Юный техник, 2008 № 11

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ

Гибридный аппарат Gerris.

Схема устройства аппарата Gerris с закрытой кабиной.

_{Цифрами обозначены: 1 — вентиляторная установка; 2 — защитная решетка; 3 — приборная панель; 4 — кабина; 5 — рычаг управления; 6 — багажный отсек; 7 — реверсивная камера; 8 — ограждение воздушной подушки; 9 — баллон воздушной подушки; 10 — воздушный канал; 11 — двигатель; 12 — нагнетательный канал для создания воздушной подушки; 13 — крепления силовой установки.}

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ

Подлодка-призрак может быть построена в скором будущем

Невидимая для гидролокаторов лодка сможет действовать практически безнаказанно; для ее обнаружения придется разрабатывать устройства, использующие иные физические принципы, глубоко модернизировать существующие сонары.

Суть же дела такова: материал, которым будет покрыт корпус лодки, не будет отражать падающие на него акустические волны; они будут обтекать ее корпус, а значит, не вернутся к наблюдателю.

Впервые о возможности создания такого материала высказался еще в 1968 году советский физик В.Г. Веселаго. Он пришел к заключению, что, если создать материал с отрицательным коэффициентом преломления, то в нем распространение волн существенно изменится.

Например, при прохождении границы раздела двух сред в обычных условиях волна обычно отражается от поверхности под тем же углом, что и падает. Однако, если один материал (например, воздух или вода) имеет положительный коэффициент преломления, а другой — отрицательный, отраженная волна будет следовать в ту же сторону, что и приходящая. Такая особенность и создает возможность для направления падающего излучения в обход объекта, что делает его невидимым в данном диапазоне частот.

В последние 30 лет исследования отрицательного коэффициента преломления и связанных с ним явлений ведутся по всему миру. Ученые, в частности, создали новый класс искусственно модифицированных материалов с особой структурой — так называемых метаматериалов.

Упрощенно говоря, слои, направляющие волну в обход объекта, состоят из игл размером около 10 нанометров, внедренных в полимер или полупроводник по определенной схеме.

В 2006 году был показан прототип устройства из метаматериала, способного делать объекты невидимыми для микроволнового излучения, а год спустя — аналогичное устройство для инфракрасных лучей. Недавно создан и материал, делающийся невидимым в красном свете. Однако до создания настоящей «шапки-невидимки» пока еще далеко. Ведь видимый свет, как известно, состоит из 7 цветов радуги; присутствует в нем и ультрафиолетовое излучение. А как сочетать в одном покрытии слои, которые могли бы работать во всем диапазоне видимого света, ученые пока не знают.

Но даже монохроматический вариант устройства может быть использован на практике, например, для сокрытия объектов от приборов ночного видения, которые, как правило, работают на одной длине волны в ИК-диапазоне.

Другое применение — скрыть объект от систем лазерного наведения огнестрельного оружия, бомб или ракет. Экспериментальные модели «шапки-невидимки», предназначенные для военных, появятся примерно через 5–6 лет, считают эксперты. Следующий этап — создание устройств, которые позволят делать объекты невидимыми для радаров в авиации и ультразвуковых сонаров в подводном флоте.

Во всяком случае, военные ведомства западноевропейских стран крайне заинтересовались открытием испанских ученых, которые сумели получить так называемые звуковые кристаллы.

Один из авторов открытия — Хосе Санчес-Дехеза из Политехнического университета Валенсии — рассказал, что новый материал, пока что существующий лишь в теории, будет состоять из расположенных на поверхности покрытия рядов крохотных микроскопических цилиндров. Они-то и станут своего рода глушителями звука и ультразвука, блокируя его отражение и распространение.

Доктор Санчес-Дехеза также сообщил, что в скором будущем собирается получить и протестировать прототип такого материала в своей лаборатории. «Он может найти практическое применение во многих сферах, например, в качестве эффективной звукоизоляции», — сказал ученый. Однако военные в первую очередь хотят все-таки создать подлодки-призраки, невзирая на то что новые покрытия могут значительно утяжелить суда.

РОССИЙСКИЕ СОЗДАТЕЛИ «ШАПКИ-НЕВИДИМКИ»

Вот, что рассказал профессор Виктор Веселаго, разработки которого используют сейчас в мире для создания метаматериалов.

«Конечно, я никогда не забывал об этой своей работе и следил за публикациями по этой и смежной темам. Я не сомневался, что рано или поздно данная идея будет реализована…

В 1964 году я с группой своих сотрудников занимался проблемой возбуждения и распространения электромагнитных волн в металле, точнее, в так называемой плазме твердого тела. Мы оказались первыми, кто наблюдал непосредственное прохождение электромагнитных волн сквозь массивные (толщиной порядка одного сантиметра) образцы висмута. Естественно, изучались различные варианты эксперимента и, в частности, тот хорошо известный случай, когда эффективная диэлектрическая проницаемость плазмы твердого тела оказывалась меньше нуля и волна не могла распространяться, так как коэффициент преломления оказывался мнимым. И вот тогда я задал сам себе вопрос, что будет, если среда, в которой распространяется волна, будет иметь одновременно отрицательные значения и электрической, и магнитной проницаемости? Далее последовал достаточно полный анализ проблемы, и родилась основная публикация по этой теме в журнале «Успехи физических наук»…

Работа над субмариной-невидимкой — не единственная в своем роде. Физики из университета Пердью в Уэст-Лафейетте (штат Индиана) уже сконструировали первый прототип «шапки-невидимки», способной укрыть от нежелательного взора любой объект в определенном диапазоне длин волн видимого света.

Во главе этой группы стоит работающий в США российский физик Владимир Шалаев. «Уже создана математическая модель такой конструкции, — пояснил ученый, — основанная на численном решении уравнений Максвелла, описывающих распространение электромагнитного излучения, которым, в частности, является и видимый свет».

Своим происхождением эффект опять-таки обязан электромагнитным характеристикам материала, из которого изготовлено устройство. При нужном распределении этих характеристик свет начинает плавно «обтекать» объект, а наблюдатель получает возможность без искажений видеть то, что ранее скрывалось в тени этого объекта.

Однако пока даже в теории подобное возможно лишь для отдельных длин волн видимого диапазона. Удастся ли сделать «шапку-невидимку» универсальной, то есть «мультиволновой», пока неизвестно. Ведь первый прототип устройства представляет собой полый стеклянный цилиндр с толстыми стенками. Внутри них, перпендикулярно к вертикальной оси цилиндра, размещены крохотные наноиголки из золота или серебра. Именно их размер и определяет, на какой длине волн будет работать «шапка-невидимка».