¿Es fundamentalmente posible un traje que oculte la firma de calor de un soldado?

Recientemente jugué a "Crysis", un juego en el que el protagonista usa un traje que le permite al jugador ocultarse a sí mismo y a su firma de calor. Luego vi Iron Man 3, donde un niño sugiere que Tony Stark debería haber implementado paneles retrorreflectores en su traje.

Así que estoy pensando, bueno, como es la naturaleza de las cosas, la gente también buscará este tipo de cosas en la vida real, muy pronto. Pero estoy tratando de averiguar si un traje puede contener la firma de calor de una persona sin emitir el calor en alguna parte. ¿Es fundamentalmente posible hacer tal cosa, sin sobrecalentar a la persona interior ?

Una nota: la respuesta parece ser "por un tiempo corto, pero no indefinidamente", y aunque es probable que muchos de ustedes no sean jugadores, aquellos que están familiarizados con Crysis saben que en el juego solo pueden tener entre 30 y 60 segundos de modo oculto antes de una recarga. A partir de todas las ideas aquí, parece que al descargar el calor después de un minuto más o menos, esto se convierte en una posibilidad real, y 60 segundos de sigilo a la vez son suficientes para ganar la mayoría de los encuentros de combate. Es posible que veamos este tipo de cosas bastante pronto, si descubrimos el lado del "panel de reflexión retro" (invisibilidad) de esta cosa.
Y los paneles de invisibilidad/retrorreflexión activa (con precisión limitada) no son tan locos como suenan: simplemente envían luz desde la espalda al ángulo correcto en el frente (ya la izquierda, derecha, arriba, abajo, etc.).
No hay suficiente representante para publicar una respuesta; Pero @supercat en un comentario a continuación tiene un punto. El aire tiene una absorción muy baja en el infrarrojo, por lo que también tiene una emisión muy baja en el infrarrojo. Por lo tanto, se puede usar un ventilador simple para eliminar el calor. Un problema es evitar que los puntos donde el escape sale del traje se calienten debido al escape (el material reflectante debería ayudar allí).
Un enfoque estúpidamente simple es equipar el traje con un tanque de oxígeno líquido. El ocupante puede respirar el oxígeno y refresca el traje. Por supuesto, la duración de este efecto es limitada (según el tamaño del tanque LOX), pero entiendo que el esquema se usa en algunos aviones pequeños para proporcionar oxígeno y refrigeración a los pasajeros.
No sé si la física es posible o si sería efectiva, pero si está tratando de construir un traje que pueda ocultarse indefinidamente, en lugar de tratar de ocultar la firma de energía, podría ser más práctico hacer frecuencia. y saltos de amplitud, es decir, disipar la energía en una frecuencia dispersa y una amplitud que cambia aleatoriamente todo el tiempo. Esto aún puede transmitir tu presencia al enemigo, pero no podrán decir tu posición.
@LieRyan, se les ocurren algunas ideas locas aquí.
La evaporación del agua puede mantener la superficie de los trajes a temperatura ambiente, al igual que nos mantenemos frescos cuando hace más calor afuera que la temperatura de nuestro cuerpo.
ya hecho: adaptiv

Respuestas (6)

No, no es posible ocultar la firma de calor de una persona indefinidamente. Incluso con el mejor traje imaginable, eventualmente comenzará a perder el calor, a sobrecalentar a la persona, o ambos.

Un problema es que no existen aislantes térmicos perfectos. Esto significa que debe usar el mejor disponible y mantener las emisiones por debajo de cierto umbral de detección, o debe usar un enfriamiento activo de la superficie del traje (piense en bombas de calor que arrojan calor hacia adentro) para ocultarse. Ambos eventualmente aumentarán la temperatura interna hasta que algo (muy probablemente el usuario del traje) sufra algún tipo de falla térmica.

Dicho esto, puedes hacer trucos para ocultar mejor las firmas térmicas.

Un truco es crear algún tipo de disipador de calor interno, como una especie de "batería fría", por ejemplo, un bloque de hielo, que puede extender su tiempo total antes de que ocurra una falla de calor. Puede ser voluminoso, pero si se hace bien, puede esconderse muy bien por un tiempo.

El segundo truco es convertir el calor e irradiarlo de alguna manera que, al menos para el uso objetivo, sea difícil de detectar. Un ejemplo (no necesariamente muy práctico) sería colocar un láser altamente eficiente en la parte superior de la suite y enviar calor en forma de un rayo láser controlado muy de cerca, presumiblemente en alguna frecuencia que es poco probable que se detecte, y con objetivo cuidadoso para evitar golpear los detectores.

Hay todo tipo de variantes de esa última idea. Uno divertido sería "calentar huevos" que podrías dejar caer sobre la marcha. Al principio se verían geniales, pero luego comenzaría a notarse el alto calor interior que han escondido. ¡El problema con esa idea es que terminarías dejando un rastro de migas de pan para el usuario!

Si quiere volverse realmente exótico, en principio podría tratar de encontrar una forma de irradiar calor en alguna forma extremadamente difícil de detectar, como los neutrinos. Si pudieras usar partículas tan difíciles de detectar para irradiar calor, el resultado sería bastante parecido al último traje térmico de "verdadero sigilo".

2014-10-25.0841 EST - Apéndice

Primero, @ThomasPornin señaló en los comentarios que Kim Stanley Robinson usó la idea del huevo de calor en su serie de Marte, que he leído y claramente (aunque inconscientemente) debe haber recogido la idea. ¡Esa serie es una parte verdaderamente asombrosa de ciencia ficción dura!

En segundo lugar, hay algunas formas más de descargar energía que las vibraciones (calor y sonido), electromagnéticas (luz en todas sus formas) o descargas de materia (que incluirían tanto neutrinos como huevos de calor). En principio, al menos también podría usar campos, incluidos los magnéticos, eléctricos y potencialmente incluso la gravedad. (Las fuerzas fuerte y débil tienen un alcance demasiado corto para descargar).

La inducción magnética me viene a la mente como la más plausible, ya que puede generar escenarios reales de transferencia de energía con esa, incluso si serían difíciles de usar en la mayoría de las situaciones de campo.

Los campos eléctricos son... una posibilidad interesante, pero ¿bastante difícil de cuantificar? Estoy pensando en algo parecido a una versión extraña de una máquina de Wimshurst para inducir altas cargas eléctricas (y, por lo tanto, descargar energía) a objetos cercanos. Extraño, no necesariamente muy sigiloso, pero al menos posible en principio.

Finalmente, el último disipador de calor interno del traje es uno para el que conozco exactamente cero vías de apoyo plausibles: nuclear endotérmica, el equivalente nuclear de esas bolsas de frío instantáneo que se usan en los deportes (consulte el excelente comentario de @RobJeffries a continuación sobre ese punto). Si puede imaginar algún proceso perfecto que reúna todo el exceso de calor y "de alguna manera" lo convierta sin mayores pérdidas en la división de los núcleos de helio-3 en protones y deuterones, tiene la idea.

Algunas ideas geniales, pero desafortunadamente, la segunda ley de la termodinámica arruina la fiesta. La eficiencia que puede obtener del calor corporal y la temperatura ambiente es muy baja (~10%). Una batería fría tendría que ser muy grande para proporcionar cobertura a largo plazo. He calculado algunos números en mi respuesta.
@Davidmh gracias, he estado dando vueltas en torno a ese punto extremadamente importante y agradezco sus ideas. Todos, miren la respuesta de Davidmh y piensen seriamente en votarla.
Los comentarios no son para una discusión extensa; esta conversación se ha movido a chat .
He pensado en lo del láser antes, pero convertir el calor en un láser definitivamente va en contra de las leyes de la termodinámica.
Sí, estos necesitarían energía, pero con suficiente energía se podría hacer.

Tal tecnología está en su infancia, pero definitivamente existe. Las imágenes a continuación son producidas por varias empresas que promocionan su ropa de camuflaje térmico/IR. Obviamente, las aplicaciones son adecuadas para el ejército, así que quién sabe qué más ha desarrollado el ejército.

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Esta última imagen está realizada por una empresa llamada Blucher Systems . El enlace proporciona muchos más detalles sobre el cómo e incluye un pequeño video del traje en acción. Afirman una diferencia máxima de 4 grados C entre el traje "fantasma" y el ambiente.

Muy interesante. Me gustaría ver cómo progresa esto. Noté que el "fantasma" se volvió más brillante en comparación con el principio, aunque no mostraron cuánto tiempo tardó en calentarse.
Si pueden mantener el 4degC dT, entonces están perdidos haciendo camuflaje. Podrían ganar mil millones de dólares haciendo que los motores y las centrales eléctricas sean más eficientes
@MartinBeckett: Me parece que diseñar una tela especializada para mantener un dT=4 ∘ C mientras cubre un cuerpo es bastante diferente a hacer que un motor o una planta de energía sean más eficientes.
Las aplicaciones no son solo militares. También te ayuda a evitar el Predator sin tener que ensuciarte tanto con el barro.

Podría intentar desarrollar un material que actúe como uno fluorescente, es decir, transforme la radiación infrarroja en fotones de menor energía, como microondas. Por lo tanto, no brillará en el infrarrojo sino en alguna otra longitud de onda de su elección. Ahora, si esto es tecnológicamente factible (quizás utilizando materiales de nanoingeniería), ¡no tengo ni idea!

Esto parece muy interesante. ¿Crees que si la mayoría de los fotones infrarrojos se convirtieran a alguna otra longitud de onda, aparecería una especie de mancha negra en la pantalla?
Supongo que no es un camuflaje perfecto. Incluso si permite que el exterior del traje sea de un material normal que se mantenga a la misma temperatura que su entorno, siempre puede fabricar un sistema de visión nocturna que detecte objetos porque los diferentes materiales tienen diferentes "colores infrarrojos" y albedos térmicos.
Posiblemente algún tipo de material que convierte la cantidad correcta de fotones para que coincida con la temperatura ambiente...
sí, pero el entorno no está en equilibrio térmico, e incluso si es así, los objetos no son cuerpos negros perfectos y no irradiarán ni reflejarán en las mismas longitudes de onda. Por lo tanto, con unas gafas nocturnas lo suficientemente sensibles, siempre podrá ver los detalles de toda la escena.

Hay algunas buenas ideas en otras respuestas, pero están supervisando algunos conceptos básicos. Hagamos algo de termodinámica. La eficiencia de un motor térmico está limitada por la eficiencia de Carnot :

η ≤ 1 − T C T h

Dónde T C es la temperatura del extremo frío y T h la fuente de calor Suponiendo que estamos en un ambiente fresco, T C = 0 C , T h = 37 C , asi que:

η C ≃ 12 %

Haga lo que haga para convertir el calor de su cuerpo en algo útil, aún tendrá que bombear el 88% de lo que produce. Y esta es una estimación muy optimista, dado que hay que hacerlo portátil. Camino a seguir.

Veamos la opción del disipador de calor. Un cuerpo humano tiene una superficie de aproximadamente 2 metro 2 , por lo que irradia sobre 10 3 W , pero nos estamos acercando 600 W de nuestro entorno (nuevamente, suponiendo una temperatura de 0 C). Si dejamos base con un disipador de hierro enfriado con nitrógeno líquido (76 K) tenemos:

C mi Δ T PAGS = 449 j k k gramo 234 k 400 W = 262 s k gramo ≃ 4 metro i norte k gramo

Así que si logramos redirigir todo nuestro exceso de calor al fregadero, lo terminaremos en unos minutos.* Una hora completa de invisibilidad requeriría cargar 15 kg adicionales de peso. Otros metales tienen una mejor relación de calor específico, pero no esperes maravillas aquí.

Cómo volverse realmente invisible IR

Para volvernos verdaderamente invisibles, lo que necesitamos es disipar todo nuestro calor por conducción. La forma en que lo haría (pero no soy un experto), es un sistema de múltiples capas, donde las capas internas están diseñadas para dar calor, mientras que las capas externas tienen que permitir la ventilación mientras protegen el IR emitido por la capa de disipación. . La emisión máxima para un cuerpo humano está en el rango de 9 m metro , por lo que una malla metálica de ese ancho debería ser un escudo bastante bueno.

Ahora, "solo" tiene que descubrir cómo construir una tela con ese metal incrustado, mientras puede soportar condiciones difíciles. Pero eso es mera Ingeniería, no Física.

En este escenario, todo nuestro calor se lo lleva el aire que nos rodea, pero eso no creará una señal fuerte, ya que no es denso. Además, la turbulencia lo mezclará rápidamente con el aire circundante, enfriándolo instantáneamente.

*- El calor específico varía con la temperatura, pero como un estadio funciona.

Porque tienes T C = 0 ? Estamos comparando con el ambiente, por lo que T C = 22 sería más apropiado.
@KyleKanos Solo asumo un buen caso en el que hace frío afuera. Además, cuanto más frío hace, más importantes son las huellas térmicas.
En realidad, pensando más en esto, tu ecuación está mal. Está usando la eficiencia de un motor térmico cuando debería usar la eficiencia de un refrigerador (está tratando de enfriar algo para eliminar el componente IR). Así, obtendrías η = T C / ( T h − T C ) ≃ 0.488 , que es significativamente mayor que su 12% (usando el más apropiado T C = 22 ).
@KyleKanos No lo creo. Está utilizando el calor para producir trabajo útil y, por lo tanto, tiene menos que disipar. Un refrigerador usa energía para bombear el calor al exterior; pero eso aún le daría una superficie de disipación caliente.

Supongo que esto es posible: por ejemplo, la radiación térmica se puede emitir dentro de un ángulo sólido muy pequeño, por ejemplo, hacia arriba.

No podías hacer que el calor "desapareciera". Sin embargo, puede hacer que vaya a otro lugar.

Hablar de termodinámica muy libremente.

Cualquier cosa (especialmente el vacío) entre la fuente y el detector ocultará la fuente, siempre que el medio permanezca a la temperatura ambiente. Esto significa que si tiene una fuente de calor detrás de una ventana, tome una cámara termográfica y apúntela a la ventana, solo verá la temperatura del vidrio, no la temperatura de nada detrás de él.

Sin embargo, si no hay nada a lo que la ventana pueda transferir calor, se calentará (y la fuente se enfriará) hasta que tenga la misma temperatura que la fuente.

Si bien todo esto está bien y es bueno para algo con lo que no está en contacto, tocar el vidrio transferirá el calor corporal mucho más rápido que si hubiera un aislante (como el aire) entre los dos.

Para hacer un traje para ocultar el calor corporal, necesitaría un traje muy aislado conectado a una bomba de calor (refrigerador) con su escape colocado en algún lugar más alejado, lo que probablemente también requiera tubos aislados.

No veo que sea muy práctico para moverse.

Un vacío (o cualquier otro aislante ideal) detendrá la conducción, pero no detendrá la radiación IR. Esto calentará lentamente la capa exterior, hasta que ella misma comience a emitir. La clave está en disipar.
Se suponía que mi idea solo abordaría el calor fonónico, no cualquier radiación EM. Para eso tomaría las mismas precauciones para no ser visto en el espectro visible, es decir esconderme detrás de algo.
¡Pero el objetivo de ocultar su firma de calor es evitar IR!
Pero su cuerpo es la única fuente de radiación IR que sería absorbida por la capa interna, convertida en vibraciones fonónicas y luego bombeada.
Editar: su cuerpo es la única fuente de radiación IR que no es a temperatura ambiente.
Mi idea era producir una capa exterior de un traje que permaneciera a temperatura ambiente, sin sobrecalentar al usuario. En cambio, esto los haría hipotérmicos si su cuerpo no pudiera mantener su temperatura interna (mediante el movimiento, la quema de energía química, etc.) porque la bomba de calor estaría tratando de enfriar al usuario a la temperatura ambiente.
¿Es fundamentalmente posible un traje que oculte la firma de calor de un soldado?
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