Vizija yra svarbiausias būdas suvokti tikrovę. Vizualiai mes gauname didžiąją dalį informacijos apie išorinį pasaulį. Mūsų akys yra stebėtinai sudėtingas ir tobulas mechanizmas, pristatytas mums gamtoje. Tačiau, deja, jų galimybės yra šiek tiek ribotos.
Žmogus gali suvokti tik labai siaurą viso elektromagnetinės spinduliuotės spektro optinį diapazoną (jis taip pat vadinamas matoma spektro dalimi), be to, akis „vaizdą“ gali suvokti tik esant pakankamam apšvietimui. Pavyzdžiui, jei jis nukrenta žemiau 0,01 liukso lygio, prarandame galimybę atskirti objektų spalvas ir matome tik didelius netoliese esančius objektus.
Tai yra dvigubai įžeidžianti, nes dėl šios mūsų vizijos bruožo tamsoje mes beveik aklai. Žmogus visada pavydėjo kitus gyvūnijos atstovus, kuriems naktinis rūkas nėra kliūtis: katės, pelėdos, vilkai, šikšnosparniai.
Ypač nepatiko žmogiškosios vizijos apribojimas kariuomenėje. Tačiau situacija labai pasikeitė tik praėjusio šimtmečio viduryje, kai, dėka fizikos pasiekimų, atsirado naktinio matymo įtaisai, leidžiantys naktį matyti beveik taip pat aiškiai, kaip dieną.
Šiuo metu naktinio matymo prietaisai yra ne tik armijos arsenaluose, bet ir gelbėtojai, medžiotojai, apsaugos padaliniai, specialios paslaugos. O jei kalbame apie šiluminius vaizdus, jų naudojimo sąrašas yra dar platesnis.
Šiandien yra daugybė įvairių naktinio matymo prietaisų (NVD) tipų ir tipų, pagamintų žiūronais, monokuliais (monokuliais), paminklais ar paprastais stiklais. Tačiau prieš kalbėdami apie naktinio matymo įtaiso prietaisą turėtume pasakyti keletą žodžių apie fizinius principus, kuriais grindžiamas tokių prietaisų darbas.
Kaip tai veikia
Naktinio matymo įtaisų ir šiluminių vaizduoklių veikimas grindžiamas fiziniu vidaus ir išorinio fotoelektrinio poveikio reiškiniu.
Išorinio fotoelektrinio efekto (arba fotoelektronų emisijos) esmė yra tai, kad kietieji kūnai skleidžia elektronus, veikiant šviesai, kuriuos užfiksuoja NVD. Bet kokio naktinio matymo įtaiso pagrindas yra vaizdo stiprintuvas, elektroninis optinis keitiklis, kuris užfiksuoja silpną atspindėtą šviesą, ją sustiprina ir paverčia elektroniniu signalu. Štai ką žmogus mato naktinio matymo įtaiso lęšyje. Turėtų būti suprantama, kad nė vienas naktinio matymo įtaisas negali „pamatyti“ absoliučioje tamsoje. Tiesa, yra ir aktyvių naktinio matymo prietaisų, kurie naudoja savo infraraudonųjų spindulių šaltinį, kad apšviestų objektus.
Kiekvieną naktinio matymo įtaisą sudaro trys pagrindiniai komponentai: optinis, elektroninis ir kitas optinis. Šviesą priima lęšis, kuris sutelkia jį į vaizdo stiprintuvą, kur fotonai virsta elektroniniu signalu. Maksimalus sustiprintas signalas perduodamas į liuminescencinį ekraną, kur jis vėl tampa žmogaus akims pažįstamu vaizdu. Pirmiau pateiktas dizainas paprastai būdingas bet kokiai naktinio matymo prietaisų kartai, tik šiuolaikiniai naktinio matymo įtaisai (antrosios ir trečiosios kartos) turi pažangesnę signalo stiprinimo sistemą.
Kita vertus, terminiai vaizduokliai užfiksuoja savo spinduliuotę iš bet kurio kūno ar objekto, kurio temperatūra skiriasi nuo absoliutaus nulio. Pagrindinė vaizduotojų dalis yra vadinamieji bolometrai - kompleksiniai fotodetektoriai, kurie užfiksuoja infraraudonųjų spindulių bangas. Tokie jutikliai jautrūs bangos ilgiams, atitinkantiems temperatūros intervalą nuo -50 iki +500 laipsnių Celsijaus.
Iš tiesų, šiluminiai vaizduokliai turi gana paprastą dizainą. Kiekvieną tokį įrenginį sudaro objektyvas, terminio vaizdo matrica ir signalų apdorojimo įrenginys, taip pat ekranas, kuriame rodomas baigtas vaizdas. Šiluminiai vaizduokliai yra dviejų tipų: su aušintu ir nesausintu matricu. Pirmasis yra jautriausias, brangiausias ir masinis. Jų matrica atšaldoma iki -210 iki -170 ° C temperatūros, paprastai šiam naudojimui skystas azotas. Dažniau jie naudojami didelėje karinėje įrangoje (pvz., Bet kokiame bako naktinio matymo įrenginyje).
Šiluminiai vaizduotojai, kurių matrica yra be nuosėdų, kainuoja daug mažiau, jie yra mažesni, tačiau jų jautrumas yra daug mažesnis. Tačiau dauguma šiuo metu rinkoje esančių šiluminių vaizdų (iki 97%) priklauso šiai kategorijai.
Vienas iš pagrindinių šiluminių vaizduotojų bruožų, kuris iš esmės lemia jų didelę kainą, yra jų lęšiai. Faktas yra tai, kad paprastas stiklas, naudojamas daugelyje optinių prietaisų, yra visiškai neskaidrus infraraudonųjų spindulių spinduliams. Todėl tokios retos medžiagos, kaip germaniumas, naudojamos šiluminių vaizdų objektyvams, kurių rinkos kaina yra apie 2 tūkst. Dolerių už kilogramą. Vidutinė germanio lęšis šiluminiam vaizdavimui kainuoja apie 7 tūkst. Dolerių, o geros kainos kaina gali siekti iki 20 tūkst. Dolerių. Šiandien, tiek Rusijoje, tiek užsienyje, jie aktyviai ieško Vokietijos pakeitimo, kuris teoriškai gali sumažinti šiluminio vaizdo sąnaudas 40-50%.
NVD istorija ir klasifikacija
Naktinio matymo įtaisų klasifikacija grindžiama fotokatodo jautrumu, šviesos stiprinimo laipsniu ir išsidėstymu gaunamo vaizdo centre. Paprastai yra trys NVD kartos. Be to, anksti naktinio matymo įtaisai su papildomu infraraudonųjų spindulių šaltiniu dažnai vadinami atskiromis kartomis. Gamintojų svetainėse galite rasti informacijos apie vadinamųjų tarpinių kartų naktinio matymo prietaisus, pvz., 1+ arba 2+. Tačiau toks gradavimas siekia daugiau rinkodaros tikslų, nei atspindi tikrus skirtumus.
NVD dizaino tobulinimas ir naujų prietaisų atsiradimas iš eilės vyko vienas po kito. Todėl naktinio matymo prietaisų klasifikavimas yra patogesnis ir kartu su jų raidos istorija.
1914 m. Rugpjūčio 23 d., Netoli Belgijos miesto Oostende, vokiečiai sugebėjo rasti britų eskadrą, kurį sudarė šarvuotieji kruizai ir sunaikintojai, naudodami šilumos ieškiklius. Ir tai nėra lengva išsiaiškinti - bet taip pat koreguoti artilerijos ugnį su šiais prietaisais, užkertant kelią priešo laivams artėti prie svarbaus uosto. Manoma, kad nuo to momento prasidėjo naktinio matymo prietaisų istorija.
1934 m. Šioje srityje įvyko tikras proveržis: olandas Holst sukūrė pirmąjį pasaulyje elektroninį optinį konverterį (EOC). Po dvejų metų Rusijos emigrantas Zvorykin sukūrė vaizdo stiprintuvą su elektrostatinio signalo fokusavimu, kuris vėliau tapo pirmosios Amerikos kompanijos „Radio Corporation of America“ komercinio naktinio matymo įtaiso „širdimi“.
Spartaus NVD vystymosi laikotarpis buvo Antrasis pasaulinis karas. Jų kūrimo ir taikymo lyderis buvo Hitlerio Vokietija. Pirmąjį naktinio matymo prototipą 1936 m. Sukūrė Vokietijos bendrovė „Allgemeine Electricitats-Gesellschaft“ (AEG), ji buvo skirta montuoti „Pak 35/36 L / 45“ prieštankiniuose ginkluose.
Iki 1944 m. Vokietijos „Pak 40“ priešgaisriniai pistoletai galėjo užsidegti naktinio matymo prietaisais iki 700 metrų. Maždaug tuo pačiu metu „Wehrmacht“ rezervuaro pajėgos gavo „Sperber FG 1250“ naktinio matymo prietaisą, kurio pagalba paskutinė didžiausia Vokietijos užpuolimas įvyko rytinėje frontoje prie Vengrijos ežero.
Visi minėti naktinio matymo prietaisai priklauso vadinamajai nulinės kartos grupei. Tokie prietaisai buvo labai jautrūs, todėl normaliam jų darbui buvo reikalingas papildomas infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinis. Pavyzdžiui, kas penki Vokietijos tankai su Sperber FG 1250, kartu su šarvuotos personalo vežėju su galingu infraraudonųjų spindulių įrenginiu Uhu („Filin“). Be to, nulinės kartos PNVs turėjo vaizdo stiprintuvą, jautrias šviesiai šviesai. Štai kodėl karo pabaigoje sovietinės karinės pajėgos dažnai įžeidinėjo tradicinius prožektorius. Jie tiesiog apakino vokiečių PNV.
Vokiečiai bandė sukurti ir naktinio matymo prietaisus, kurie suteiktų didesnį matymo diapazoną (iki 4 km), tačiau dėl didelės IR apšvietimo sistemos dydžio jie buvo palikti. 1944 m. Bandomoji partija (300 vnt.) Iš Vampir PNV buvo išsiųsta į karius, skirtus įrengti Vokietijos „Sturmgever“ šautuvams. Be paties regėjimo, ją sudarė infraraudonųjų spindulių apšvietimas ir įkraunama baterija. Bendras prietaiso svoris viršijo 30 kg, diapazonas - 100 metrų, o jo veikimo laikas buvo tik 20 minučių. Nepaisant šių gana kuklių figūrų, vokiečiai aktyviai „vampyrą“ naudojo paskutinių karo etapų naktiniuose mūšiuose.
Bandymai sukurti nulinės kartos NVD buvo Sovietų Sąjungoje. Net prieš karą „Dudka“ kompleksas buvo sukurtas „BT“ cisternų šeimai, vėliau panaši sistema pasirodė „T-34“. Taip pat galite prisiminti naminio naktinio matymo įtaisą Ts-3, kuris buvo sukurtas PPSh-41 mašinoms. Panašūs ginklai buvo suprojektuoti, kad būtų įrengti puolimo vienetai. Tačiau Raudonojoje armijoje NVD nebuvo plačiai naudojamas. Tuo metu naktinio matymo prietaisai vis dar egzotiški, o Antrojo pasaulinio karo metu Sovietų Sąjunga tikrai nebuvo jai reikalinga.
Antrojo pasaulinio karo patirtis parodė, kad naktinio matymo prietaisai turi puikias perspektyvas. Paaiškėjo, kad ši technologija gali rimtai pakeisti kovos operacijų vykdymo būdą ne tik sausumoje, bet ir ore bei jūroje. Tačiau nulinės kartos NVD turėjo atsikratyti daugelio būdingų trūkumų, kurių pagrindinis buvo jų mažas jautrumas. Jis ne tik apribojo NVD diapazoną, bet ir priverstas naudoti didelės apimties ir labai energiją naudojančią IR šviestuvą. Apskritai pirmųjų naktinio matymo įtaisų konstrukcija buvo pernelyg sudėtinga ir nepakankamai patikima.
Netrukus pirmosios kartos prietaisai, pagrįsti elektrostatiniais elektrocheminiais vamzdžiais su elektrostatiniu fokusavimu, pakeitė primityvius karinio laikotarpio naktinio matymo įrenginius. Jie galėjo sustiprinti įvesties signalą kelis tūkstančius kartų. Tai leido atsisakyti papildomo apšvietimo. Infraraudonųjų spindulių šviestuvai ne tik be reikalo padidino sistemą, bet ir atleido kovotoją mūšio lauke. Pirmosios kartos NVG, kurią pasiekė praėjusio šimtmečio šešiasdešimtmečiai, tobulumo viršūnė, amerikiečiai aktyviai juos naudojo Vietnamo karo metu.
Antrosios kartos naktinio matymo prietaisai atsirado dėl revoliucinės mikrokanalinės technologijos atsiradimo, tai atsitiko 70-aisiais. Jo esmė buvo ta, kad dabar optinės plokštės buvo sujungtos su tuščiaviduriais kanalais, kurių skersmuo yra 10 μm, o ilgis - ne didesnis kaip 1 mm. Jų skaičius nustatė šviesos kreipiamosios plokštės skiriamąją gebą. Šviesos fotonas, patekęs į kiekvieną iš šių kanalų, sukelia visą elektronų kaskadą, kuris labai padidino prietaiso jautrumą. Antrosios kartos NVG atveju pelnas gali siekti 40 tūkst. Kartų. Jų jautrumas yra 240-400 mA / lm, o skiriamoji geba - 32-56 linijos / mm.
Sovietų Sąjungoje šios technologijos pagrindu sukurtos naktinio matymo akiniai „Quaker“, o JAV - AN / PVS-5B.
Vėliau atsirado naktinio matymo įtaisai, kuriuose visiškai nėra elektrostatinio lęšio ir vyksta tiesioginis elektronų perdavimas į mikrokanalinę plokštelę. Tokie naktinio matymo įtaisai paprastai vadinami 2+ kartomis. Tokios schemos pagrindu buvo pagaminti buitiniai akiniai „Eyecup“ arba jų Amerikos analogas AN / PVS-7.
Tolesnėmis mokslininkų pastangomis pagerinti naktinio matymo prietaisus buvo siekiama pagerinti fotokatodą. „Philips“ inžinieriai pasiūlė tai padaryti iš naujos puslaidininkinės medžiagos - galio arsenido.
Taip pasirodė trečiojo kartos naktinio matymo įtaisai. Palyginti su tradiciniais daug šarminiais fotokatodais, jų jautrumas padidėjo 30%, o tai leido atlikti stebėjimus netgi be debesų nekenksmingoje naktį. Vienintelė problema buvo ta, kad naują medžiagą galima gaminti tik aukšto vakuumo sąlygomis, ir šis procesas pasirodė esąs labai sunkus. Todėl tokio fotokatodo kaina pasirodė esanti didesnė už savo pirmtakų kainą. tuo pačiu metu trečioji NVG karta gali sustiprinti gaunamą šviesą 100 tūkst. kartų. Taip pat galite pridurti, kad tik dvi šalys gali gaminti galio arsenidą pramoniniu mastu - JAV ir Rusija.
Jei kažkur matote informaciją apie ketvirtosios kartos NVG pardavimą, tada turėkite omenyje: greičiausiai jūs esate apgauti. Tai dar neegzistuoja, net neaišku, kokie kriterijai turi būti naudojami nustatant šią grupę. Nors, žinoma, dešimtys šalių visame pasaulyje atliekami tyrimai, kuriais siekiama pagerinti esamas „naktines šviesas“. Šiluminiams vaizduotojams jie ieško biudžeto stiklo iš Vokietijos, pagrindinė naktinio matymo įtaisų problema yra pigesnių analogų galio arsenido fotododų paieška. 2000-ųjų pradžioje amerikiečiai paskelbė apie naujos kartos NVG kūrimą, tačiau kai kurie ekspertai mano, kad tai gali būti vadinama 3+ karta.
Programos ir perspektyvos
Prietaisai, leidžiantys žmogui pamatyti naktį, kasmet tampa vis populiaresni ir rasti naujų taikymo sričių. Šiuolaikiniai „civiliniai“ naktinio matymo prietaisai turi prieinamą kainą, taigi medžiotojai, saugumo struktūros ir kitos piliečių kategorijos, kurioms reikalinga naktinė vizija, gali jiems tai leisti.
Įdomiausia yra tai, kad šiandien visi trys naktinio matymo prietaisų kartos yra rinkoje. Daugelis naktinio matymo įtaisų medžioklei priklauso pirmajai kartai arba netgi nuliui ir turi IR apšvietimą, kuris yra visiškai nepriimtinas kariniams NVG. „Piliečiai“ taip pat naudojami ir trečiosios kartos prietaisai (jie gali būti matomi net rūsyje). Technologijos, naudojamos jų kūrimui, jau seniai nebuvo slaptos, tik prietaisai yra labai brangūs. Taikymo sritis NVD gali būti daroma naudojant įvairių kartų elementus.
Šilumos vaizduotojų naudojimas taip pat ilgai nustojo būti išskirtine kariuomenės prerogatyva. Be medžioklės ir stebėjimo tamsoje, panašūs prietaisai vis dažniau naudojami moksliniuose tyrimuose. Pvz., Jų pagalba, prieš paleisdami, jie tikrina erdvėlaivį: vaizduoklis puikiai rodo įvairius nuotėkius, kurie gali sukelti katastrofą. Būtinas šiluminis matuoklis ir energija. Šis įrenginys gali lengvai parodyti, kur šiluma aktyviausiai išeina iš pastato, taip pat leis aptikti didžiausių apkrovų vietas elektros tinkluose. Naudojami terminiai vaizdai ir medicina: pagal žmogaus kūno temperatūros žemėlapį galite netgi diagnozuoti. Kiekvienais metais šie prietaisai tampa pigesni, todėl jų taikymo sritis nuolat plečiasi.
