RU2425018C2 - Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта - Google Patents

Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта Download PDF

Info

Publication number
RU2425018C2
RU2425018C2 RU2009121132/05A RU2009121132A RU2425018C2 RU 2425018 C2 RU2425018 C2 RU 2425018C2 RU 2009121132/05 A RU2009121132/05 A RU 2009121132/05A RU 2009121132 A RU2009121132 A RU 2009121132A RU 2425018 C2 RU2425018 C2 RU 2425018C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aerosol
radiation
electromagnetic radiation
nanoparticles
wavelength range
Prior art date
Application number
RU2009121132/05A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009121132A (ru
Inventor
Виктор Григорьевич Петриенко (RU)
Виктор Григорьевич Петриенко
Евгений Ювенальевич Марчуков (RU)
Евгений Ювенальевич Марчуков
Виктор Андреевич Алексашенко (RU)
Виктор Андреевич Алексашенко
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority to RU2009121132/05A priority Critical patent/RU2425018C2/ru
Publication of RU2009121132A publication Critical patent/RU2009121132A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2425018C2 publication Critical patent/RU2425018C2/ru

Links

Landscapes

  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам защиты летательных аппаратов и наземных транспортных средств от обнаружения, сопровождения, определения точного местонахождения и наведения оружия по исходящим от них электромагнитным излучениям. При реализации способа осуществляют диспергирование в воздух между объектом и приемником излучений аэрозолеобразующего наносостава из микро- и наночастиц проводящих материалов, формирующих пространство экрана. Аэрозолеобразующий наносостав формируют из нескольких наноподсоставов, каждый из которых образуют из совокупности наночастиц, обеспечивающих ослабление излучения в конкретном, требуемом диапазоне длин волн. Изобретение обеспечивает эффективное экранирование электромагнитных излучений объекта для требуемых диапазонов длин волн и с приемлемыми для бортового использования массогабаритными характеристиками, что позволяет увеличить на борту количество АНС и, следовательно, повысить время непрерывного экранирования объекта. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Description

Изобретение относится к способам защиты летательных аппаратов и наземных транспортных средств от обнаружения, сопровождения, определения точного местонахождения и наведения оружия по исходящим от них электромагнитным излучениям.
С появлением комбинированных головок самонаведения, реагирующих одновременно на несколько видов электромагнитных излучений, возникла необходимость создания на борту объекта системы, обеспечивающей эффективное экранирование излучений требуемых диапазонов длин волн. Известные способы в основном экранируют инфракрасное и/или радиолокационное излучения объекта.
Известен способ экранировки инфракрасного излучения объекта путем формирования объема V, заполненного при взрыве пиротехнических средств аэрозолем из микро- и/или наночастиц, причем для повышения эффективности рассеяния инфракрасного излучения в состав аэрозоля добавляют частицы латунной или бронзовой фольги с размерами K1Δx≈Δy≈Δz≈λИК/2, K1=5…200 (см. патент США №4704966, МПК C06D 3/00, опубл.10.11.1987). Указанные частицы предварительно компактируют и обеспечивают их диспергирование при взрыве пиротехнических средств. Сечение рассеяния частицы фольги больше, чем у соответствующей диэлектрической квазисферической частицы, т.к. проводящие частицы более эффективны как излучающие диполи. Объем же частицы фольги ΔV в K1 раз меньше, чем у соответствующей квазисферической частицы. В результате эффективность ослабления инфракрасного излучения оказывается существенно выше.
Кроме того, этот способ маскировки излучения объекта обеспечивает также экранировку от излучения миллиметрового диапазона длин волн при включении в состав взрывного устройства нитей электропроводного углеволокна (с металлическим покрытием или без него), причем Δx≈Δy≈7 мкм, Δz≈λРЛ/2, т.е. K2=Δz/Δx=120…1200. Метод реализован в принятой на вооружение в США и НАТО 66-мм гранате М81.
При импульсном характере формирования аэрозольного объема трудно обеспечить непрерывную экранировку объекта. Кроме того, при взрыве выделяется тепловая энергия, и само облако аэрозоля оказывается источником инфракрасного излучения. Эти недостатки ограничивают применение данного способа для ослабления инфракрасного излучения на летательных аппаратах.
Разработаны устройства и способы образования в инфракрасном диапазоне аэрозольных облаков из порошкообразного аэрозолеобразующего состава (АОС), который включает транспортирующую жидкость и суспендированный в этой жидкости порошок (см. патент США H1124 "Particle smoke generator and method», МПК F02C 6/04, НПК 106-504, опубл. 1993). Частицы порошка состоят из непрозрачного в ИК диапазоне зерна, покрытого оболочкой. Для зерен порошка могут использоваться металлы, сплавы и окиси этих металлов, углерод или второпласт. Для покрытия зерна применяются материалы, химически инертные относительно зерна и устойчивые при воздействовании температуры 400-500°С. В качестве таких материалов могут служить тонкодисперсные окислы кремния или алюминия.
В Германии для снижения ИК излучения предлагаются новые пиротехнические АОС на основе фосфорсодержащих композиций (см. патент США №5340395 «Material for efficient masking in the infrared region», МПК C09C 1/00, НПК 106-504, опубл. 23.08.1994).
В Англии разработан пиротехнический АОС для поглощения ИК излучения, содержащий красный аморфный фосфор (95%), введенный в стирол-бутадиеновый каучук с углеродным наполнителем.
Во Франции создан пиротехнический АОС, содержащий в качестве углеродовыделяющих соединений ароматические (нафталин, антрацен и др.) и хлорированные (гексахлорэтан, гексахлорбензол и др.) углеводороды. Термическое разложение этого состава происходит при Т=1000°С, при котором углеродосодержащий компонент проходит через паровую фазу, формируя наноразмерные частицы углерода, обеспечивающие ослабление ИК излучение объекта.
Таким образом, анализ зарубежных разработок позволяет сделать вывод, что в основном экранирование излучения защищаемого объекта обеспечивается в инфракрасном и/или радиолокационном диапазонах длин волн при взрыве пиротехнических средств.
Известны технологии образования объемно распределенных поглощающих образований (ОРПО), состоящих из паутинообразных микро- и наноструктур из проводящих материалов (см. Издательский дом «Алмаз Медиа», Журнал «Воздушно-космическая оборона», статья «Волосы ангела», с.55).
ОРПО обладают слабыми рассеивающими свойствами, а эффективно поглощают электромагнитное излучение в сверхширокополосном диапазоне длин волн (от 109 до 1015 Гц). Характеристики ослабления практически не зависят от длины волны и угла наблюдения (В.А.Алексашенко и др. «Радиоэлектронная защита вооружения и военной техники сухопутных войск от высокоточного оружия». Обмен опытом в области создания сверхширокополосных радиоэлектронных систем. Сборник докладов научно-технической конференции. Омск, 2008).
Для создания ОРПО необходимо на борту объекта иметь спецвещество или несколько типов спецвеществ, представляющих собой легколетучие металлоорганические вещества с примесью мелкодисперсных порошков различных металлов (Al или Cu или Ti или C). Формирование ОРПО происходит при высокотемпературном (2000…3000°С) воздействии на спецвещество при его взрыве или горении в смеси с порохом.
Например, ОРПО объемом 104 м3, полученное при сжигании шашки с массой пороха 1.5 кг и массой спецвещества 0.3 кг в течение 120 с, обеспечивает ослабление электромагнитного излучения с длиной волны λ~3 см на 10 дБ.
У такого ОРПО удельное сечение поглощения изменяется на порядок в зависимости от длины волны:
σуд=8·103 м2/кг при λ=3 см;
σуд=1.3·104 м2/кг при λ=0.63 мкм;
σуд=5·104…7·104 м2/кг при λ=(3…5) мкм; (8…14) мкм.
Существует оптимальная плотность ОРПО для конкретных диапазонов длин волн, поэтому в наземных условиях можно искусственно создать порошок или суспензию из токопроводящих наночастиц по структуре подобных ОРПО с эффективными характеристиками ослабления излучений для заданных диапазонов длин волн. Такой состав назовем аэрозолеобразующим наносоставом (АНС). При диспергировании АНС в воздушный поток будет создаваться аэрозольный экран вокруг объекта, эффективно ослабляющий его излучения в заданных диапазонах длин волн.
Важным параметром, определяющим использование аэрозольной системы, являются ее массогабаритные характеристики.
При полете в воздушном пространстве у летательного аппарата (ЛА) относительная скорость спутного воздушного потока высокая, и поэтому необходимый объем аэрозольного экрана V велик. При защите объекта в течение интервала времени Δt>10 мин для заполнения объема V с использованием квазисферических аэрозольных частиц потребуется большая масса АОС, а следовательно, и большая емкость на борту ЛА. Учитывая высокие требования к массогабаритным характеристикам систем ЛА, применение такой аэрозольной системы становится проблематичным.
Для формирования аэрозольного экрана по технологии ОРПО необходимо иметь на борту спецвещество и пиротехнические средства, поэтому массогабаритные характеристики такой системы также высокие. Основные параметры пяти типов спецвеществ приведены в таблице.
Тип состава 1 2 3 4 5
Степень ослабления на единицу длины, дБ/м 20 20 20 20 20
Приведенная ослабляющая способность, м2/кг 1.1·107 8.5·105 3·105 4.8·106 4.6·105
Эффективная проводимость среды, с-1 2·109 4·108 5·108 2.5·108 4.5·108
Расход вещества, кг/с 5·10-3 6.6·10-2 1.5·10-1 1.2·10-2 1.2·10-1
Масса вещества, кг 9 118 270 21.6 216
При реализации нанотехнологий, например при использовании в качестве АОС углеродных нанотрубок, масса экранирующего аэрозоля будет очень небольшой. Прикидочные расчеты показали, что при длине волны λ=10 мкм, среднем сечении рассеяния одиночной нанотрубки σ=0,1·(λ/2)2, надежная экранировка с оптической плотностью τ при длине экрана L=10 см достигается при концентрации нанотрубок n=4·1013 м-3, что при погонной массе нанотрубки 0,3·10-14 кг/м соответствует плотности аэрозоля ρ=6·10-7 кг/м3. При экранировке сопла реактивного двигателя диаметром 1 м и при полете самолета со скоростью v=300 м/с в течение часа (t - 3,6·103 с) расход массы аэрозоля составит:
m=ρ·π·d·L·v·t=6·10-7·3,14·1·0,1·300·3,6·103=0,2 кг.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому нами является способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта, включающий диспергирование в воздух между объектом и приемниками излучений аэрозолеобразующего наносостава из микро- и наночастиц проводящих материалов, формирующих пространство (см. патент РФ №2342353, МПК C06D 3/00, опубл. 27.12.2008). Аэрозоль содержит более 5 массовых процентов рассеивающих излучение частиц, каждая из которых содержит, по меньшей мере, одну протяженную электропроводную часть с характерными размерами во взаимно перпендикулярных направлениях Δx, Δy, Δz, удовлетворяющими условиям K0 Δx≅K0 Δy=Δz, где K0=100…3000, Δz=0.25λmin…λmax,
где λmin…λmax - диапазон длин волн работы приемника инфракрасного излучения.
В качестве рассеивающих излучение частиц могут быть использованы углеродные нанотрубки, пучки углеродных нанотрубок или протяженные монокристаллы металла. Изобретение направлено на повышение эффективности рассеяния инфракрасного излучения, исходящего от объекта, позволяет снизить массогабаритные характеристики системы и увеличить время маскировки.
Однако указанный способ, как видно уже из названия, экранирует только инфракрасное излучение.
Задача изобретения - создание аэрозолеобразующих наносоставов, обеспечивающих эффективное экранирование электромагнитных излучений объекта в течение не менее 10 минут для требуемых диапазонов длин волн и с приемлемыми для бортового использования массогабаритными характеристиками. При этом в качестве объектов защиты подразумеваются летательные аппараты воздушного и космического базирования.
Указанную задачу достигают тем, что в способе экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта в воздух между объектом и приемником диспергируют аэрозолеобразующий наносостав, состоящий из нескольких наноподсоставов, каждый из которых формируют из совокупности наночастиц, обеспечивающих максимальное значение сечения поглощения и/или рассеяния излучения требуемого диапазона длин волн. Аэрозолеобразующий наносостав может быть в виде порошка или суспензии и представляет собой искусственно созданную совокупность микро- и наночастиц из проводящих материалов.
Аэрозолеобразующий наноподсостав для конкретного диапазона длин волн синтезируют из различных компонентов (химических веществ) с целью получения наночастиц, имеющих химический состав, форму и размеры, обеспечивающие максимальное сечение поглощения и/или рассеяния для требуемого диапазона длин волн.
Аэрозольные наночастицы формируют с размерами ΔХ, ΔY, ΔZ во взаимно перпендикулярных плоскостях, где ΔZ - длина, а ΔХ≈ΔY=30…100 нм - поперечный размер частиц, при этом K0Δx≅K0Δy=Δz,
где K0=100…3000. На наземном оборудовании управляемый синтез наночастиц обеспечивают варьированием состава и соотношений химических веществ, изменением параметров рабочих режимов, позволяющих создавать наночастицы для i-го наноподсостава длиной
ΔZTiTi/2, где λTi - требуемый диапазон длин волн.
Для требуемого диапазона длин волн формируют несколько вариантов одного подсостава, имеющих совокупность наночастиц с различными параметрами удельного сечения поглощения и/или рассеяния.
Для обеспечения минимальных массогабаритных характеристик системы из полученной совокупности вариантов наноподсостава для конкретного диапазона длин волн выбирается такой, у которого наночастицы будут с минимальной массой ma и объемом Va, но с максимальным сечением поглощения и рассеяния, т.е. максимизируется следующий критерий
ϑ=(σ)/ma+Va.
Технический результат - ослабление одной системой нескольких требуемых диапазонов излучения объекта - достигают благодаря тому, что аэрозолеобразующий наносостав формируют из нескольких наноподсоставов, каждый из которых представляет совокупность наночастиц с такими характеристиками, которые обеспечивают ослабление излучения в конкретном, требуемом диапазоне длин волн. Например, могут быть сформированы наноподсоставы для ослабления в радиолокационном, инфракрасном, лазерном диапазонах для конкретных участков длин волн.
Важным техническим результатом является снижение на несколько порядков массогабаритных характеристик аэрозольной системы за счет использования нанотехнологий, обеспечивших создание аэрозолеобразующих наносоставов.
Небольшие массогабаритные характеристики аэрозолеобразующего наносостава позволяют увеличить количество АНС на борту объекта, а следовательно, и время непрерывной экранировки аэрозольной системой.
Осуществление изобретения не вызывает особых проблем, так как создание аэрозольных наночастиц требуемой структуры освоено на наземных специализированных установках в Институте Общей Физики РАН, Государственном научно-исследовательском институте химии и технологии элементов органических соединений (г.Москва), ООО «НаноТехЦентр» (г.Тамбов) и других организациях. Измерения характеристик наночастиц, в том числе и параметров ослабления различных электромагнитных излучений, могут быть выполнены на стенде в Московском авиационном институте и на других предприятиях. Оценка эффективности аэрозолеобразующего наносостава будет произведена на специализированном наземном стенде в процессе измерения характеристик аэрозольной системы.

Claims (2)

1. Способ экранирования электромагнитных излучений объекта, при котором с помощью бортовых устройств обеспечивают диспергирование в воздух между объектом и приемниками аэрозолеобразующего наносостава, формирующего пространство экрана, отличающийся тем, что аэрозолеобразующий наносостав создают из нескольких наноподсоставов, каждый из которых производят в наземных условиях в виде порошка или суспензии с поперечными размерами частиц ΔX≈ΔY=30…100 нм, длиной ΔZTiTi/2 и соотношением ΔZTi/Δx=ΔZTi/Δy≅100…3000 для каждого i-го подсостава,
где λTi - требуемый диапазон волн.
2. Способ п.1, отличающийся тем, что формируют несколько вариантов каждого наноподсостава и выбирают из них такой, у которого наночастицы имеют минимальную массу и объем, но максимальное сечение поглощения и рассеяния.
RU2009121132/05A 2009-06-03 2009-06-03 Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта RU2425018C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009121132/05A RU2425018C2 (ru) 2009-06-03 2009-06-03 Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009121132/05A RU2425018C2 (ru) 2009-06-03 2009-06-03 Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009121132A RU2009121132A (ru) 2010-12-10
RU2425018C2 true RU2425018C2 (ru) 2011-07-27

Family

ID=44753722

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009121132/05A RU2425018C2 (ru) 2009-06-03 2009-06-03 Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2425018C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2502082C2 (ru) * 2011-11-22 2013-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" Способ защиты объекта от поражения его ракетой или снарядом

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4704966A (en) * 1986-05-16 1987-11-10 Aai Corporation Method of forming IR smoke screen
US5340395A (en) * 1990-11-22 1994-08-23 Giat Industries Material for efficient masking in the infrared region
RU2113427C1 (ru) * 1996-05-13 1998-06-20 Войсковая часть 61469 Способ получения аэрозоля, ослабляющего электромагнитное излучение квч-диапазона
RU2187062C2 (ru) * 2000-08-04 2002-08-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт транспортного машиностроения" Способ и устройство защиты объекта бронетанковой техники
US6484640B1 (en) * 1999-03-27 2002-11-26 Pepete Gmbh Method of producing a screening smoke with one-way transparency in the infrared spectrum
RU2342353C1 (ru) * 2007-05-22 2008-12-27 Сергей Николаевич Чувашев Способ экранировки инфракрасного излучения

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4704966A (en) * 1986-05-16 1987-11-10 Aai Corporation Method of forming IR smoke screen
US5340395A (en) * 1990-11-22 1994-08-23 Giat Industries Material for efficient masking in the infrared region
RU2113427C1 (ru) * 1996-05-13 1998-06-20 Войсковая часть 61469 Способ получения аэрозоля, ослабляющего электромагнитное излучение квч-диапазона
US6484640B1 (en) * 1999-03-27 2002-11-26 Pepete Gmbh Method of producing a screening smoke with one-way transparency in the infrared spectrum
RU2187062C2 (ru) * 2000-08-04 2002-08-10 Открытое акционерное общество "Всероссийский научно-исследовательский институт транспортного машиностроения" Способ и устройство защиты объекта бронетанковой техники
RU2342353C1 (ru) * 2007-05-22 2008-12-27 Сергей Николаевич Чувашев Способ экранировки инфракрасного излучения

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2502082C2 (ru) * 2011-11-22 2013-12-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Дельта" Способ защиты объекта от поражения его ракетой или снарядом

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009121132A (ru) 2010-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4100102A (en) Composition for screening infra-red radiation
US6989525B2 (en) Method for using very small particles as obscurants and taggants
Chylek et al. Enhanced absorption of solar radiation by cloud droplets containing soot particles in their surface
Rao et al. Effect of atmospheric transmission and radiance on aircraft infared signatures
Teske et al. Modeling aerially applied sprays: An update to AGDISP model development
US20130119316A1 (en) Boron nitride and boron nitride nanotube materials for radiation shielding
RU2425018C2 (ru) Способ экранирования электромагнитных излучений требуемых диапазонов длин волн объекта
Fussman High energy laser propagation in various atmospheric conditions utilizing a new accelerated scaling code
Zhang et al. The real part of the refractive indices and effective densities for chemically segregated ambient aerosols in Guangzhou measured by a single-particle aerosol mass spectrometer
Kelley A new explanation for long-duration meteor radar echoes: Persistent charged dust trains
Hu et al. On-the-fly green generation and dispersion of AgI nanoparticles for cloud seeding nuclei
Zhilyaev et al. The physics of space intrusions. I. Features of the trajectories
RU2546470C1 (ru) Маскировочная сеть
Freeland Under an Ionized sky: From chemtrails to space fence lockdown
RU2609816C1 (ru) Способ снижения заметности летательного аппарата
Sun et al. Research progress on composite interference of infrared/millimeter smoke material and its extinction performance
Dremin et al. High energy Cherenkov gluons at RHIC and LHC
RU2326815C1 (ru) Аэрозолеобразующий состав
Li et al. Research on anti-infrared smoke screen material technology
Wang et al. Multiple scattering of light by water cloud droplets with external and internal mixing of black carbon aerosols
Ter Haar An electrostatic-chemical model of ball lightning
RU2342353C1 (ru) Способ экранировки инфракрасного излучения
KR101478643B1 (ko) 팽창 흑연과 적린을 이용한 연소형 다영역 차장 연막제
Besedina et al. Synoptic-scale cyclonic vortices and possible transport of fine particles from the troposphere into the stratosphere
Liu et al. Research on Wide Band Smoke Materials

Legal Events

Date Code Title Description
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20130926

PD4A Correction of name of patent owner