От древних королевских бань до будущих скрытных боёв — скромный кухонный овощ может стать ключом к победе над космическими охотниками за радарами. (SCMP)
Более 2000 лет назад, в уединённой банной комнате на берегу Нила, царица Клеопатра Египетская, возможно, обратилась к неожиданной роскоши: волокнистой губоподобной тыкве — луффе.
Это пористое растение ценилось древнеегипетской королевской знатью как природный эксфолиант, символ чистоты и утончённости. Лёгкий, как перышко, но прочный и тщательно структурированный, люфа очищал примеси — как физические, так и духовные — в ритуалах, сочетающих гигиену и святость.
Сегодня этот неприметный овощ — Luffa cylindrica — вновь выходит в центр внимания как мощный оружейный щит в безмолвной битве электронной борьбы.
В рецензируемом исследовании, опубликованном в журнале High Power Laser and Particle Beams, команда учёных из Народно-освободительной армии (НОАК) и Китайской корпорации аэрокосмической науки и промышленности (Casic) преобразовала люфу в стелс-покрытие следующего поколения, способное защищать передовые самолёты от самой серьёзной угрозы в современной войне — космических радиолокационных спутников.
Десятилетиями стелс-самолёты, такие как американские F-22 Raptor и B-2 Spirit, полагались на переменные конструкции и материалы, поглощающие радары, чтобы уменьшить свои радиолокационные сечения (RCS) — иногда до размеров птицы. Но технологии догнали их.
Развертывание Китаем революционной радиолокационной спутниковой группы на низкой околоземной орбите изменило правила игры.
Летая высоко над облаками, эти спутники используют синтетический апертурный радар (SAR) и техники бистатического освещения для наблюдения сквозь темноту и погоду. Что особенно важно, они освещают стелс-самолёты сверху, где традиционное стелс-покрытие и формовка — оптимизированные для лобового обнаружения — не работают.
Когда радиолокационные волны попадают в стелс-струю прямо над головой, его плоская задняя часть может отражать сигналы, словно зеркало, из-за чего радарные сечения увеличиваются с размера птицы до десятков квадратных метров — что является лёгкой целью для обнаружения даже для спутников на сотни километров.
Китай демонстрирует новую военную технику на масштабном параде ко Дню Победы
Однако команда, возглавляемая оборонным учёным Чэнь Цзюнем из Института аэрокосмической метрологии и испытательных технологий Гуйчжоу, возможно, нашла ответ в обычном овоще, также известном как луффа, который продаётся на фермерских рынках по всей Азии.
Чен и его коллеги создали гибкий, ультратонкий микроволновой материал, превратив высушенную люфу в углерод и внедрив в неё магнитные наночастицы оксида никеля-кобальта (NiCo₂O₄).
В результате получился композитный аппарат под названием NCO-2, толщиной всего 4 мм (0,14 дюйма), способный поглощать более 99,99 процента падающих электромагнитных волн в критическом Ku-диапазоне (12–18 ГГц) — одной из самых важных частот, используемых современными радиолокационными спутниками.
Это покрытие, полученное из луффы, могло снизить интенсивность отражённых радиолокационных сигналов почти в 700 раз, даже если луч исходил прямо сверху, показало исследование.
Это означает, что стелс-самолёт с вертикальным RCS площадью 50 квадратных метров (538 квадратных футов) может фактически уменьшиться до менее чем 1 квадратного метра (10,7 квадратных фута) — что значительно усложняет обнаружение космическими радарами.
«Когда угол испытания равен нулю градусов, то есть направление электромагнитной волны перпендикулярно поверхности тестовой пластины, значение RCS уменьшается с 26,46 дБсм до −1,94 дБсм, что указывает на то, что RCS поверхности, покрытой материалом NCO-2, уменьшается до менее чем 1 квадратного метра, что демонстрирует отличную стелс-характеристику радара, — написала команда Чена.
Секрет кроется в естественной архитектуре люфы — трёхмерной сети взаимосвязанных целлюлозных волокон, которые при карбонизации при высоких температурах превращаются в лёгкие, проводящие строительные леса, напоминающие микроскопические джунгли.
Электромагнитные волны, входящие в материал, бесконечно отскакивают в лабиринтоподобных порах — явление, называемое множественным внутренним отражением — что, по словам исследователей, даёт материалу больше времени и возможностей для поглощения энергии.
Карбонизированная люфа также образует проводящую сеть, позволяющую электронам свободно перемещаться и преобразовывать микроволновую энергию в тепло за счёт проводящих потерь.
Поскольку наночастицы равномерно растут по углеродным волокнам, они создают бесчисленные границы, изменяющие поляризацию радиолокационных волн, в то время как сами магнитные частицы генерируют магнитные потери через естественный и обменный резонанс — механизм двойного действия, редко встречающийся в традиционных поглотителях.
Вместе эти эффекты обеспечивают почти идеальное согласование импеданса — то есть материал легко пропускает микроволны, а затем не даёт им выйти.
Производственный процесс относительно прост и масштабируем. Свежая луффа очищается, сушится и запекается при температуре от 300 до 700 градусов Цельсия (572–1292 Фаренгейта) в инертном газе, образуя пористый углеродный скелет.
Команда Чена затем замочила раствор нитратов никеля и кобальта с мочевиной, чтобы наночастицы могли расти непосредственно на углеродном волокне.
В течение многих лет Китай часто отвергали как последователя — искусного в копировании западных технологий, но лишённого оригинальности. Этот прорыв в люфе добавляет новые доказательства более глубокой трансформации.
Сегодня китайские учёные больше не обращаются за вдохновением только в MIT или Кембридже. Вместо этого они обращаются к бамбуковым лесам, шелковым и кузнечным техникам — ищут инновации у природы и древней мудрости.
Но путь от лабораторного образца до боевого самолёта для покрытия люфы может быть долгим.
Долговечность может быть сложной, так как материал должен выдерживать сверхзвуковые вибрации, влагу и экстремальные температуры.
Более того, хотя нынешняя конструкция лучше всего работает на определённых частотах, для реального боя требуется дальнейшее широкополосное поглощающее поворот, по мнению исследователей.
Стивен Чен
(в пересказе)
