La firma infrarroja , tal como la utilizan los científicos de defensa y los militares , es la apariencia de los objetos ante los sensores infrarrojos . [1] Una firma infrarroja depende de muchos factores, incluida la forma y el tamaño del objeto, [2] temperatura , [3] y emisividad , reflexión de fuentes externas ( brillo de la tierra , sol , brillo del cielo ) desde la superficie del objeto, [4] el fondo contra el que se ve [5] y la banda de ondas del sensor de detección. Como tal, no existe una definición exhaustiva de firma infrarroja ni ningún medio trivial para medirla. Por ejemplo, la firma infrarroja de un camión visto en un campo variará significativamente según el clima, la hora del día y la carga del motor.
Dos ejemplos bastante exitosos de definición de la firma infrarroja de un objeto son la diferencia de temperatura aparente en el sensor y las definiciones de intensidad radiante de contraste (CRI).
El método de diferencia de temperatura aparente para definir la firma infrarroja proporciona la diferencia de temperatura física (por ejemplo, en kelvins ) entre el objeto de interés y el fondo inmediato si los valores de radiancia registrados se hubieran medido a partir de fuentes de cuerpo negro perfecto . Los problemas con este método incluyen diferencias en la radiación a través del objeto o el fondo inmediato y el tamaño finito de los píxeles del detector. El valor es una función compleja de rango, tiempo, aspecto, etc.
El método de intensidad radiante de contraste para definir la firma infrarroja consiste en tomar la diferencia entre la radiancia promedio del objeto y la del fondo inmediato y multiplicarla por el área proyectada del objeto. Nuevamente el valor del CRI dependerá de muchos factores.
En la fase de diseño, a menudo es deseable emplear una computadora para predecir cuál será la firma infrarroja antes de fabricar un objeto real. Se pueden realizar muchas iteraciones de este proceso de predicción en poco tiempo y a bajo costo, mientras que el uso de un rango de medición suele llevar mucho tiempo, ser costoso y propenso a errores.
Varias empresas de software han creado paquetes de software de predicción de firmas infrarrojas. Generalmente requieren un modelo CAD de interés más un gran conjunto de parámetros para describir un ambiente térmico específico y las temperaturas internas de la plataforma y las propiedades térmicas de los materiales de construcción. Luego, el software resuelve un conjunto de ecuaciones térmicas a través de los límites y para la propagación electromagnética en una banda de ondas infrarrojas específica. El resultado principal es una medida de la firma infrarroja, aunque generalmente se pueden proporcionar temperaturas de la superficie (ya que esto generalmente debe calcularse para obtener la predicción de la firma infrarroja) y también representaciones visuales de cómo puede aparecer la escena ante varios detectores de imágenes infrarrojas.
Los modelos de predicción de firmas infrarrojas son muy difíciles de validar excepto en casos simples debido a la dificultad de modelar un entorno complejo. Tanto los análisis de sensibilidad de este tipo de software como las mediciones experimentales han demostrado que pequeñas variaciones meteorológicas pueden tener un impacto significativo en los resultados. Como tal, existen limitaciones sobre lo que se puede lograr a partir del modelado del problema del infrarrojo y, a veces, es necesaria la experimentación para lograr un conocimiento preciso de la naturaleza de la existencia física de un objeto en las bandas de ondas infrarrojas.
El sigilo por infrarrojos es un área de la tecnología sigilosa destinada a reducir las firmas infrarrojas. [6] Esto reduce la susceptibilidad de una plataforma a las armas guiadas por infrarrojos y a los sensores de vigilancia infrarrojos, [7] y, por lo tanto, aumenta la capacidad de supervivencia general de la plataforma. El sigilo por infrarrojos es particularmente aplicable a aviones militares debido a los motores detectables [8] y las columnas [9] de aviones no furtivos, pero también se aplica a helicópteros militares, [10] buques de guerra, vehículos terrestres y soldados desmontados.
Un objetivo militar al estudiar las firmas infrarrojas es comprender la probable firma infrarroja de las amenazas (y desarrollar el equipo necesario para detectarlas) y reducir la firma infrarroja de sus propios activos a sensores de amenazas. En la práctica, esto podría significar equipar un buque de guerra con sensores para detectar las columnas de escape de los misiles antibuque entrantes y al mismo tiempo tener una firma infrarroja por debajo del umbral de detección del sensor de infrarrojos que guía el misil.
Una columna de escape aporta una importante firma infrarroja. Una forma de reducir la firma de infrarrojos es tener un tubo de escape no circular (con forma de hendidura) para minimizar el volumen de la sección transversal del escape y maximizar la mezcla del escape caliente con el aire ambiente frío (consulte Lockheed F-117 Nighthawk). A menudo, se inyecta deliberadamente aire frío en el flujo de escape para impulsar este proceso (ver Ryan AQM-91 Firefly y Northrop Grumman B-2 Spirit ). A veces, el escape del jet se ventila por encima de la superficie del ala para protegerlo de los observadores que se encuentran debajo, como en el Lockheed F-117 Nighthawk y el no sigiloso Fairchild Republic A-10 Thunderbolt II . Para lograr el sigilo infrarrojo , los gases de escape se enfrían a temperaturas en las que las longitudes de onda más brillantes que irradia son absorbidas por el dióxido de carbono atmosférico y el vapor de agua , lo que reduce drásticamente la visibilidad infrarroja de la columna de escape. [11] Otra forma de reducir la temperatura de escape es hacer circular fluidos refrigerantes , como combustible, dentro del tubo de escape, donde los tanques de combustible sirven como disipadores de calor enfriados por el flujo de aire a lo largo de las alas. [ cita necesaria ]
El combate terrestre incluye el uso de sensores infrarrojos activos y pasivos, por lo que el documento de requisitos del uniforme de combate terrestre del USMC especifica estándares de calidad reflectantes de infrarrojos. [12]