Возможен ли принципиально костюм, скрывающий тепловую сигнатуру солдата?

Недавно я играл в «Crysis», игру, в которой главный герой носит костюм, который позволяет игроку скрыть себя и свою тепловую сигнатуру. Затем я посмотрел «Железного человека 3», где один ребенок предложил Тони Старку внедрить ретро-отражающие панели в свой костюм.

Так что я думаю, что такова природа вещей, люди будут преследовать подобные вещи и в реальной жизни, довольно скоро. Но я пытаюсь выяснить, может ли костюм содержать тепловую сигнатуру человека, не излучая его куда-то. Неужели такое принципиально возможно сделать, не перегревая человека внутри ?

Примечание: ответ, кажется, «на короткое время, но не на неопределенный срок», и хотя многие из вас, вероятно, не являются геймерами, те, кто знаком с Crysis, знают, что в игре вы можете иметь только около 30-60 секунд. скрытый режим перед перезарядкой. Из всех представленных здесь идей кажется, что если выпустить тепло через минуту или около того, это становится реальной возможностью, а 60 секунд скрытности за раз достаточно, чтобы выиграть почти любое боевое столкновение. Мы можем увидеть такие вещи довольно скоро, если выясним сторону «ретро-отражающей панели» (невидимости) этой вещи.
И панели невидимости/активного световозвращения (с ограниченной точностью) не так безумны, как кажется — они просто посылают свет от вашей спины под правильным углом спереди (и влево, вправо, вверх, вниз и т. д.).
Недостаточно представителей, чтобы опубликовать ответ; Но @supercat в комментарии ниже прав. Воздух имеет очень низкое поглощение в инфракрасном диапазоне, поэтому он также имеет очень низкое излучение в инфракрасном диапазоне. Таким образом, для отвода тепла можно использовать простой вентилятор. Проблема состоит в том, чтобы точки, где выхлоп выходит из костюма, не нагревались из-за выхлопа (здесь должен помочь светоотражающий материал).
До глупости простой подход — оснастить скафандр баком с жидким кислородом. Пассажир может дышать кислородом, и он охлаждает костюм. Конечно, продолжительность этого эффекта ограничена (исходя из размера бака LOX), но я понимаю, что схема используется в некоторых небольших самолетах для обеспечения как кислорода, так и охлаждения пассажиров.
Я не знаю, возможна ли физика и будет ли она эффективна, но если вы пытаетесь построить костюм, который может прятаться бесконечно, вместо того, чтобы пытаться скрыть энергетическую сигнатуру, возможно, более практичным было бы сделать частоту. и скачкообразное изменение амплитуды, т.е. рассеяние энергии на разбросанной частоте и амплитуде, которая все время изменяется случайным образом. Это может по-прежнему передавать ваше присутствие врагу, но они не смогут определить ваше местоположение.
@LieRyan, вы, ребята, придумали здесь несколько сумасшедших идей.
Испарение воды может поддерживать температуру поверхности скафандров так же, как мы сохраняем прохладу, когда на улице становится жарче, чем температура нашего тела.
уже сделано: адаптив

Ответы (6)

Нет, бесконечно скрывать тепловую подпись человека невозможно. Даже с самым лучшим костюмом, какой только можно вообразить, вы в конечном итоге либо начнете отдавать тепло, либо перегревать человека, либо и то, и другое.

Одна проблема заключается в том, что идеальных теплоизоляторов не существует. Это означает, что вы должны либо использовать лучшее из доступного и поддерживать выбросы ниже некоторого порога обнаружения, либо вы должны использовать активное охлаждение поверхности костюма (вспомните тепловые насосы, сбрасывающие тепло внутрь), чтобы спрятаться. Оба в конечном итоге будут увеличивать внутреннюю температуру до тех пор, пока что-то (весьма вероятно, владелец костюма) не подвергнется той или иной форме теплового отказа.

С учетом сказанного вы можете делать трюки, чтобы лучше скрыть тепловые сигнатуры.

Одна хитрость состоит в том, чтобы создать какой-то внутренний радиатор — подумайте о чем-то вроде «холодной батареи», например, о куске льда, — который может продлить ваше общее время до того, как произойдет перегрев. Он может быть громоздким, но если все сделать правильно, вы сможете очень хорошо спрятаться на некоторое время.

Второй прием заключается в том, чтобы преобразовывать тепло и излучать каким-либо образом, который, по крайней мере, для целевого использования, трудно обнаружить. Один из примеров (не обязательно очень практичный) может состоять в том, чтобы прикрепить высокоэффективный лазер к верхней части комплекса и отправить тепло в виде очень точно контролируемого лазерного луча, предположительно на некоторой частоте, которую вряд ли можно обнаружить, и с Тщательная цель, чтобы избежать попадания детекторов.

Есть всевозможные варианты этой последней идеи. Одним из забавных было бы «нагревание яиц», которые вы могли бы бросить, когда идете. Сначала они будут выглядеть круто, но затем начнет проявляться внутренняя высокая температура, которую они спрятали. Проблема с этой идеей в том, что вы в конечном итоге оставите пользователю след из хлебных крошек!

Если вы хотите получить действительно экзотику, вы могли бы в принципе попытаться найти способ излучать тепло в какой-то чрезвычайно трудно обнаруживаемой форме, такой как нейтрино. Если бы вы могли использовать частицы, которые трудно обнаружить, чтобы излучать тепло, результат был бы очень близок к идеальному тепловому костюму «настоящей невидимости».

2014-10-25.0841 EST - Приложение

Во-первых, @ThomasPornin указал в комментариях, что Ким Стэнли Робинсон использовал идею теплового яйца в своей серии «Марс», которую я читал и явно (хотя и бессознательно), должно быть, подхватил эту идею. Поистине удивительный кусочек научной фантастики, этот сериал!

Во-вторых, есть еще несколько способов сброса энергии, помимо вибраций (тепло и звук), электромагнитных (свет во всех формах) или сбросов материи (включая нейтрино и тепловые яйца). В принципе, вы могли бы, по крайней мере, также использовать поля, включая магнитное, электрическое и потенциально даже гравитационное. (Сильные и слабые силы слишком малы для демпинга.)

Магнитная индукция приходит на ум как наиболее правдоподобная, поскольку с ее помощью можно придумать реальные сценарии передачи энергии, даже если их будет трудно использовать в большинстве полевых ситуаций.

Электрические поля - это... интересная возможность, но довольно трудно поддающаяся количественной оценке? Я думаю о чем-то вроде странной версии машины Вимшерста для индуцирования высоких электрических зарядов (и, таким образом, сброса энергии) на близлежащие объекты. Странно, не обязательно очень скрытно, но хотя бы в принципе возможно.

Наконец, окончательный поглотитель тепла внутри скафандра — это тот, для которого я знаю ровно ноль вероятных поддерживающих путей: эндотермический ядерный, ядерный эквивалент тех мгновенных охлаждающих пакетов, которые используются в спорте (пожалуйста, см. отличный комментарий @RobJeffries ниже по этому вопросу). Если вы можете представить какой-нибудь идеальный процесс, который собирает все избыточное тепло и «каким-то образом» преобразует его без больших потерь в расщепление ядер гелия-3 на протоны и дейтроны, у вас есть идея.

Несколько очень крутых идей, но, к сожалению, второй закон термодинамики портит вечеринку. Эффективность, которую вы можете получить от тепла тела и температуры окружающей среды, очень низкая (~ 10%). Холодная батарея должна быть очень большой, чтобы обеспечить длительное укрытие. Я разработал некоторые цифры в своем ответе.
@Davidmh, спасибо, я танцевал вокруг этого чрезвычайно важного момента и ценю ваши идеи! Все, пожалуйста , взгляните на ответ Davidmh и серьезно подумайте о том, чтобы проголосовать за него.
Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
Я уже думал о лазере, но превращение тепла в лазер определенно противоречит законам термодинамики.
Да, для этого потребуется мощность, но с достаточным количеством энергии можно сделать.

Такая технология находится в зачаточном состоянии, но она определенно существует. Изображения ниже созданы несколькими компаниями, рекламирующими одежду с тепловым/ИК-камуфляжем. Очевидно, что приложения хорошо подходят для военных, так что кто знает, что еще разработали военные.

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Это последнее изображение сделано компанией Blucher Systems . Ссылка содержит гораздо больше подробностей о том, как это сделать, и включает небольшое видео о костюме в действии. Они заявляют о максимальной разнице в 4 градуса по Цельсию между «призрачным» костюмом и окружающей средой.

Очень интересно. Я хотел бы видеть, как это продвигается. Я заметил, что "призрак" стал ярче по сравнению с началом, хотя они не показали, как долго он нагревался.
Если они могут поддерживать 4°C dT, то они тратят время на маскировку. Они могли бы заработать миллиард долларов, сделав двигатели и электростанции более эффективными.
@MartinBeckett: Мне кажется, что разработка специальной ткани для поддержания dT = 4 ∘ C при покрытии кузова существенно отличается от повышения эффективности двигателя или силовой установки.
Приложения не только военные. Это также поможет вам избежать Хищника, не загрязняя его грязью.

Вы могли бы попытаться разработать материал, который действует как флуоресцентный, то есть преобразует инфракрасное излучение в фотоны с меньшей энергией, такие как микроволны. Таким образом, вы будете светиться не в инфракрасном диапазоне, а на какой-то другой длине волны по вашему выбору. Теперь, если это технологически осуществимо (возможно, с использованием нанотехнологических материалов), я понятия не имею!

Это кажется очень интересным. Как вы думаете, если бы большинство инфракрасных фотонов были преобразованы в какую-то другую длину волны, то на экране появилось бы какое-то черное пятно?
Наверное, поэтому не идеальный камуфляж. Даже если вы позволите внешней части скафандра быть из обычного материала, который остается при той же температуре, что и окружающая среда, вы всегда можете изготовить систему ночного видения, которая обнаруживает объекты, потому что разные материалы имеют разные «инфракрасные цвета» и тепловое альбедо.
Возможно, какой-то материал, который преобразует нужное количество фотонов, чтобы соответствовать температуре окружающей среды...
да, но окружающая среда не находится в тепловом равновесии, и даже если это так, объекты не являются идеально черными телами и не будут излучать или отражать на тех же длинах волн. Таким образом, с достаточно чувствительными очками для ночного видения вы всегда сможете увидеть детали всей сцены.

В других ответах есть несколько хороших идей, но они контролируют некоторые основы. Займемся термодинамикой. КПД теплового двигателя ограничен КПД Карно :

η ≤ 1 − Т с Т час

Где Т с температура холодного конца и Т час источник тепла. Предполагая, что мы находимся в прохладной среде, Т с знак равно 0 С , Т час знак равно 37 С , так:

η С ≃ 12 %

Что бы вы ни делали, чтобы преобразовать тепло своего тела во что-то полезное, вам все равно придется откачивать 88% того, что вы производите. И это очень оптимистичная оценка, учитывая, что вы должны сделать его портативным. Способ пойти.

Рассмотрим вариант с радиатором. Человеческое тело имеет поверхность примерно 2 м 2 , поэтому он излучает около 10 3 Вт , но мы приближаемся 600 Вт от нашего окружения (опять же, при температуре 0 C). Если оставить базу с радиатором из железа, охлаждаемым жидким азотом (76 К), то имеем:

с е Δ Т п знак равно 449 Дж К к грамм 234 К 400 Вт знак равно 262 с к грамм ≃ 4 м я н к грамм

Так что, если нам удастся перенаправить все лишнее тепло в раковину, мы закончим это за несколько минут*. Полный час невидимости потребует загрузки дополнительных 15 кг веса. Другие металлы имеют лучший коэффициент удельной теплоемкости, но здесь не ждите чудес.

Как на самом деле стать ИК-невидимым

Чтобы стать по-настоящему невидимыми, нам нужно рассеять все наше тепло посредством теплопроводности. Я бы сделал это (но я не эксперт), это многослойная система, где внутренние слои предназначены для отвода тепла, а внешние слои должны обеспечивать вентиляцию, экранируя ИК-излучение, излучаемое рассеивающим слоем. . Пиковая эмиссия для человеческого тела находится в диапазоне 9 мю м , так что металлическая сетка такой ширины должна быть довольно хорошим щитом.

Теперь вам «просто» нужно придумать, как сделать ткань из этого металла, способную выдержать тяжелые условия. Но это просто инженерия, а не физика.

В этом сценарии все наше тепло уносится окружающим нас воздухом, но это не создаст сильного сигнала, так как он не плотный. Кроме того, турбулентность быстро смешает его с окружающим воздухом, мгновенно охлаждая.

*- Удельная теплоемкость зависит от температуры, но на приблизительном уровне она работает.

Поэтому у вас есть Т с знак равно 0 ? Мы сравниваем с окружающим, поэтому Т с знак равно 22 было бы более уместно.
@KyleKanos Я просто предполагаю хороший случай, когда на улице холодно. Кроме того, чем холоднее становится, тем значительнее тепловые следы.
На самом деле, если подумать об этом, ваше уравнение неверно. Вы используете эффективность тепловой машины, когда вы должны использовать эффективность холодильника (вы пытаетесь что-то охладить, чтобы устранить ИК-компонент). Таким образом, вы получите η знак равно Т с / ( Т час − Т с ) ≃ 0,488 , что значительно больше, чем ваши 12% (используя более подходящий Т с знак равно 22 ).
@KyleKanos Я так не думаю. Вы используете тепло для выполнения полезной работы и, таким образом, рассеиваете его меньше. Холодильник использует энергию для откачки тепла наружу; но это все равно даст вам горячую рассеивающую поверхность.

Я предполагаю, что это возможно: например, тепловое излучение может испускаться в пределах очень малого телесного угла, например, вверх.

Вы не могли заставить тепло «исчезнуть». Однако вы можете заставить его пойти куда-нибудь еще.

Говорить о термодинамике очень свободно

Все (особенно вакуум) между источником и детектором будет скрывать источник, пока среда остается при температуре окружающей среды. Это означает, что если у вас есть источник тепла за окном, возьмите тепловизионную камеру и направьте ее на окно, вы увидите только температуру стекла, а не температуру чего-либо за ним.

Однако, если окну не на что передавать тепло, оно будет нагреваться (а источник остывать) до тех пор, пока не станет той же температуры, что и источник.

Хотя это все хорошо и хорошо для чего-то, с чем вы не соприкасаетесь, фактическое прикосновение к стеклу будет передавать тепло тела намного быстрее, чем если бы между ними был изолятор (например, воздух).

Чтобы сделать костюм, скрывающий тепло тела, вам понадобится очень изолированный костюм, подключенный к тепловому насосу (холодильнику) с выводом его выхлопных газов куда-то подальше, что, вероятно, также потребует изолированных трубок.

Я не вижу, чтобы это было очень практично для передвижения.

Вакуум (или любой другой идеальный изолятор) остановит проводимость, но не остановит ИК-излучение. Это будет медленно нагревать внешний слой, пока он сам не начнет излучать. Ключ в рассеивании.
Моя идея должна была касаться только фононного тепла, а не электромагнитного излучения. Для этого я бы принял те же меры предосторожности, чтобы не быть замеченным в видимом спектре, т.е. спрятаться за что-то.
Но весь смысл сокрытия вашей тепловой сигнатуры заключается в том, чтобы избежать ИК-излучения!
Но ваше тело — единственный источник ИК-излучения, которое будет поглощаться внутренним слоем, преобразовываться в фононные колебания и затем откачиваться наружу.
Редактировать: Ваше тело является единственным источником ИК-излучения не комнатной температуры.
Моя идея заключалась в том, чтобы сделать внешний слой костюма, который оставался бы при комнатной температуре, не перегревая пользователя. Вместо этого это сделало бы их гипотермией, если бы их тело не могло поддерживать свою внутреннюю температуру (за счет движения, сжигания химической энергии и т. д.), потому что тепловой насос будет пытаться охладить пользователя до комнатной температуры.
Возможен ли принципиально костюм, скрывающий тепловую сигнатуру солдата?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v