Behind the Throne

Tämän artikkelin tarkoituksena on käydä pintapuolisesti läpi käsitettä "häivetekniikka" sekä tarkastella millaista teknologiaa ihmiset käyttävät objektien havaitsemiseen ja suojaamiseen. Käsite "häivetekniikka" perinteisesti assosioituu tarkoittamaan näkymättömyyttä tutkille. Häivetekniikan tuotteista monille onkin varmaan tutuimpia esimerkiksi USA:n ilmavoimien stealth-hävittäjät (F-117). Häivetekniikka kattaa kuitenkin paljon laajemman skaalan "näkymättömyyttä" kuin pelkän näkymättömyyden tutkille.



Kuva 1. F-117 Night Hawk [1]


Armeija pyrkii suojaamaan kohteensa herätteet toimintaympäristönsä kanssa yhteneväisiksi. Käytännössä tämä tarkoittaa suojautumista optisesti, termisesti, akustisesti, seismisesti sekä suojautumista tutkilta. Tämän lisäksi tiedustelu ja ampumatarvikkeiden ohjautuminen kohteeseen voi perustua paineeseen tai magnetismiin. Kaikki nämä vaativat yleensä omanlaisensa teknologian. Suojautumisessa onnistuminen edellyttää toimintaympäristön ja kohteen herätteiden tuntemista sähkömagneettisen spektrin ultraviolettialueelta aina tutkataajuuksille asti. [2]

Mielenkiintoisimmat sähkömagneettisen spektrin alueet ovat ultraviolettialue 0,3 - 0,4 um, näkyvän valon alue 0,4 - 0,7 um, heijastavan lähi-infrapunan alue 0,7 - 2,5 um, termisen infrapunan alue 3 - 5 um ja 8 - 14 um sekä millimetri- ja tutka-alue 20 MHz - 144 GHz. Ultravioletti-, lähi-infrapunan ja näkyvän valon alueella kohteen havaitseminen perustuu ympäristön ja kohteen heijastusominaisuuksien eroihin, mikä nähdään väri- ja intensiteettieroina. Esimerkiksi siviilikäytössä esiintyvät valkoiset pigmentit eivät heijasta UV-säteilyä juurikaan, kun taas lumi heijastaa erittäin hyvin. Tämän vuoksi on kehitetty kalliitakin erikoispigmenttejä. Ultravioletti- ja lähi-infrapuna-alueilta on suhteellisen helppo suojautua armeijakäytössä, ja tämä tapahtuu yleensä valitsemalla vain sopiva pinnoite. [2]

Termisellä alueella kohde on yleensä selkeästi ympäristöä kuumempi tai joskus kylmempi, johon kohteen havainnointikin perustuu. Suojakeinoina käytetään esimerkiksi estämällä moottorin tai muun lämmönlähteen tuottaman lämmön siirtyminen aluksen ulkopinnalle tai johtamalla moottorin imuilma jäähdytykseen. Toisaalta kohde voidaan myös päällystää ns. matalaemissiivisellä pinnoitteella (lämpöä heijastavalla materiaalilla), jolloin kuvattaessa lämpökameralla kohde näyttää todellista lämpötilaansa kylmemmältä. Muita keinoja on suihkuttaa aluksen päälle vettä (esim. laivat). Asia ei kuitenkaan ole avain niin yksinkertaista, sillä on huomioitava myös säätekijöiden ja ajankohdan vaikutus kohteen lämpötilaan, eikä aina suinkaan riitä, että kohteen lämpötila on homogeeninen, vaan toimintaympäristössä saattaa olla useiden asteiden vaihteluita. Tulevaisuudessa tullaan todennäköisesti hyödyntämään adaptiivisia pintoja, joiden termiset herätteet mukautuvat ympäristöön automaattisesti, mutta näiden materiaalien tutkimus on vielä alkuvaiheessa.[2]



Kuva 2. Hamina-luokka (ohjusvene) [3]

Akustisella alueella kohteen äänet pyritään vaimentamaan. Kyettyjä keinoja ovat äänieristys, hiljaiset moottorit (vesisuihkupropulsiomoottorit ja sähkömoottorit). Värähtely ja resonointi pyritään minimoimaan esimerkiksi kiinnittämällä värähtelevä laite kumirenkaiden kanssa tai vuoraamalla levyt raskaalla matolla.

Millimetri- ja tutka-alueen häivetekniikka toteutetaan yleensä kohteen tutkakaikupinnan muotoilun (RCS, Radar Cross Section), tutkavaimennusmateriaalien (RAM, Radar Absorbent Material) ja tutkavaimennusrakenteiden (RAS, Radar Absorbent Structure) avulla. Näistä käytetyin tekniikka on RCS; eli muotoillaan alus niin, että signaali kimpoilee johonkin muualle kuin takaisin tutkaan. Nyrkkisääntönä voidaan sanoa, että mitä vähemmän ulokkeita ja muotoja sen parempi. Tällöin pyritään välttämään 90 asteen kulmia, joita tyypillisesti esiintyy esimerkiksi lentokoneen pyrstössä. Moottorit ja turbiinit piilotetaan koneen runkoon. Kaarevia pintoja käyttämällä jyrkkiä kulmia ei pääse muodostumaan ja tutkavaimennusmateriaalia (RAM) tarvitaan vähemmän. Ohjaamon lasi voidaan päällystää läpinäkyvällä, mutta johtavalla pinnoitteella. Pinnoite voi olla esimerkiksi höyrystettyä kultaa tai indium-tina-oksidia.

Tutkavaimennusmateriaali (RAM) absorboi tutkasignaalin. Absorbointi tarkoittaa siis puhekielessä sitä, että tutkasignaali muutetaan lämmöksi, eikä se palaa enää takaisin tutkaan. RAM voi olla maalia, jossa on pieniä ferriittikuulia, joita käytetään erityisesti metallipintojen reunoissa. Ensimmäisiä tekniikoita oli sijoittaa kuoren alle pyramideja, joista signaali kimpoilee pyramidista toiseen samalla vaimentuen. RAM-materiaalit tuovat painoa ilma-aluksiin, jolloin niiden määrä pyritään minimoimaan. Esimerkiksi B-2 ja F-22 -lentokoneissa käytetään ruiskutettavia pinnoitteita, joihin on sekoitettu rautakarbonyylikiteitä. Myös dynaamisia RAM-materiaaleja on tutkittu. Niiden toiminta perustuu siihen, että ne muuttavat sähköisiä ominaisuuksiaan tutkan taajuudelle sopivaksi. Johtavien polymeerien kehittyessä dynaamiset RAM-materiaalit kykenevät mukautumaan laajoille taajuusalueille. [2][4]

Myös tutkavaimennusrakenteiden (RAS) osuus on kasvamassa. B-2-lentokoneen siiven reunan ulommainen kerros on ohut absorptiomateriaali (RAM) ja sen alla taas resistiivinen kerros, joka heijastaa korkeat taajuudet, mutta päästää matalat taajuudet lävitseen. Resistiivisen kerroksen alla on lasikuituinen hunajakennomainen rakenne, jonka resistiivisyys muuttuu hallitusti. Tässä konstruktiossa uloin kerros vaimentaa korkeat taajuudet, kun taas hunajakennorakenne yhdessä pintakerroksesta heijastuneiden säteiden kanssa vuorovaikutuksessa vaimentaa matalat taajuudet. Sen lisäksi myös tutkasignaalin läpi päästäviä materiaaleja pyritään hyödyntämään. On arveltu, että nykyaikaisilla muotoiluilla ja materiaalivalinnoilla on mahdollista päästä herätteeseen, joka vastaa hiekanjyvän kokoista tutkakaikupintaa. [2]

Perinteisesti häiveteknologia on suunniteltu tietylle SM-taajuusalueelle, jolloin esimerkiksi alle kahden gigahertsin taajuudella toimivat tutkat voivat havaita kohteita häivetekniikasta huolimatta. Pienellä taajuudella tosin tarkkuus kärsii niin paljon, että kohdetta ei voida havaita kunnolla, eikä esimerkiksi ohjusta voida laukaista. [5][6]

Muotoilun ja vaimennusmateriaalien ohella hyödynnetään myös plasmaa. Todennäköisesti esimerkiksi B-2 -lentokoneen siiven etu- ja takaosien välille luodaan voimakas sähkökenttä, joka ionisoi ilman. Ionisoitunut ilma (plasma) toimii tutka-absorbenttina. Myös venäläisten väitetään kehittäneen useita tehokkaita plasmaan perustuvia häivetekniikoita, joista osaa on myös tarjottu maastavientiin. Plasman lisäksi lentokoneen ulkopintaan voidaan johtaa sähkövirtaa, joka sekoittaa koneen ulkopinnasta heijastuvaa tutka-aaltoa. [2][7]

B-2 Spirit on maailman kehittynein strateginen pommikone ja toinen sarjatuotantovaiheeseen edennyt häiveteknologialla varustettu lentokonemalli, joka lensi ensilentonsa vuonna 1989. Häivetekninen muotoilu on toteutettu lento-ominaisuuksien kustannuksella. Kyseistä mallia on valmistettu vain 21 kappaletta korkean yksikköhintansa takia (2,1 miljardia dollaria). [8][9]


Kuva 3. B-2 Spirit pommikone [8]

Näkyvän valon alueella on perinteisesti pyritty tekemään kohteelle maaston mukainen väritys. Tulevaisuuden metamateriaalit kuitenkin lupaavat paljon. On arveltu että optisesti näkymätöntä materiaalia osattaisiin valmistaa jo neljän vuoden sisään. Näkyvän valon aallonpituuksilla joudutaan kuitenkin käyttämään nanoteknologiaa. Nanoteknologialla tarkoitetaan materiaalin ominaisuuksien muokkaamista atomi- ja molekyylitasolla. Tällöin kokoluokka on yhdestä noin sataan nanometriin. Nanometri on millimetrin miljoonasosa. Seuraavissa kuvissa on mikroaalloille näkymätön metamateriaali, jonka ovat kehittäneet fyysikko John Pendry Lontoon Imperial Collegesta yhdessä David Smithin ja David Schurigin (Duken yliopisto) kanssa syksyllä 2006. Siinä on sisäkkäisiä lasikuiturenkaita 10 kpl, joissa on tietynlainen kuparikuviointi.[10][11]


Kuva 4. Mikroaalloille näkymätön metamateriaali [10][11]

Ufojen ja lähikontaktien yhteydessä puhutaan usein sähkömagneettisista häiriöistä. Häiriöitä väitetään tulevan kompasseihin ja erilaisiin sähkölaitteisiin; kännykät sekoilevat ja autot sammuvat. Nämä ilmiöt viittaavat sähkömagneettisen kentän läsnäoloon. Mikäli vieraan sivilisaation lentolaitteet hyödyntävät liikkuessaan sähkömagnetismia (esim. magnetohydrodynamiikkaa), jossa esiintyy plasmaa, saattaisi tämä myös osin selittää tutkassa näkymättömyyden ufohavaintojen yhteydessä ja millaista "häivetekniikkaa" vieraan sivilisaation alukset voisivat hypoteettisesti hyödyntää. Toisaalta myös NASA ja USAF kehittelevät magnetohydrodynamiikkaa hyödyntävää alusta, joka sattuu näyttämään aivan lentävältä lautaselta. [12][13][14]


Kuva 5. Taiteilijan näkemys magnetohydrodynamiikkaa hyödyntävästä lentolaitteessa[14]

LÄHTEET:

  1. F-117 Night Hawk. Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/F-117_Nighthawk [viitattu 17.5.2009].
  2. Teknologian kehitys. Sotatekninen arvio ja ennuste 2020. STAE 2020, osa 1.Puolustusvoimat. Saatavissa: http://www.mil.fi/paaesikunta/materiaaliosasto/liitteet/stae_2020_osa1.pdf [viitattu 17.5.2009].
  3. Hamina-luokka (ohjusvene). Kaulustoesittely. Puolustusvoimat. Saatavissa: http://www.mil.fi/merivoimat/esikunta/toim_kalusto_5.dsp [viitattu 17.5.2009].
  4. Tutkavaimennusmateriaali. Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/Radar_absorbent_material [viitattu 17.5.2009].
  5. Häiveteknologia. Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/Stealth_technology [viitattu 17.5.2009].
  6. Matalataajuustutkat. Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/Low-frequency_radar [viitattu 17.5.2009].
  7. Plasma-häiveteknologia. Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_stealth [viitattu 17.5.2009].
  8. B-2 Spirit. Suomenkielinen Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://fi.wikipedia.org/wiki/B-2 [viitattu 17.5.2009].
  9. B-2 Spirit. Englanninkielinen Wikipedia-artikkeli. Saatavissa: http://en.wikipedia.org/wiki/B-2_Spirit [viitattu 17.5.2009].
  10. Experts test clocking technology. BBC News. Saatavissa: http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6064620.stm [viitattu 17.5.2009].
  11. Nano World: Invisibility trough nano. Physorg.com. Saatavissa: http://www.physorg.com/news67787896.html [viitattu 17.5.2009].
  12. NASA Jumps at Patent for Plasma-Powered UFO Technology. Popular Mechanics. Saatavissa: http://www.popularmechanics.com/blogs/science_news/4269027.html [viitattu 17.5.2009].
  13. New Flying Saucer Runs on Plasma. Live Science. http://www.livescience.com/technology/080612-plasma-saucer.html [viitattu 17.5.2009].
  14. University of Florida professor designs plasma-propelled flying saucer. University of Florida News. http://news.ufl.edu/2008/06/11/flying-saucer/ [viitattu 17.5.2009].