Инфракрасная маскура обеспечивает новым спутникам защиту от обнаружения в густонаселенном околоземном пространстве.
Эта технология, Команда профессора Цяна Ли из Государственной ключевой лаборатории экстремальной фотоники и приборов при Колледже оптических наук и инженерии Чжэцзянского университета разработала новую методику. Методика направлена против главной угрозы идентификации спутников — возможности их обнаружения в любое время и любом месте.
Расширение орбитальной активности
Запуски спутников ускоряются: 12 мая на орбите находится 11 701 активный спутник, в то время как к концу 2023 года было 9 850. Такой рост связан с развитием 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 ценных космических активов, таких как военные и разведывательные спутники, остается сложной проблемой.
Спутники в космосе уязвимы трем типам обнаружения: визуальному, микроволновому и инфракрасному. Первые два имеют существенные ограничения: яркое небо днем скрывает спутники, делая визуальное обнаружение трудным. Микроволновые датчики отслеживают объекты круглосуточно, но эффективны только для низкой околоземной орбиты. Инфракрасное обнаружение самое надежное для поиска спутников на любой высоте и в любое время.
Переосмысление инфракрасной маскировки
Жесткие условия космоса долгое время мешали созданию эффективной инфракрасной маскировки. Ранние попытки редко учитывали солнечный спектр излучения, а существующие способы рассеивания тепла в космосе (где возможна только тепловая радиация) оказались малоэффективными. Любая рабочая технология должна помимо снижения инфракрасной заметности минимизировать вес (для облегчения запуска) и сохранять устойчивость к суровым космическим условиям.
Команда Ли изучила распределение инфракрасной энергии в разных диапазонах длин волн для решения проблемы. Выяснилось, что сигнатуры можно скрыть в H-, K-, MWIR- и LWIR-диапазонах, рассеивая тепло через VLWIR-диапазон. Исследователи воплотили эту идею в 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 для уменьшения нагрева и поддержания рабочей температуры.
Тестирование «невидимого» спутника
Во время испытаний на открытом воздухе покрытие для маскировки установили на макет спутника. Использование инфракрасных камер выявило разницу между участками, покрытыми и открытыми. В диапазонах MWIR и LWIR температура открытых поверхностей составляла 42,2 °C и 45,5 °C, в то время как замаскированные зоны имели температуру фона неба — 30,5 °C и 21,0 °C соответственно. В диапазонах H и K отражательная способность маскированных зон снизилась на 36,9% и 24,2% по сравнению с незащищённой моделью.
В лабораторных условиях материал испытали в вакуумной камере, воспроизводящей условия космоса (давление 0,15 Па, охлаждение жидким азотом до 3K). Нагревательная пластина моделировала тепловую энергию спутника. В сравнении с контрольной металлической пленкой новое покрытие понизило температуру устройства на 39,8 °C.
«Данное исследование открывает широкие возможности для освоения и эксплуатации космического пространства, укладывая фундамент для дальнейшего исследования подходящих для жизни миров. », — прогнозирует команда.