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Para
los apasionados a las guerras
espaciales
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Una
brillante tesis, sobre los principios
tecnológicos para lograr
la invisibilidad del personal
de la armada, naves de combate
y equipos de guerra, fue ofrecida
por Erick Mota, en el marco
del Cubaficción 2001.
Es expuesta totalmente a nuestros
visitantes con la autorización
del autor.
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Introducción
a la física de las superficies
foto-replicativas y aplicaciones comerciales
del camuflaje termo-óptico
Autor: Erick
Mota
Tutor: Akito Kasanagi
Resumen:
Debido a la enorme demanda de camuflajes
termo-ópticos en el mercado
y su continuo uso tanto por aficionados
como por ejércitos privados.
Consideramos recomendable desclasificar
algunos estudios sobre el tema e intentar
dar una explicación detallada
a un fenómeno tan complicado
como la invisibilidad para que el
usuario sepa a que atenerse. El objetivo
de este trabajo es introducirnos en
la teoría del clokeo y mostrar
algunas aplicaciones tecnológicas
así como métodos de
detección.
Introducción
Pasar desapercibido es una de las
habilidades más codiciadas
tanto por los espías, las tropas
especiales, así como por ladrones
y asesinos. La vía más
común para lograrlo es el camuflaje
ordinario que logra confundir al observador
mezclando la figura del soldado, vehículo
o base con el fondo.
El camuflaje termo-óptico se
basa en el mismo principio. Consideremos
el caso más simple, deseamos
volver invisible una superficie esférica
opaca. Supongamos ahora que cubrimos
la esfera con una superficie hipotética
que tiene la propiedad de absorber
el rayo de luz incidente e instantáneamente
emitir un rayo, que llamaremos replicado,
con igual intensidad luminosa (I),
su longitud de onda (?) y en la misma
dirección (q) que el rayo incidente.
Si esta condición puntual de
replicación se cumple para
toda la superficie integralmente obtendremos
una esfera no-visible.
En la práctica este es el principio
básico para volver invisible
cualquier cuerpo. En cada caso particular
se procede en dependencia de la simetría
del problema y de la región
del espectro en la que se desee pasar
inadvertido.
Obtención
de la superficie foto-replicativa
Concentrémonos primero en la
replicación puntual del rayo
de luz para luego generalizar a toda
la superficie. Para lograr el efecto
deseado se necesita de un censor capaz
de absorber toda la luz incidente,
transmitir los datos al censor conjugado
y transmitir los que le envíe
el mismo. Los primeros trajes que
funcionaban en el modo oculto presentaban
el problema de que el tiempo de absorción-emisión
de la celda básica era muy
grande y no se lograba la invisibilidad
total sino solo una atenuación
de la imagen, lo cual explica que
los primeros sistemas termo-ópticos
eran para el infrarrojo.
El problema fue resuelto inicialmente
creando un compromiso entre las celdas
conjugadas, así surgieron invisibilidades
direccionales de extensa aplicación
en ocultar bases o puestos de observación
de campaña. Dicha direccionalidad
se debe a que el par conjugado solo
existe para una dirección de
incidencia, basta que el rayo incidente
varíe un d? , o lo que es lo
mismo: que el observador se corra
un poco, para que el par de censores
conjugados cambie.
Solo con el aumento de la velocidad
de absorción-emisión
de la celda básica y estableciendo
un protocolo de transmisión
de dominios conjugados se lograron
camuflajes verdaderamente imperceptibles
al ojo humano ( velocidades de cambio
de absorción-emisión
menores de 24 cambios por segundo)
aunque por supuesto existían
detectores ópticos capaces
de resolver los cambios de los termo-ópticos
de primera generación, esto
imposibilitó durante muchos
años el camuflaje de las naves
espaciales de combate.
A la hora de generalizar el proceso
surgen algunos inconvenientes de corte
práctico, como el hecho de
que la misma superficie debe de ser
la conductora de la información
limitó el camuflaje al dominio
de los androides de combate durante
los primeros años antes de
salir la primera generación
de termo-ópticos al mercado,
al llevar estos la cablería
en su interior. Fue el proceso de
miniaturización el que vino
a salvar la situación transformando
la celda básica en una unidad
conductora además de lograrse
más capacidad para el módulo
lógico de control, siendo fácilmente
instalable un circuito lógico
capaz de coordinar el transporte de
los datos de cada celda (I,?,?) a
sus conjugados. Al aparecer en el
mercado los primeros componentes activos
basados en nano-tecnología
la resolución se hizo mucho
mayor, aumentándose el número
de celdas básicas por cm2 .Debido
al enorme número de celdas
a las que enviar la información
simultáneamente por cada cambio
requería además de un
circuito lógico eficiente,
un tiempo de reacción por cablería
relativamente corto. Este era el principal
defecto de la primera generación
de termo-ópticos y solo se
resolvió en la segunda generación
al aparecer en la ciencia de los materiales
los superconductores a temperatura
ambiente, desarrollada en las colonias
de los mundos limítrofes, lo
cual permitió lograr tiempos
de retardo del orden de los 10-15
s.
Una vez generalizado resulta experimentalmente
efectivo ( en un 100 %) una superficie
foto-replicativa de primera generación
totalmente esférica. Primeras
aproximaciones en cruceros de batalla
y maquinaria de guerra tanto aérea
como terrestre resultaron satisfactorias
pero a la hora de adaptar una superficie
foto-replicativa a una silueta humanoide,
caso idéntico para trajes de
espionaje como para androides de combate,
se determinó que para rayos
de luz tangenciales se creaba un efecto
borde en la silueta del sujeto en
Modo Oculto. Por supuesto que era
poco perceptible pero no escapaba
a las armas robot, ni a las cámaras
de seguridad. Tras la revolución
nano tecnológica esta deficiencia
fue mejorada en la segunda generación
aumentando la densidad de celdas de
absorción-detección-emisión
(ADE) alcanzándose valores
de hasta 1000 celdas básicas
por cm2.
La
celda básica de absorción-detección-emisión
(ADE)
Los principios en los que se basa
la celda básica son simples.
Imaginemos un fotosensor que detecta
radiación electromagnética
en un pequeño rango de frecuencias,
generando corriente eléctrica
de intensidad proporcional a la intensidad
de la radiación incidente.
Si tenemos un cierto número
de dispositivos similares, que detecten
en otros rangos de frecuencias, cubriendo
en conjunto una zona más amplia,
y además los ordenamos espacialmente
de un modo convenido previamente (por
ejemplo, dieciséis fotosensores
ordenados en una <<matriz>>
de cuatro por cuatro), tenemos en
conjunto un dispositivo capaz de detectar
radiación electromagnética
en un intervalo amplio de frecuencia,
estando contenida la información
de la intensidad de la misma en la
intensidad de la corriente eléctrica
generada en respuesta, y la del rango
de frecuencia a que pertenece en la
posición del sensor que la
detecta. Un dispositivo construido
de manera similar pero con fotoemisores,
que al paso de corriente eléctrica
emitieran radiación electromagnética
de intensidad proporcional a la intensidad
de la corriente eléctrica,
donde cada fotoemisor esta diseñado
para un determinado rango de frecuencias
y en conjunto están ordenados
espacialmente de una forma determinada.
Estos dos dispositivos conforman una
unidad que, unida a conversores AD
y DA (análogo-digital y digital-analógico)
es capaz detectar y emitir radiación
electromagnética en el intervalo
de frecuencias para el que fueron
diseñadas, bajo el control
de una sencilla unidad de procesamiento
lógico.
Resolver el problema del ángulo
de incidencia resultó menos
elemental. Se necesitaron numerosas
pruebas para que la ciencia de los
materiales nos diera la respuesta.
El gel de nuevo tipo DEMM-2332, contiene
en suspensión partículas
de momento dipolar intrínseco
previamente polarizadas de modo que
solo permite el paso de la radiación
EM en una dirección, absorbiendo
el resto de la radiación incidente.
Ahora solo se trataba de formar un
arreglo espacial de unidades como
las descritas en los párrafos
anteriores y recubrirlas, de manera
convenida, con películas de
gel que permitieran el paso de determinadas
direcciones, cubriéndose todas
las posibles direcciones de incidencia.
Y es esta unidad, formada por el arreglo
espacial de sub-celdas que, debido
a la cubierta de gel , solo detectan
o emiten en determinadas direcciones(descritas
por dos ángulos según
las coordenadas esféricas),
es lo que llamamos celda ADE o celda
básica.
Invisibilidad
en todo el espectro
Las primeras celdas foto-replicativas
tenían un amplio rango de emisión-absorción
extendiéndose desde los 340nm
hasta los 710nm. Pero no fue hasta
la primera generación que se
pudieron lograr trajes verdaderamente
integrales. Surgió entonces
el problema de que si se extendía
mucho el rango de absorción-emisión
aumentaba el tiempo de cambio. Con
el surgimiento de las celdas ECA miniaturizadas
se logró resolver este problema
de la complejidad del sensor. Pero
como se requería mover una
cantidad de información enorme
a través de la superficie el
tiempo de reacción aumentaba
con el ancho del espectro efectivo
de invisibilidad. Olvidándose
del costo de producción, la
Armada Espacial creó prototipos
de submarinos espaciales totalmente
invisibles, hasta en las ondas de
radio, con tiempos de reacción
respetables, del orden de los microsegundos.
Pero el proceso de su construcción
era completamente irentable. Esto
solo fue posible mediante el diseño
y construcción de nuevos modelos
experimentales de unidades lógicas
de control (micro-controladores),
por supuesto a precios prohibitivos
(solo al alcance de los militares)
En tiempos de la segunda generación
termo-óptica lo más
usual era fabricar trajes para determinadas
ventanas del espectro (infrarrojo,
visible, microondas, etc.) jugando
con la situación en la que
se emplearía el traje y los
detectores que enfrentaría.
Precisamente fue en esta época
que se pusieron de moda las lentes
holográficas portátiles
capaces de escudriñar una gama
de frecuencias enorme centrada en
el visible.
Procesamiento
digital de la información
Nunca hubiese sido posible la construcción
de un camuflaje basado en foto-replicación
sin hacer uso del procesamiento digital
de datos (DSP) La propia concepción
exige un procesamiento de la información
casi "al vuelo". Para esto
se empleó desde los primeros
prototipos micro-controladores (de
la familia de los procesadores digitales)
para controlar la información
enviada y recibida por cada celda
básica.
Los cambios se han limitado a optimizar
el proceso ajustando el diseño
para emplear menos componentes electrónicos
así como miniaturizar el proceso.
De más está decir que
la información viaja a través
de la propia superficie que a su vez
posee cualidades conductoras. Solo
se empleó cablería interna
en los modelos experimentales previos
a la primera generación.
Visores
y medios ópticos
Desde que apareció el primer
proyecto de camuflaje por medios foto-replicativos
surgió la pregunta clásica
de cómo podría ver el
hombre invisible si toda la luz es
absorbida por su traje. En la primera
generación se empleó
una especie de foto-censores en la
parte frontal del casco o cabina que
dejaban pasar un por ciento de la
luz incidente. Esto le daba al piloto
una imagen poco nítida de la
realidad pero al menos veía.
Incluso se construyeron prototipos
con censores muy costosos en los que
esto no era un problema.
Con el surgimiento de las celdas ADE
miniaturizados a partir de superconductores
algunas compañías privadas
del Complejo Militar Industrial en
la Tierra lograron fabricar visores
de doble capa. En los cuales la imagen
que le llega al ojo proviene de un
sensor ADE que recibe la señal
de las celdas básicas situadas
en el frente. Estos visores, al emplear
tecnología foto-replicativa
no solo emiten la información
obtenida en el visible sino que el
usuario puede ver el mundo más
allá del visible e inclusive
hacer zoom.
En prototipos de nueva generación
creados en las colonias usan un módulo
lógico auxiliar para controlar
las funciones del sistema de visión.
El portador del traje puede elegir
incluso desde cual perspectiva desea
ver, debido a que al visor le llega
información desde cualquiera
de las celdas de la superficie termo-óptica.
En la actualidad se investiga como
desarrollar un sistema de visión
más completo y con más
opciones; como visión periférica,
opción de ver varias imágenes
e incluso solaparlas. Así el
soldado que posea una termo-óptica
de cuarta generación podría
hasta solapar imágenes en el
visible y en ultravioleta, por ejemplo.
Incluso hay artículos en los
que se habla de un nuevo sistema de
soporte vital controlado por una IA
que permite hacer análisis
de las imágenes recibidas por
el visor. Aun no hay resultados completos
pero se trabaja en esa línea
sobretodo buscando una posible aplicación
en los maquinantes y las armaduras
de combate del ejército de
la Tierra.
Consideraciones
termodinámicas y energéticas
Entre los métodos de detección
más usuales de la termo-óptica
se considera el de desequilibrar térmicamente
la superficie foto-replicativa como
el más efectivo. En efecto,
al variar bruscamente la temperatura
es afectado el sensor y por tanto
la información, perdiéndose
el efecto de la invisibilidad. Esto
explica que la verdadera causa del
fracaso del rescate de los rehenes
durante los Sucesos de Luxemburgo
fue tecnológica, debido a que
los comandos antiterroristas se hicieron
visibles al entrar en una habitación
con calefacción.
Es conveniente aclarar, aunque algunos
autores divergen, que el problema
de las baterías nunca fue tal
ya que solamente el microprocesador
requiere alimentación.
Conclusiones
En la actualidad se fabrican sistemas
de camuflaje que cubren una gran gama
de longitudes de onda del espectro
y con tiempos de retardo aceptables
a la hora de burlar un sistema de
seguridad de nivel medio. Los visores
han alcanzado un nivel aceptable de
comodidad y resolución aunque
se esperan más avances en este
sentido con la aparición de
la quinta generación.
Es evidente que resulta efectivo emplear
chorros de agua o gas para detectar
superficies invisibles debido a que
la teoría aplicada a esta tecnología
es puramente óptica.
Esto sin contar con el ya descrito
método del desequilibrio térmico,
problema aun sin solución,
ya que construir sensores resistentes
a los cambios de temperatura equivale
a perder sensibilidad en los mismos.
Al menos con tecnología de
la Tierra. Para las labores de espionaje
sito al celebre general de la Armada
Espacial Boris Sterkov (6) "La
unidad que se mueve dentro de un campo
de batalla o una posición enemiga
dentro de un termo-óptico,
no solo debe tener confianza en la
tecnología sino que debe tener
un modo de actuar acorde a esta, más
que siguiendo un entrenamiento, aplicando
una filosofía de supervivencia..."
Los costos de producción siguen
siendo muy altos. No se esperan progresos
en la tan esperada quinta generación.
Sigue siendo complicado, en las aplicaciones
de la foto-replicación a la
infantería de combate, el portar
armas grandes y pesadas debido a que
si bien las armas de asalto de grueso
calibre pueden ser recubiertas por
superficies foto-replicativas resulta
imposible ocultarlas una vez que se
recalienta el cañón
tras muchos disparos.
Existen reportes sobre tecnología
alienígena capaz de lograr
estos efectos en un radio efectivo
de varios metros. Se supone que se
trate de algún montaje basado
en a la manipulación de imágenes
holográficas a distancia a
partir de un principio similar a la
foto-replicación, pero aun
no es público que se halla
adquirido dicha tecnología.
En resumen, la invisibilidad es un
campo abierto a la investigación
y es poco probable que con las próximas
generaciones de camuflaje se satisfagan
todas las expectativas.
En la actualidad este método
es efectivo en un 100% en unidades
de combate espacial tipo crucero,
en unidades de desembarco y en trajes
personales para espionaje urbano (un
nivel militar de seguridad 5 es infranqueable
aun usando termo-óptica de
cuarta generación avanzada)
Agradecimientos
Lic. Madelaine Sánchez. Laboratorio
de análisis estructural, división
de investigaciones, Armada Espacial.
Dr. Javier de la Torre. Instituto
de investigaciones del plasma, departamento
de reciclaje, Complejo Militar Industrial.
Bibliografía
1-Eugene Hetchz; Edición revisada;
"Óptica".
2-Complejo Militar Industrial( Documento
secreto); "Guía de sistemas
termo-ópticos para espionaje".
3-Armada de la Federación Colonial
(Documento desclasificado); "Aplicaciones
combativas del camuflaje foto-replicativo".
4-Kouma Foundation & Technology;
(Curso de adiestramiento para el ejército
privado de KF&T); "Métodos
antiterroristas aplicados a espacios
cerrados".
5-Miyuko & Zukubo corp; (Publicación
trimestral); "Compra y venta
de armas de asalto y accesorios".
6-Boris Sterkov; Ediciones Armada
Espacial; "Manual para oficiales
y cadetes".
7-Akito Kasanagi (Complejo Militar
Industrial, edición pirata);
"La foto-replicación puntual".
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