Инфракрасная маскировка – новая технология, способная защитить спутники от обнаружения в плотном околоземном пространстве, предоставив им дополнительный уровень защиты от средств их обнаружения.
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 набирают обороты: по состоянию на 12 мая на орбите зафиксировано 11 701 действующий спутник, что превышает показатель в 9 850 спутников, зарегистрированный в конце 2023 года. Увеличение числа спутников обусловлено развитием космической экономики, которая, согласно прогнозам Всемирного экономического форума, вырастет с $630 млрд в 2023 году до $1,8 трлн к 2035 году — темпами, значительно превышающими рост мирового ВВП. Обеспечение безопасности ценных космических объектов, включая военные и разведывательные спутники, остается сложной задачей, требующей решения.
Спутники, находящиеся на орбите, подвержены воздействию трех основных способов обнаружения: визуальному, микроволновому и инфракрасному. Визуальное и микроволновое обнаружение имеют значительные ограничения. Дневное небо затрудняет визуальное обнаружение спутников. Микроволновые датчики способны отслеживать объекты в любое время суток, однако их эффективность наиболее высока для спутников на низкой околоземной орбите. В связи с этим, инфракрасное обнаружение является наиболее надежным способом поиска спутников на любой высоте и в любое время.
Переосмысление инфракрасной маскировки
Длительное время сложные условия, царящие в космосе, сдерживали создание действенной инфракрасной маскировки. Ранее предпринятые разработки часто игнорировали особенности солнечного спектра излучения, а применяемые способы рассеивания тепла в космическом пространстве (где доступна только тепловая радиация) демонстрировали низкую эффективность. Любая перспективная технология, помимо уменьшения инфракрасной видимости, должна обеспечивать минимальный вес (чтобы упростить вывод на орбиту) и сохранять устойчивость к воздействию агрессивной космической среды.
Для поиска решения команда Ли провела анализ распределения инфракрасной энергии в разных диапазонах длин волн. В результате они нашли способ маскировать сигнатуры в H-, K-, MWIR- и LWIR-диапазонах, рассеивая тепло через VLWIR-диапазон. Реализацией этой концепции стало физическое устройство, изготовленное из многослойных материалов: ZnS/GST/HfO₂/Ge/HfO₂/Ni. Разработанная система уменьшает отражение солнечного излучения в H- и K-диапазонах, подавляет тепловое излучение в MWIR и LWIR, но обеспечивает высокую тепловую эмиссию в VLWIR-диапазоне для снижения нагрева и поддержания рабочей температуры.
Тестирование «невидимого» спутника
Натурные испытания были проведены командой, для чего маскировочное покрытие было нанесено на модель спутника. При наблюдениях с использованием инфракрасных камер наблюдалась заметная разница между открытыми и замаскированными участками. В диапазонах MWIR и LWIR открытые поверхности имели температуру 42,2 °C и 45,5 °C, в то время как замаскированные участки соответствовали температуре фона неба — 30,5 °C и 21,0 °C соответственно. В H- и K-диапазонах отражательная способность маскированных зон уменьшилась на 36,9% и 24,2% по сравнению с незащищенной моделью.
Материал был подвергнут испытаниям в вакуумной камере, создающей условия, аналогичные космическим (давление 0,15 Па и охлаждение до 3K с использованием жидкого азота). Нагревательная пластина моделировала тепловую энергию, генерируемую спутником. Новое покрытие обеспечило снижение температуры устройства на 39,8 °C по сравнению с контрольной металлической пленкой.
«Данный проект создает существенные возможности для увеличения наших потенциалов в сфере исследования и применения космических ресурсов, открывая дорогу для человечества к заселению новых обитаемых космических территорий », — прогнозирует команда.