Vrste zaštite vojnih tekstilnih materijala - Kamuflaža – prikrivanje i obmana

Vrste zaštite vojnih tekstilnih materijala

         Kamuflaža – prikrivanje i obmana

Reč potiče od francuske reči „camoufler“ (da bi se prikrilo) i prvi put je predstavljena od strane Francuza tokom Prvog svetskog rata, kako bi definisala prikrivanje objekata i ljudi, kao njihove imitacije fizičkog okruženja, kako bi preživeli. Postojali su i raniji primeri upotrebe kamuflaže, od strane pešadije od 1800-ih do 1750-ih, zatim korišćenjem kaki boja u Indiji nakon 1850-te. U suštini, efektivna kamuflaža mora razbiti konture objekta, i minimizirati kontrast između objekta i okruženja.

Posmatranje u vidnom polju, da li okom, ili fotografijom, ostaje osnovno sredstvo vojnog nadzora i određivanja meta. Međutim, moderni uređaji za praćenje na bojnom polju mogu da transmituju jedan ili više talasa u  Elektromagnetnom spektru, uključujući i: ultraljubičasto zračenje (UV), Infra crveno zračenje koje je blizu (NKS), Infra crveno zračenje koje je daleko (FIR), i milimetrske ili santimetarske radarske talase. Osnovni cilj posmatranja i otkrivanja se sastoji u tome da to bude što bolji opseg mogućnosti pronalaženja, koji bi trebalo da bude pasivni proces, koji ne bi smeo da otkriva samog sebe (da bude vidljiv u Elektromagnetnom spektru). Značajna karakteristika ratovanja je da se napredak u tehnologiji odvija u diskretnim stadijumima. Čim se jedna pretnja otkloni tehnologijom, još složenija se pojavljuje. Istraživanje o kamuflaži je dobar primer za to, kao nove pretnje u različitim delovima spektra se razvijaju, a potom i pobeđuju.

Tekstil se široko koristi kao maskirni posrednik, u obliku svetlosne fleksibilne mreže, prekrivača, ukrasa i odevnih predmeta.

          Područje ultra-ljubičastog zračenja

Samo u slučaju snežnih padavina je posmatranje UV zračenja od vojnog značaja. Pretnja je uglavnom od strane fotografskih sistema koji koriste kvarcnu optiku i plave/UV osetljive film emulzije. Razvoj i upotreba CCD sistema video kamera je značajan jer koriste kratke talasne frekvencije. Sneg se „ponaša“  kao uniforma visoke refleksije na svim vidljivim talasnim dužinama, što je na izgled belo, može i dalje da ima visoku refleksiju u UV regionu. Spektralne krive za lake, teške, i materijale koji tope sneg, donekle se razlikuju, kao teksture i strukture kristala koji su različiti.

Otkrivanje problema na belim tekstilnim površinama ili oblogama može da bude teško, kao što je pigment titanijum dioksida koji se najčešće koristi kao jeftin, ali široko dostupan tretman za veštačka vlakna, jer im daje vizuelno belu boju, sa niskom refleksijom UV-a. Srećom, drugi pigmenti, kao što je barijum sulfat, su pogodni i mogu se ugraditi u tekstilnom premazu. Materijali moraju da odgovaraju ovim krivama kako bi postigli dobru kamuflažu. Interesantno je napomenuti da je refleksija snega između 80 i 98% u odnosu na UV i vidljive linije (zrake).

Lagani najlon ili poliesterska filamentna vlakna koja su obložena premazom akrilnog pigmenta, se široko koriste za prekrivače, mreže i odeću. Obložene tkanine se seku ili su ubačene u teksturu odgovarajućeg oblika ili blokova, kako bi imitirale nagomilani sneg u pozadini.

4.              Vidljivo područje

U ovom opsegu se teži da se imitira prirodna ili čak veštačka okolina, ne samo u smislu boje, već i šara, sjaja i tekstura. Boja se može izmeriti
u pogledu tri - stimulans koordinata, korišćenjem spektrofotometra u laboratoriji. Kamuflaža je jedna od jedinstvenih oblasti u kojima se obojenost tekstila koristi za funkcionalne svrhe, a ne iz estetskih razloga.

Ako se uzme kao primer umerena vegetacija, možemo li definisati prosečnu ili standardnu okolinu za koju ćemo razviti šumsku kamuflažu? Drvo ili grm, na primer, će imati drugačiji izgled u različitim delovima dana jer se

kvalitet osvetljenja menja. Lišće i kora drveća će takođe promeniti izgled tokom godišnjih doba, listopadna vegetacija pokazuje najširu varijaciju boja, tekstura, i izgleda od leta do zime. Bilo koja merenja ili standardi koji se razvijaju, su samo skromno tačni, i moramo da izaberemo boje i šare koje, u proseku, odgovaraju najbolje. To se još uvek radi empirijski, sa mnogo testiranju prototipa, u oblasti korišćenja direktnog posmatranja ili fotografskih procena.

U praksi, svaka nacija je usvojila svoje vizuelne boje i šare za vojnu uniformu. Koriste se boje: oker, zelena, braon i crna, sa dodatnim bojama, kao što su maslinasta, žuta, narandžasta, roza, siva, bež, pesak žuta, kako bi se što bolje uklopile sa drugim urbanim, ruralnim i pustinjskim okruženjem. Maskirni materijal ili Disruptively Patterned Material (DPM), korišćen od strane vojnih snaga Velike Britanije, i od koga se proizvodi štampana odeća, koristi prve četiri boje, na pažljivo odabranim mestima, kako bi imitirali umerena šumska okruženja. Takođe je u upotrebi i materijal sa dve boje: braon i bež, za predele u pustinjama.

Većina tekstilnih vlakana može biti bojena tako da odgovara vizuelnim nijansama standardnom obrascu. Mreže, ukrasi i navlake kao vetrobrani vozila, mašina i velikih oružja, često su napravljeni od laganog poliuretana ili akrila obloženog najlonom, koji je pigmentisan da daje odgovarajuće vizuelne boje. Prikaz je najefikasniji kada se gleda sa žbunjem ili drvećem u neposrednoj blizini, što u stvari i jeste mesto gde vojnici imaju tendenciju da se skrivaju. Materijal nije tako efikasan na širokim travnjacima, mada trupe povećavaju efikasnost pokrivajući se sveže posečenim granama i drugim rastinjem.

4.1        

                    Vizuelni mamci 

Tekstilni materijali se široko koriste da simuliraju i naprave konture visokih vrednosti u vojnim ciljevima, kao što su avioni, tenkovi, raketni bacači, i druga vozila. Ovi mamci se razlikuju u svojoj složenosti u zavisnosti od izvora potencijalnog napada.

Ako su nadzor i meta na dovoljnoj distanci, i ako ima dovoljno vremena da se prouče detalji, onda mamac mora da bude realna trodimenzionalna kopija/original stavka. Mamci na naduvavanje, napravljeni od neoprena ili hipalona, obloženog najlon tkaninom, imaju ulogu da imitiraju oklopna borbena vozila (AFV), raketni bacač / traker module, artiljeriju, i druge ugrožene opreme. Oni su jeftini, laki za transport i ugradnju. Ako su meta i nadzor u daljinama, ali sa kratkim vremenom delovanja, kao u slučaju velikih brzina prilikom napada iz vazduha, onda mamci mogu biti jednostavni dvodimenzionalni prikaz cilja. Sve dok je približan obliku i veličini originala, i baca senku koja potvrđuje verodostojnost, mamci su adekvatni za svrhu i to od gotovih tekstilnih materijala na jednostavnom nosećem ramu.

Taktičke prednosti mamaca su očigledne: oni zbunjuju neprijatelja tako što ih tera da poveruju da su neprijateljske snage veće nego što stvarno jesu. Oni takođe mogu izazvati neprijatelja da oslobodi skupa naoružanja i ubojita sredstva na bezvredne mete, takođe, da izgubi dodatni dragoceni napor u misiji, i da se izloži riziku od odmazde od "pravih" oružja.

4             Kamuflaža u blizini infracrvenih talasa 

Kamuflaža u delu spektra u blizini infracrvenih talasa, obuhvata talasne dužine u rasponu od 0.7-2.0µm, mada se sadašnji zahtevi maskirne opreme koncentrišu na 0.7-1.2µm opsega. U ovom regionu objekti se i dalje 'vide' refleksijom. Pretnja vojne kamuflaže se sastoji u nametanju uređajima pojačavanje niskog nivoa svetlosti, uključujući i mesečinu, koja spada pod pojačivače slike. Ovo može biti u obliku monokulara, dvogleda, ili televizijskih sistema slabe svetlosti. Najraniji pojačivači slika su razvijeni za vreme II svetskog rata, nakon čega su mnogi narodi rešili problem izbegavanja vizuelnih detekcija od strane oka. Moderni pojačivači slike koriste tehnologiju mikrokanalnih ploča (MCP), kao i galijum arsenid fotokatode. Oni su sada manji, lakši i sposobniji od ranijih sistema, a samim tim i više u upotrebi. Imaju tendenciju da rade u rasponu od 0.7-1.0µm. Moderni infracrveni fotografski filmovi imaju tendenciju da rade u opsegu

0,7-1.3µm, ali su samo korisni za fotografisanje instalacija zbog velikog vremenu koje je potrebno da se obradi film.

Atribut koji je neophodan za kamuflažu se odnosi na spektar refleksije lišća, kore, grana, i trave. Treba napomenuti da je maksimalna refleksija na 0.55µm u vizuelnom opsegu koji dovodi do zelene boje. Kako prelazimo u infracrvene talase, dramatično se povećava refleksija između 0,7 i 0.8µm, i to do oko 40%. Ovaj „porast hlorofila“ ili „ivica“ mora da ide uparen sa bojama i pigmenatima koji se koriste u maskirnoj odeći. Ovo je složen problem, zato što malo boja, premaza, i pigmenata imaju takvo ponašanje. Štaviše, refleksija vegetacije varira: listovi listopadnog drveta imaju relativno visoku refleksiju infracrvenog zračenja  u poređenju sa refleksijom četinarskih iglica. Takođe, promena refleksije se dešava i promenom godišnjih doba. Ukupna infracrvena refleksija je zimi znatno niža nego u leto.

 Potrebno je znati da svaka boja mora da zadovolji određenu vrednost refleksije. Pored toga, ukupne vrednosti refleksije, integrisane sa područja svake boje u štampi, moraju da pripadaju NATO IRR zelenoj boji, u skladu sa jednačinom: (0.16 × crno) + (0.35 × braon) + (0.34 × zelena) + (0.15 × kaki) = NATO priblizna infracrveno zelena, koja je postavljena na grafiku 4.

 Slični zahtevi propisani su za kamuflažu u pustinjskim delovima. Velika Britanija koristi obrazac od dve boje, braon i bež. Braon boja mora da postigne nivo približne infracrvene refleksije u vrednosti 45 ± 5%, a bež, u vrednosti od 65 ± 5 %, između 1.0-1.2µm

4               

                     Boje za kamuflažu u blizini infracrvenog zračenja

Celulozna vlakna i mešavine koje se uspešno boje moraju da imaju konjugovani sistem i aromatičan prsten. Ovo su uslovi od strane NATO-a koji se godinama primenjuju. Mnoga druga vlakna kao što su vuna, i sintetička vlakna kao što su najlon, poliester, aramidi (Nomex®, Conex® ili Kermel®), poliolefini, pokazali su se kao teža za bojenje, jer se ova vlakna moraju bojiti uz pomoć malih molekula koji imaju jako malu ili nikakvu apsorpciju, a time i visoku refleksiju, u infracrvenom regionu.

Mnoge boje su specijalno razvijene sa ciljem da se IR kamufliraju, i mnogi patenti se pojavljuju u literaturi. Imaju tendenciju da se baziraju na velikim sistemima antrakinin - benzantron - acridin policiklični prsten. Oni poseduju veoma visok sjaj, kao i otpornost na pranje i gužvanje na celuloznim materijalima, kao i otpornost prema hemijskim agensima. Mnoge sumporne boje takođe pokazuju IR kontrolu, ali su slabih svetlosti (sjaja) i otpornosti na pranje. One se ne koriste u vojne svrhe, zbog njihovih korozivnih interakcija sa materijalima koji se koriste za metke, čaure, i kompozicije detonatora. Do nedavno, bilo je neophodno da se ugrade snažni upijajući IR pigmenti, kao što je čađ, koja se može ugraditi topljenjem u poliesterska vlakna, kao što je Rone Pulenk "sivi" poliester, koji sadrži oko 0,01% po masi ugljenika. Na kraju, podeljeni ugljenik se može mešati sa štamparskom pastom, i sa odgovarajućim kalupima da se primenjuje na tekstil. Takve procese je teško kontrolisati u proizvodnji, a kasnijim pranjem se može ukloniti ugljenik koji je potreban, što može

Napredak u primeni hemije u bojenju, finansiranog od strane britanskog Ministarstva odbrane, sada nudi mogućnost kamuflaže IR na širi spektar sintetičkih podloga, uključujući najlon, poliester, aramide, poliolefine, i vlakna poliuretanskog elastina. Takvi tretmani rezultuju poželjnim svojstvima visokih otpornosti na habanje, pranje, i postojanosti boja za vojni tekstil. Pigment štampanje tekstila koriste azoik kolorante ili isoindolinone ostatake. Zeleni i crni pigmenti mogu biti „ekran“ štampani na tekstilu uz sintetičke vezive.

Jasno je da će se zahtevi IR kamuflaže menjati u skladu sa napretkom tehnologije, naročito ako su posmatranja u budućnosti ratišta sa dužim talasnim dužinama, od 1.0-2.0µm.

4.1.     Termička infracrvena maskirna kamuflaža

Termalna ili daleka infracrvena (FIR) zračenja su, vojno definisana od 3-5µm i od 8-14µm. U ova dva raspona, atmosfera je dovoljno transparentna da bi omogićila dugo nadziranje i domet ciljanja. Objekti se detektuju uz pomoć toplotne energije koju oni emituju ili reflektuju.

Termovizijske kamere se postavljaju dugi niz godina. Rana korišćenja su bila u oblasti medicine u laboratorijama, a malo grublji i kompaktniji vojni sistemi koji su sada dostupni, mogu da detektuju vozila na daljinama od nekoliko kilometara, kao i fiksne objekate kao što su skladišta i aerodromske piste u rasponu od nekoliko desetina kilometara.

Odnosi između energije koja se emituje, emisije, talasne dužine i temperature, pokrivaju matematički odnosi dobijeni od strane Planka, Viena, i Stefana. U pojednostavljenim terminima to su:

Vien;    λ_maxT = konstanta                                                                 (1)

Gde je λ talasna dužina, a T je apsolutna temperatura.

Stefan;    E = ησT⁴                                                                             (2)

Gde je η emisija, a σ je konstanta.

Plankova jednačina se odnosi na spektralnu emisivnost zračenja energije u talasne dužine na raznim apsolutnim temperaturama. Da bismo pojednostavili matematiku, uzimamo u obzir dve tipične vojne ciljane

temperature, recimo 33°C ili 306K za ljudsko telo, i 427°C ili 700K, koje su tipične za vazduhoplovstvo ili vozila izduvnih gasova, možemo razmatrati Planktove krive, koje daju sledeće rezultate:

·        Na 306K emisija ima maksimalno zračenje od oko 10µm.

·        Na 700K emisija ima maksimalno zračenje od oko 3µm.

Tako, na višim temperaturama emisivnost je u kraćim talasnim dužinama i obrnuto. Zato moramo da imamo senzore koji će adekvatno pokriti u oba ranga, 3- 5µm i 8-14µm.

Stefanov zakon kaže da je količina emitovanog zračenja proporcionalna četvrtini snage apsolutne temperature T, a da je emisija η materijala pitanje. Dakle, postoje dve stvari koje možemo učiniti da se smanji termičko stanje mete, smanjiti temperaturu i emisiju date mete.

1        

   Smanjiti temperaturu mete - vozila treba da budu projektovana tako da se toplo izduvni sistemi hlade vazduhom ili tečnošću, izolacijom vrućih delova, ili preusmjeravanjem vrele cevi, tako da se pokriva i ne vidi. Sve ovo se dodaje troškovima i složenosti vojnih vozila.

Ljude kao mete možemo zaštiti ako smanjimo toplotu, što ćemo postići nošenjem više izolovane odeće, ili povećanjem spoljne površine pomoću krzna ili mrežne strukture. Nažalost, ovo utiče na termo nelagodnosti koje pojedinac oseća, osim ako je reč o najhladnijim klimama. Pored toga, ljudi nerado nose izolacione obloge na licu, koje je jedan od najviše termički istaknutijih delova tela.

2      

      Smanjiti emisiju mete - emisija je mera koja pokazuje koliko efikasno objekat zrači energijom. Ona ima skalu vrednosti od 1.0, za savršen predajnik, do 0.0, za materijale koji ne emituju energiju uopšte. U nastavku su prikazane emisije za niz materijala:

• Tekstilne tkanine: 0.92-0.98

• Peskovito zemljište: 0.91-0.93

• Stari sneg: 0.98

• Beton: 0.94-0.97

• Tvrdo drvo: 0.90

• Bela farba: 0.91

• Crna farba: 0.88

• Nerđajući čelik: 0.12

• Aluminijum: 0.04-0.09.

Većina površina su dobri emiteri, osim onih koji su sjajni i metalni. Dakle, možemo smanjiti emisiju mete pomoću sjajnog reflektujućeg pokrivača, mada će to očigledno ometi vizuelnu kamuflažu.

U praksi, termo - maskirni materijali imaju tendenciju da budu složeni laminati, koji uključuju tekstilne tkanine sa utkanim poliolefinskim prerezanim filmovima od aluminijuma ili folije nekog drugog sjajnog metala. Folija je pokrivena tamnim premazom zelene boje, koji ima dobre vizuelne i IR karakteristike. Zelena kao premaz je formulisana tako da omogućava termovizijskim kamerama da 'gledaju' kroz nju na osnovni metalni sloj. Takvi materijali su u upotrebi već nekoliko godina, a naročito u Velikoj Britaniji. Termalni ekran se koristi u kombinaciji sa standardnom zeleno / braon maskirnom mrežom. U ovom obliku ona izbegava zagrevanje materijala i druge termalne kompleksne reakcije izazvane Sunčevim zračenjem, ili refleksivno zračenje energije iz „hladnog“ (-50°C) neba, koje kamera „vidi" kao negativan kontrast. Toplotni ekran (zaštita) je glomazan, krut, i ne propušta isparenja znoja, pa se kao takav isključuje iz upotrebe u odeći.

Trenutni rad obuhvata studije koje obezbedjuju udoban i praktičan toplotni kamuflažni materijal za odeću. Dalja istraživanja se bave ispitivanjem izvodljivosti pametnog i adaptivnog korišćenja termohromnih, fotohromnih ili elektrohromnih boja, uz fazno promenljive materijale. Ovo može da obezbedi „kameleon“ efekat kamuflaže u širokom opsegu spektra.