting in Ukraine, he and others note, but no one doubts that its role will grow.

What, then, might be next? In an age in which hyperspectral sensors are identifying materials over broad areas, it will not suffice, Dr Jersblad says, "to look like nature anymore—you have to be nature". His lab has therefore acquired a hyperspectral sensor. Their plan is to design camouflage systems that incorporate the actual organic and inorganic materials found in places over which armies might fight.” [1]

1. "Better camouflage is needed to hide from new electronic sensors." The Economist, 29 Mar. 2023, p. NA.