Группа исследователей из Пенсильванского университета разработала устройство для обеспечения скрытности в водной среде. Данный «метаматериальный плащ-невидимка» позволяет перехватывать и преломлять разные акустические волны, которые используются гидролокаторами для активного сканирования пространства. Благодаря полному отсутствию отражения или рассеивания звуковых сигналов устройство делает объект невидимым для сонара. Стоит отметить, что метаматериалы представляют собой искусственные структуры с уникальной геометрией поверхности, позволяющей им обладать свойствами, недоступными материалам природного происхождения. Обычно метаматериалы являются композитными материалами, в основе которых лежать различные металлы, керамика и пластики. В случае подводного акустического плаща-невидимки проблема создания эффективного устройства сокрытия усложняется том, что вода более плотна и сжимается в меньшей степени, нежели воздух, что ограничивает количество возможных вариантов.

Материал нового плаща-невидимки состоит из ячеек, размеры которых меньше длины волны акустических колебаний. После испытаний различных вариантов исследователи остановились на устройстве в форме пирамиды, высотой 90 сантиметров, изготовленного из перфорированных особым образом металлических пластинок.

Испытания устройства проводились в заполненном водой резервуаре, оборудованном источником звуковых волн, частотой от 7 до 12 тысяч Герц и множеством гидрофонов, которые контролировали всю картину звуковых колебаний в резервуаре. Было найдено, что пирамида все же отражала назад звуковые волны, однако, фаза, амплитуда и некоторые другие параметры звуковых волн не соответствовали параметрам волн, отражаемых от поверхности какого-нибудь объекта. А это, в свою очередь, делает невозможной нормальную работу таких инструментов, как гидролокатор.

Согласно информации от исследователей, у разработанной ими технологии, помимо ее использования в качестве устройств сокрытия от гидролокаторов, имеется еще целый ряд возможных областей применения. И к таким областям, в первую очередь, можно отнести дальние подводные коммуникации, в основе работы которых лежат сигналы акустического диапазона.

Для любознательных

В России исследования акустических метаматериалов сосредоточены на создании «плащей-невидимок» и покрытий с индексным градиентом. Ключевые разработки ведут академические институты (например, Институт прикладной физики РАН и ФИАН) и профильные вузы (включая СПбГУ и ИТМО).

Они реализуют следующие перспективные подходы:

• • Маскирующие покрытия (Акустические плащи-невидимки): Разрабатываются структуры, которые заставляют гидролокационные волны плавно огибать корпус подводного объекта. Это предотвращает отражение сигнала, делая субмарину «невидимой» для активных гидролокаторов.
  • Метаповерхности с отрицательным преломлением: Создаются материалы, управляющие фазой волны. Они перенаправляют падающую акустическую энергию в стороны, а не обратно к источнику излучения.
  • Активное шумоподавление метаматериалами: Исследуются покрытия, способные подавлять собственные вибрации и шум двигателей подводной лодки, поглощая звуковые колебания в широком диапазоне частот.