Исследователи из Университета Дьюка продемонстрировали первое в мире устройство полной акустической маскировки. Оно работает во всех трёх измерениях и скрывает присутствие любого объекта от гидролокаторов и других средств акустического зондирования независимо от направления приёмопередатчика. Результаты работы опубликованы в Nature Materials.

Технологии снижения заметности давно стали одним из приоритетных направлений разработок ВПК. Ранее “Компьютерра” писала о создании маскировочных средств в видимом и микроволновом диапазонах. Невозможность акустического обнаружения цели тоже чрезвычайно важная задача, особенно для современного флота.

Независимо от назначения, любой сонар определяет расстояние до подводного объекта путём сравнения времени отражения звуковых волн. Если внизу только ровное дно, то все они вернутся к приёмнику одновременно. Минимальная задержка части звуковых импульсов покажет рельеф дна. Их отражение от стаи рыб или подводной лодки приведёт к резкому изменению картины, поскольку часть звуковых волн вернётся значительно быстрее.

Обмануть сонар можно, увеличив время задержки отражённого импульса. Для этого потребуется изменить направление движения звуковых волн и сам характер их распространения, создав препятствие с необычными свойствами.

Для достижения такого эффекта учёные разместили через определённые промежутки друг над другом тонкие пластиковые листы с нанесённым на них повторяющимся узором перфорации. Его форма и взаимное расположение листов были точно вычислены в результате компьютерного моделирования.

Аспирант университета Дьюка демонстрирует устройство полной акустической маскировки в лаборатории Стивена Каммера (фото: Duke University).
Аспирант Университета Дьюка демонстрирует устройство полной акустической маскировки в лаборатории Стивена Каммера (фото: Duke University).

Руководитель группы профессор электротехники и вычислительной техники Университета Дьюка Стивен Каммер (Steven Cummer) пояснил, что, хотя внешне конструкция выглядит как слоёная пирамида, это лишь макроуровень.

«Созданная структура может показаться очень простой, – пишет он на сайте университета, – но я уверяю, что она намного сложнее и интереснее, чем кажется. Мы потратили много сил на расчёт взаимодействия с ней звуковых волн. Это результат долгого труда, а не ночного озарения”.

Работа продолжает исследования маскирующих свойств метаматериалов, первые результаты которых были опубликованы три года назад. Тогда исследователями удалось создать простую конструкцию, способную частично скрывать объекты от сонара при строго определённых значениях угла. Новый вариант работает независимо от направления на излучатель.

Достижение требуемого эффекта объясняется просто: “Размещая эту конструкцию вокруг объекта, мы изменяем направление звуковых волн. Они ведут себя так, как будто на их пути нет ничего, кроме ровной поверхности”.

В ходе тестирования пирамидальная конструкция накрывала шар, присутствие которого требовалось скрыть. Акустическое зондирование выполнялось под разными углами. Его результат можно увидеть в следующем ролике.

Сам г-н Каммер отмечает, что, хотя экспериментальная проверка прошла успешно, его разработка всё ещё находится на уровне доказательства концепции. Для тестов была выбрана фиксированная частота 3 кГц, а реальное устройство акустической маскировки должно работать в широком диапазоне.

Много других проблем предстоит решить перед созданием первых действующих образцов. В серийном производстве маскирующих покрытий потребуется использовать другие, более прочные метаматериалы, для которых все расчёты придётся выполнять заново.

Недостатка в финансировании проекта у научной группы из Университета Дьюка явно не будет. Подобными разработками всегда интересовалось DARPA. Ведь они обещают возможность создания подводных аппаратов, обнаружение которых активными гидролокаторами максимально затруднено.