100 великих загадок истории флота - Станислав Зигуненко

Невидимость приобретает все большую популярность. Вслед за неуловимыми самолетами, танками и спутниками на повестке дня создание невидимой субмарины. Речь идет не об известной технологии малой заметности «стеллс». Цель работы, результаты которой ученые надеются представить через 2–3 года, – создание действительно не видимого в определенном диапазоне волн объекта. Для этого используются метаматериалы, которым приданы свойства, не встречающиеся в природе. Математическая модель нового класса материалов, так называемых метаматериалов, уже существует, сообщает интернет-портал iXBT.

Исследования невидимой субмарины ведутся сейчас в Университете Дьюка, Северная Каролина. Задача исследователей – создать покрытие для субмарины, которое сделает ее невидимой для гидролокаторов. Такая лодка сможет действовать практически безнаказанно: для ее обнаружения придется разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы либо глубоко модернизировать существующие сонары.

С точки зрения физики материал, которым будет покрыт корпус лодки, должен обладать отрицательным коэффициентом преломления. Впервые идею такого материала высказал в 1968 году советский физик Виктор Веселаго. Он пришел к заключению, что с таким материалом почти все известные оптические явления распространения волн существенно изменяются, хотя в то время материалы с отрицательным коэффициентом преломления еще не были известны. Веселаго предсказал, что определенные оптические явления будут совершенно другими.

Возможно, самым поразительным из них является рефракция – отклонение электромагнитной волны при прохождении границы раздела двух сред. В нормальных условиях волна появляется на противоположной стороне линии, проходящей перпендикулярно этой границе (нормаль к поверхности).

Однако, если один материал (например, воздух или вода) имеет положительный коэффициент преломления, а другой – отрицательный, волна будет появляться на той же стороне нормали к поверхности, что приходящая волна. Такая особенность и создает возможность для направления падающего излучения в обход объекта. У природных материалов коэффициент преломления больше единицы. Любопытно, что скорость распространения волн в таких материалах также должна быть отрицательной. Это свойство делает метаматериалы идеальными для маскировки объектов, так как их невозможно обнаружить средствами радио– и акустической разведки в определенном диапазоне частот.

В последние 30 лет исследования явлений, связанных с отрицательным коэффициентом преломления, ведутся по всему миру, особенно после открытия нанотрубок. Причиной интенсификации этих исследований в последние годы стало появление нового класса искусственно модифицированных материалов с особой структурой, которые называются метаматериалами.

Электромагнитные свойства метаматериалов определяются элементами их внутренней структуры, размещенными по заданной схеме на микроскопическом уровне. Собственно структурирующие слои, направляющие волну в обход объекта, состоят из игл размером около 10 нанометров, внедренных в полимер или полупроводник. Стоимость подобных невидимых покрытий пока поистине астрономическая.

Субмарина класса «Вирджиния», построенная с применением технологии «стеллс», спущена на воду в 2007 году

В настоящее время уже существуют метаматериалы, способные замаскировать от наблюдения объекты в диапазонах СВЧ и ИК. В 2006 году был показан прототип устройства из метаматериала, способного делать объекты не видимыми для микроволнового излучения, а год спустя – аналогичное устройство для инфракрасных лучей. В области видимого света пока делаются лишь первые шаги – создан материал, хорошо работающий в красной области спектра.

Ученые пока не решили, как сочетать в одном покрытии слои, которые могли бы работать во всем диапазоне видимого света, и создание настоящей шапки-невидимки откладывается на дальнюю перспективу.