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近年来,随着无人机侦察、高分辨率卫星和红外探测设备大量应用,战场上的“隐身”变得越来越困难。一名士兵即使穿着传统迷彩服,也可能因为周围环境变化、昼夜光线转换或人体散发的热量,被光学或红外设备发现。
面对越来越聪明的侦察手段,科学家开始思考,如果迷彩能够像变色龙一样,根据环境自动改变颜色和热特征,是不是就能更好地隐藏自己?这就是智能变色材料研究的重要方向。
传统迷彩的原理并不复杂,就是通过不同颜色和图案,把人体轮廓“打散”,与树林、草地、沙漠等背景融为一体。但这种迷彩属于“固定迷彩”,一种迷彩通常只适合一种环境。比如,适合森林的绿色迷彩到了戈壁滩就会格外醒目,而白色雪地迷彩进入树林又会暴露目标。现代作战环境变化快,官兵不可能随时更换服装,因此,人们开始研究能够主动变色的智能迷彩。
智能变色并不是给布料染色,而是让材料能够根据外界环境改变自身对光线的吸收和反射方式,就像给迷彩装上一套自动调色系统。
乙烯类光致变色织物和油墨光驱动变色(来源:陶俊东《可见光和红外自适应伪装技术研究进展》,湘潭大学)
目前,智能变色材料主要有三种技术路线。
第一种是光致变色材料。它对光照变化十分敏感,当阳光强弱或紫外线发生变化时,材料内部结构会发生可逆变化,颜色也随之改变。许多人佩戴的光致变色眼镜就是利用了这一原理。近年来,这项技术也开始应用于军用护目镜等装备,在不同光照条件下自动调整透光率,提高观察效果。
第二种是热致变色材料。它会随着温度变化改变颜色,不仅能够适应昼夜温差较大的环境,还可以调节目标表面的红外特征。因为现代侦察设备不仅“看颜色”,还会“看温度”,如果能够让装备表面的热特征更加接近周围环境,就能降低被红外探测发现的概率。
第三种是电致变色材料。它通过施加微弱电压,就能快速改变颜色,部分材料还能同步调节可见光和红外波段特征。目前,一些实验室研制的电致变色薄膜,颜色切换时间已经缩短到1秒以内,为未来智能伪装提供了新的技术方向。
电致变色器件不同电压下的吸收光谱和器件颜色(来源:王义,《自适应伪装材料与技术研究进展》,国防科技大学)
不过,战场环境远比实验室复杂。树林、城市、沙漠、雪原不仅颜色不同,光照、温度和背景热辐射也各不相同。单一变色材料往往只能适应一种环境,因此,近年来研究重点逐渐转向多种材料协同工作,让一种迷彩同时具备光响应、热响应甚至电响应能力,实现更加智能的自适应伪装。
从各国军队的发展情况看,智能迷彩已经成为新一代单兵伪装的重要研究方向。美国国防高级研究计划局(DARPA)、英国国防科技实验室(Dstl)等机构持续开展自适应伪装材料研究,希望装备能够根据周围环境自动调整颜色和红外特征;北约一些国家也在推进多光谱伪装技术,将可见光、红外甚至部分雷达波段隐身能力结合起来,提高人员和装备在复杂战场环境中的生存能力。目前,这些技术大多仍处于试验验证和工程化研究阶段,但已经代表了未来单兵伪装的发展方向。
DARPA自适应伪装演示照片(来源:美国国防部 DVIDS 图库)
未来,智能迷彩的发展目标已不仅是会变色,还要会感知。科研人员正尝试将柔性传感器、智能材料和人工智能算法结合,使迷彩能够实时感知周围环境变化,自动调整颜色、亮度甚至红外辐射特征,实现真正意义上的环境自适应。随着无人侦察、多频谱探测和智能感知技术不断发展,未来战场上的隐身较量,将不只是装备之间的竞争,也将延伸到士兵身上的每一块面料。
从固定迷彩到智能变色材料,从单一颜色伪装到多频谱自适应隐身,一件迷彩服正不断融入材料、电子和信息技术的新成果。未来,它不仅是一件作战服,更可能成为单兵综合防护系统的重要组成部分,在现代战场上为官兵赢得更多主动权。
(作者:任怡宁,国防科技大学前沿交叉学科学院;周宇宽,海军工程大学动力工程学院)
