Optická neviditelnost

připravil Lukáš Visingr

Objeví-li se v kontextu vojenské techniky pojem "neviditelnosti", rozumí se tím obvykle neviditelnost pro radiolokátor, případně pro infračervené senzory. Nějak se ale pozapomnělo na původní smysl slova "neviditelný". Zapomnělo se prostě na to, že přes radary i všechny možné jiné senzory zůstává tím nejpoužívanějším prostředkem pro pozorování, zjišťování a zaměřování Lidská Oční Bulva Mk I.

Toto pasivní optické zařízení je schopné přijímat elektromagnetické záření o vlnové délce 390 až 790 nm (nanometrů), což odpovídá frekvenci řádově 10¹⁴ Hz. Mezi jeho přednosti patří neobyčejně rychlé zaostřování a v neposlední řadě také to, že se zpravidla užívá v paralelní dvojmontáži, což umožňuje kvalitní pozorování trojrozměrných objektů a dobré měření vzdáleností. LOB Mk I má však bohužel i množství nevýhod. Především postrádá schopnost zoomování, takže je použitelná pouze na vzdálenosti řádově v jednotkách kilometrů. Dále je náročná na intenzitu osvětlení - je-li příliš malá, nedokáže záření zachytit, je-li naopak příliš velká (např. u laserového záření), dojde k přesvětlení, které může vyústit i v trvalé vyřazení z provozu.

Ukazuje se však, že zmást LOB Mk I je mnohem obtížnější, než provést totéž s radarem. Existuje řada různých metod, které se o to s větším či menším úspěchem pokoušejí. Tímto článkem bych s nimi čtenáře rád seznámil.

Kamufláž
Ochranné zbarvení či maskovací nátěr je zdaleka nejstarší formou pokusu o neviditelnost. Začal s ní zřejmě už pravěký člověk, když zjistil, že mamut na sněhové pláni je vidět podstatně lépe než šavlozubý tygr v džungli.
Nemá smysl nějak podrobně popisovat, jak funguje - prostě na to napatláte nějaké barevné fleky a ono je to pak hůř vidět :-). Existují desítky, nebo spíše stovky maskovacích vzorů a nátěrů pro různá prostředí i roční období, takže neodborník je často zmatený jak lesní včela. Experimentálně jsem např. zjistil, že "městskou" kamufláž (oficiálně "Metro"; obsahuje černou, bílou a dva odstíny šedé) považuje většina dotazovaných za zimní.
Jako zajímavost lze uvést tzv. "žraločí" kamufláž, kterou během 2. světové války nesly některé spojenecké lodě v konvojích v severním Atlantiku. Jelikož hlavní nebezpečí představovaly německé ponorky, začal být na plavidla aplikován maskovací vzor, skládající se zdánlivě z chaotických pruhů v různých odstínech šedé a modré. Ve skutečnosti šlo o výsledek složitých fyzikálních výpočtů. Bylo dosaženo toho, že lodě se v periskopu ponorky jevily menší (nebo větší) a bližší (nebo vzdálenější), než ve skutečnosti byly, což samozřejmě ovlivňovalo zaměřování německých torpéd.
Ještě drobná poznámka - řada lidí se domnívá, že černá barva F-117 je maskování pro operace v noci. Černý povrch je ve skutečnosti zvláštní feritová barva, která pohlcuje radarové záření. Tímto černým povrchem se vyznačovalo mnoho letounů od Lockheedu, včetně U-2 a SR-71.. Pro U-2 a SR-71 to přišlo vhod, protože ve velkých výškách je obloha tmavě modrá až černá. A F-117 operuje většinou v noci, takže to taky přijde vhod, ale původní účel je jiný. F-117 prostě nemůže mít jinou barvu než černou. Respektive, může (jeden kus létal s hvězdami a pruhy na spodních plochách), ala pak bude mnohem snazší jej zachytit radarem.

Interferenční struktura povrchu
Povrch letounů "stealth", který pohlcuje radarové paprsky, zřejmě inspiroval vědce, kteří chtěli něco podobného zkusit s viditelným světlem. Bohužel, lidské oko vyhodnotí předměty, od nichž se nic neodráží, jako černé, a tudíž viditelné. U viditelného světla se tedy musí využít jedné z jeho kvantových vlastností, a to interference.
Setkají-li se dvě světelné vlny se stejnou fází, zesílí se, mají-li opačnou fázi, pak se vyruší. Tak se objevila myšlenka mikrodifrakčního povrchu. Povrch by byl vyroben tak, že by na něm byla vytvořena "mřížka" stejných rozměrů, jako má vlnová délka světla (tj. stovky nanometrů). Výsledkem by bylo, že odražené světlo by různě interferovalo, částečně by "mizelo", vznikaly by složité obrazce, které by letoun sice nedokázaly doslova zneviditelnit, ale mohly by výrazně ztížit jeho pozorování.
Takový letoun by navíc bylo mimořádně obtížné vyfotografovat, protože fotoaparát s automatickým zaostřováním si s interferujícím světlem pochopitelně příliš nerozumí.

Průhledný povrch
Z dnešního pohledu se nám to zdá komické, ale během I. světové války v letectvech Rakouska-Uherska a Německa skutečně létaly letouny s průhledným potahem. Nejprve se používal materiál zvaný Emaillit (jakási velice pevná verze celuloidu), později se přešlo na Cellon, který byl nehořlavý a netrhal se (alespoň tedy neměl). Takovýmto potahem bylo opatřeno několik typů letounů, včetně stíhačů Fokker E III a lehkých bombardovacích a průzkumných letadel Aviatik. Jeden kus těžkého bombardéru Gotha obdržel průhledný potah ocasních ploch.
Průhledná letadla se ale neosvědčila. Zblízka byla sice obtížně pozorovatelná a prakticky se na ně nedalo mířit, ale vykazovala také mnoho problémů. Odrazy slunce na průhledném materiálu oslňovaly pilota a prozradily letoun často na vzdálenost desítek kilometrů. Potíže byly i s odolností - běžný látkový potah snesl i desítky průstřelů a dal se vcelku snadno opravit, ale Cellon se po několika zásazích začal překvapivě trhat (ačkoli se trhat neměl) a opravit se nedal vůbec.
Další pokus o průhledné letadlo byl uskutečněn roku 1935 v Sovětském svazu konstruktérem Sergejem G. Kozlovem. Jeho PS (prozračnyj samoljet) vycházel z typu Jakovlev AIR-4, což byl lehký cvičný a spojovací hornoplošník. Většina povrchu byla pokryta průhlednou látkou zvanou "rodoid"; fakticky šlo o organické sklo francouzské výroby. Zbytek letounu byl nabarven bíle, případně ještě pokryt kovovým povlakem na bázi amalgámu, který fungoval jako zrcadlo. Výsledky pokusu sice nejsou známy, ale protože další aplikace se neobjevily, byl projekt téměř jistě zastaven.
Mimo jiné jsem slyšel i jakési obskurní zvěsti o "skleněném letadle", které údajně vyrobili nacisté ve Štěchovicích (jak jinak, že). Téměř určitě se jedná o omyl, protože žádný seriózní zdroj se o takovém německém programu nezmiňuje.

Následující dva systémy se obecně označují jako "aktivní kamufláž" nebo "chytrá kůže" ("smart skin"). Jakési prakticky použitelné výsledky již existují, operačního použití bychom se měli dočkat již v první polovině tohoto desetiletí.

Změna odrazu světla
Armádní výzkumné a vývojové středisko Natick nedaleko Bostonu se již od konce 80. let intenzivně zabývá vývojem uniformy, jejíž barva by se přizpůsobovala okolí. Taková uniforma obsahuje senzory citlivé na světlo, které následně upravují odraz světla od látky. Pokud je známo, zkoušely se dvě cesty: chemická a fyzikální.
Chemická měla být založena na změně genu hedvábí s cílem vytvořit polosyntetické vlákno měnící barvu. Většího úspěchu však bylo dosaženo s jevem zvaném "elektrofosforescence" (fuj-slovo!), kterým se vyznačují některé slitiny. Stručně řečeno, mění barvu (tj. vlnovou délku světla, kterou odrážejí) podle elektrického náboje. Skutečně již byla vyrobena kombinéza, která má mezi vrstvami průsvitného textilu tekuté barvivo s elektricky nabitými kovovými částicemi. A funguje to, i když zatím jen v laboratorních podmínkách.

Tekuté krystaly
Jestliže elektrofosforescenční materiály jen upravují odraz světla, pak elektroluminiscenční systémy světlo přímo vyzařují. Všichni tento efekt dobře známe z LCD panelů u hodinek, kalkulaček a přenosných počítačů. Pod ne zcela přesným názvem "tekuté krystaly" se rozumí látky (vesměs na bázi polyanilinu), které se v jedné prostorové dimenzi chovají jako pevné látky, zatímco v jiné jako kapaliny.
Americké letectvo se nijak netají letounem FISTA II (Flying Infrared Signature Technology Aircraft), což je přestavěný vzdušný tanker Boeing KC-135. Zatímco FISTA I byl (jak říká název) prioritně zaměřen na infračervenou oblast spektra, druhý kus už se přeorientoval na vizuální stealth. Trup a křídla nesou na povrchu pružné elektrofluorescenční panely, které na základě informací z fotosenzorů zobrazují "pozadí" letounu. Pravda, zatím zvládají jen černobílou oblast (světlo-tma), ale i tak se jedná o velký pokrok. Cílem programu FISTA je vytvořit systém, který by umožnil uniknout novým střelám vzduch-vzduch (např. Python-4), které mohou bez problémů odlišit letoun od jeho okolí a nereagují na běžné návnady (světlice). Tyto střely totiž nesledují jen infračervené záření (tj. teplo z motorů), ale "vidí" i obrysy cíle. Pokud by letoun dokázal během okamžiku zcela změnit spektrum svého vyzařování, mohl by takovému nebezpečí uniknout.
Nevýhodou systémů blízkých LCD je fakt, že mají jistou obnovovací frekvenci. Pro ošálení LOB Mk I většinou stačí pouhých 16 snímků za sekundu (16 hertzů), ale pro fotoaparáty tohle samozřejmě neplatí, protože doba expozice se běžně pohybuje v setinách sekundy. Letoun využívající těchto panelů by tedy mohl být vyfotografován, i když by jej člověk nemohl vidět.

Některé zdroje ovšem uvádějí, že tohle je jen zástěrka na ukazování a ve skutečnosti už je letectvo mnohem dál. Informace v následujících dvou odstavcích však již nemohou být ověřeny z nezávislých zdrojů, takže je prosím berte s rezervou.
Jistý civilní technik zaměstnaný na základně Tonopah Test Range (domov eskadry letadel F-117A) vypověděl, že se stal svědkem testu upravené stíhačky F-15 Eagle. Řekl toto: "Nebyl problém sledovat letoun až do vzdálenosti přibližně jedné míle, ale pak to bylo čím dál těžší. Systém ještě nebyl úplně dokonalý, ale i tak to bylo mimořádně působivé. Na pozadí jasného nebe už se letadlo prakticky nedalo zaregistrovat. Jediný okamžik, kdy jste mohli zaznamenat jeho polohu, bylo při ostrých zatáčkách, kdy se na koncích křídel tvořily kondenzační stopy."
Jiný pramen hovoří o tom, že stíhačka F/A-22 Raptor bude také vybavena nějakou "chytrou kůží" (není ale jasné, o kterou ze dvou metod jde). Pokud pozorujete letadlo na nějakém neutrálním pozadí (nebe, mořská hladina), tak na vzdálenost okolo 200 metrů už je prý prakticky neviditelné. Je možné jej zahlédnout jen periferním viděním, jež je citlivější na pohyb, ale pokud se pokusíte zaostřit na letoun přímo, neuvidíte takřka zhola nic.

Jako dodatek k elektrofosforescenci i elektroluminiscenci lze dodat, že budou mít pozitivní vliv i na radarovou neviditelnost objektu. Elektricky nabitý povrch (nutný pro jejich fungování) totiž rozptyluje radarové vlny.

Nasvícení povrchu
Ačkoli se tehdy nejednalo přímo o neviditelnost, první nápad se světly vznikl v roce 1941. Tehdy německé Afrika Korps pod vedením geniálního maršála Rommela kralovaly bojištím v severní Africe. Britové se oprávněně báli, že Němci letecky napadnou Suezský průplav v Egyptě, a tak požádali jistého amerického iluzionistu, aby průplav "schoval". Ačkoli to zní neuvěřitelně, skutečně se to podařilo - v okolí byly rozmístěny silné světlomety, které se v nepravidelném schématu pohybovaly a jejich paprsky vytvořily nad oblastí neproniknutelnou zónu oslnění. Žádný německý bombardér se sice nad Suez nedostal, ale pokusy provedené Brity dokázaly, že spatřit (natož zaměřit) průplav ze vzduchu bylo zcela nemožné.
Sami Američané se pak k použití světlometů vrátili v roce 1943 projektem Yehudi. Drzé německé ponorky se totiž stále častěji přibližovaly k americkým břehům, což se pochopitelně Spojencům nezamlouvalo. Letadla pátrající po ponorkách to měla těžké, protože jakmile posádka spatřila letoun, ihned se ponořila. Než se letoun dostal na dostřel, Němci už byli pryč. Problém spočíval v tom, že proti světle modré obloze byl každý letoun vidět jako černá silueta. Jedinou možností by bylo "rozsvítit" jej. A o tom byl projekt Yehudi.
Torpédonosný bombardér TBM-3D Avenger byl opatřen deseti silnými světlomety instalovanými podél náběžné hrany křídla a na krytu motoru. Vzdálenost, na kterou bylo možno Avenger zpozorovat, se z 12 mil snížila na 2 míle. Dalším letounem, který byl takto "zneviditelněn", se stala hlídková verze bombardéru B-24 Liberator. Zůstalo však jen u těchto dvou pokusů.
Projekt Yehudi ležel v šuplíku třicet let. Byl vytažen během války ve Vietnamu, kdy američtí piloti s překvapením zjistili, že jejich stíhačky F-4 Phantom II jsou v nevýhodě proti zastaralým, ale mnohem hbitějším vietnamským MiGům. Velký Phantom se dal dobře sledovat na mnohem větší vzdálenost než malé MiGy. Pentagon proto provedl experiment jménem Compass Ghost. F-4 byl opatřen speciální modro-bílou kamufláží a sadou devíti světel s vysokou svítivostí na křídlech a trupu, což snížilo vzdálenost, na kterou jej bylo možné zpozorovat, o 30 procent.
Od 80. let už existuje druhá generace nasvěcovacích systémů. Zahrnuje senzory, které snímají světlost/tmavost oblohy a pomocí světel tomu přizpůsobují odstín povrchu letounu. Tak lze docílit toho, že letoun se bude "ztrácet" ve všech výškách. Jak asi víte, s rostoucí výškou se obloha stává stále více tmavší, takže nasvícení je třeba průběžně měnit.
Všimněte si, že sériové F-117 jsou černé, kdežto prototypové XST měly nepravidelnou kamufláž z několika šedých odstínů. Bylo tomu tak proto, že se původně počítalo také s nasvícením povrchu, takže jednotlivé šedé plochy by se na větší vzdálenost "slévaly" v jednu. Tato část projektu stealth však byla posléze zastavena. Agentura DARPA jeje však testovala na malém bezpilotním letounu IMCRS a podle Toma Clancyho, excelentního autora technothrillerů a světově uznávaného experta přes vojenskou techniku, je jím vybaven bezpilotní špionážní letoun Lockheed RQ-3 DarkStar.
Senzor citlivý na světlo už se operačně používá, a to na bombardéru B-2, jehož spodní část je nabarvena tak, aby splývala s pozadím nebe. Barva oblohy však ale nezáleží jen na výšce, ale i na mnoha dalších faktorech, mj. počasí a zeměpisné poloze. Ideální výška pro "neviditelnost" se tedy stále mění. Čidlo na horní straně letounu sleduje odstín oblohy a "radí" posádce, jak mírně upravovat letovou hladinu, aby spodní část letounu co nejlépe splývala s nebem.

Hologramy
Jak asi víte, hologram je trojrozměrný virtuální obraz vytvořený interferencí dvou nebo více laserových paprsků. Už nyní existují slibně vypadající koncepty holovize a holovidea, ale nás zde zajímá především vojenské použití.
Holoprojektory propojené s kamerami by mohly kolem objektu vytvořit obraz toho, co je "za ním", podobně jako výše uvedené systémy. Oproti nim však mají řadu výhod. Reakční doba je nesrovnatelně kratší, překreslovací rychlost je mnohem větší, ale především: hologram nijak neovlivňuje samotný objekt. Dokážu si klidně představit, že holoprojektorem by se dala "schovat" celá letadlová loď (ačkoli nevím, proč by to někdo dělal; letadlová loď je odstrašující síla, takže musí být vidět) nebo invazní flotila (no, to už je trochu zajímavější).
Použití hologramů ve vojenství se téměř určitě dočkáme, ale nejspíš ne pro zneviditelnění, nýbrž pro psychologické operace. Jinak řečeno, místo schovávání něčeho, co je, budeme vytvářet něco, co není. Představte si, že nepřítele ve skutečnosti napadne pět bombardérů, ale hologramy jich na nebi vytvoří pět stovek...

Ohýbání a lámání světla
Tuto technologii známe všichni z filmu Predátor, kde chránila mimozemského lovce trofejí. Narazil jsem však na dvě různá vysvětlení takového jevu. První z nich je založena na ohybu světla, druhá na lomu světla.
První verze hovoří o elektromagnetickém poli, jehož energie by dokázala "přinutit" fotony (částice světla), aby letoun "obtékaly" (podobně jako to dělá vzduch), místo aby se od něj odrážely. Letoun by se tak ocitl uvnitř jakési "optické černé díry". Tohle by vlastně fungovalo na veškeré elektromagnetické záření, nejen na viditelné světlo. Dosáhli bychom "absolutní neviditelnosti".
Ta druhá interpretace zní takto: Elektromagnetické pole narušuje molekuly vzduchu v okolí letounu, vlastně elektromagnetickou energií zvyšuje hustotu vzduchu. Vzniká tak umělý lom světla, jehož výsledný efekt se však bude týkat jen určité vlnové délky elektromagnetického záření.
Zní to jako sci-fi (a možná to scfi-fi je), ale zdá se, že Rusové (resp. Sověti) s ohýbáním světla minimálně dělali rozsáhlé pokusy - viz článek o letounu MiG-56. Základním problémem u takové technologie je úděsná náročnost na elektrickou energii; výsledky zběžných výpočtů se pohybují v gigawattech, což by nezbytně znamenalo jaderný reaktor na palubě letounu.

Změna vlnové délky světla EM polem
Američané prý zkoumali (nebo možná ještě zkoumají) jinou možnost využití elektromagnetického pole ke zneviditelnění objektů. Elektromagnetické pole by tentokrát tvořilo jen tenkou energetickou vrstvu na povrchu letounu. Přicházející světlo by se sice odráželo, ale pole by jej polarizovalo a snížilo jeho vlnovou délku tak, že by bylo pro lidské oko neviditelné - a stejně tak i objekt.
Tento systém, známý někdy jako "aktivní stealth", klade opět velké nároky na energii, i když ne zase takové jako ohýbání/lámání světla. O celém tomto principu však hovoří jen jeden (a ne moc spolehlivý) pramen, takže je docela dobře možné, že je to celé výmysl (nebo možná špatné pochopení předchozího).

Je prakticky nemožné mluvit o neviditelnosti a nezmínit se o záhadné události, která je známa jako Filadelfský experiment. Zcela jistě se stala - o tom nemůže být nejmenších pochyb. Potvrdily ji desítky nezávislých a důvěryhodných svědků, ale nikdo z nich bohužel nedokázal přesně sdělit, co vlastně viděl. Oficiální místa ji ani nepopřela, ani nevyvrátila. Prostě oznámila - no comment.
Stručný zápis faktů zní následovně. 28. října 1943 se ve vojenské části filadelfského přístavu nacházel torpédoborec DE 173 Eldridge a dvě další lodi amerického námořnictva. Už skoro tři roky tam probíhal přísně tajný projekt, jehož šéfem byl sám Albert Einstein. V uvedený den došlo k finální části výzkumu, kdy mělo být otestováno zařízení umožňující zneviditelnění lodi. Ona dvě plavidla směrovala na Eldridge (kde byla kompletní posádka) nějaký druh energie, načež vzniklo silné elektromagnetické pole. Loď se zahalila do mlhy, poté se přenesla do 400 kilometrů vzdáleného přístavu Norfolk, kde setrvala jen několik sekund, aby se vzápětí vrátila do Filadelfie. Namísto neviditelnosti bylo docíleno teleportace. To by sice také znamenalo ohromný úspěch, ovšem nebýt toho, že část posádky torpédoborce prostě zmizela a zbytek utrpěl těžká fyzická i duševní poškození. Námořnictvo pak veškeré další pokusy zastavilo.
Celý projekt zřejmě souvisel s Einsteinovou "teorií jednotného pole", tedy fyzikální teorií, která by popsala všechny známé síly (tj. jaderné, elektromagnetické a gravitační) jedinou soustavou rovnic. Einstein své závěry zveřejnil v letech 1925-1927, ale posléze je sám označil za nekompletní a na celou záležitost se zapomnělo. V roce 1940 však Američané přesvědčili Einsteina, aby se ke své teorii vrátil a s jejím využitím pomohl porazit síly Osy. Je také známo, že Einstein byl od 31. 5. 1943 do 30. 6. 1944 placeným odborným poradcem amerického ministerstva námořnictva.
A konečně, je známo, že geniální fyzik ve své závěti napsal: "Před několika měsíci jsem spálil některé své výpočty a záznamy, protože si myslím, že svět dosud není připraven na jejich důsledky a bude mu lépe bez nich."

Prameny:
Internet: http://www.projectblack.net/
Internet: http://www.aviation.ru/
Curtis Peebles: Temní orli (BOOKS, 1999)

All Rights Released.