La firma infrarroja , tal como la utilizan los científicos de defensa y el ejército , es la apariencia de los objetos para los sensores infrarrojos . [1] Una firma infrarroja depende de muchos factores, incluidos la forma y el tamaño del objeto, [2] la temperatura , [3] y la emisividad , el reflejo de fuentes externas ( luz de la tierra , luz del sol , luz del cielo ) de la superficie del objeto, [4] el fondo contra el que se observa [5] y la banda de onda del sensor de detección. Como tal, no existe una definición que abarque todo de la firma infrarroja ni ningún medio trivial para medirla. Por ejemplo, la firma infrarroja de un camión visto contra un campo variará significativamente con el cambio del 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 grados Kelvin ) 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 perfectas . Los problemas con este método incluyen diferencias en la radiancia a lo largo del objeto o el fondo inmediato y el tamaño finito de los píxeles del detector. El valor es una función compleja del rango, el tiempo, el 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 CRI dependerá de muchos factores.
En la fase de diseño, suele ser conveniente 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 requerir mucho tiempo, ser costoso y propenso a errores.
Varias empresas de software han creado paquetes de software de predicción de firmas infrarrojas. Estos generalmente requieren un modelo CAD de interés más un gran conjunto de parámetros para describir un entorno 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 especificada. El resultado principal es una medida de la firma infrarroja, aunque generalmente se pueden proporcionar las temperaturas de la superficie (ya que generalmente se deben calcular para obtener la predicción de la firma infrarroja) y también representaciones visuales de cómo puede aparecer la escena en varios detectores infrarrojos de imágenes.
Los modelos de predicción de firmas infrarrojas son muy difíciles de validar, excepto en casos sencillos, debido a la dificultad de modelar un entorno complejo. Tanto el análisis de sensibilidad de este tipo de software como las mediciones experimentales han demostrado que pequeñas variaciones en el clima pueden tener un impacto significativo en los resultados. Por ello, existen limitaciones en lo que se puede lograr a partir de la modelización del problema 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 de sigilo 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 por infrarrojos, [7] y, por lo tanto, aumenta la capacidad de supervivencia general de la plataforma. El sigilo por infrarrojos es particularmente aplicable a los aviones militares debido a los motores detectables [8] y a las columnas de humo [9] de las aeronaves no furtivas, pero también se aplica a helicópteros militares, [10] buques de guerra, vehículos terrestres y soldados desmontados.
Un objetivo militar al estudiar las señales infrarrojas es comprender la probable señal infrarroja de las amenazas (y desarrollar el equipo necesario para detectarlas) y reducir la señal 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 humo de los misiles antibuque que se aproximan y, al mismo tiempo, tener una señal infrarroja por debajo del umbral de detección del sensor infrarrojo que guía el misil.
Una columna de escape contribuye con una firma infrarroja significativa. Un medio para reducir la firma infrarroja es tener un tubo de escape no circular (una 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 (ver Lockheed F-117 Nighthawk). A menudo, se inyecta aire frío deliberadamente 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 , el gas de escape se enfría a las temperaturas donde 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 el 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 requerida ]
El combate terrestre incluye el uso de sensores infrarrojos tanto activos como pasivos, por lo que el documento de requisitos de uniforme de combate terrestre del USMC especifica estándares de calidad de reflexión infrarroja. [12]