Viziunea este cel mai important mod de a percepe realitatea. Din punct de vedere vizual, obținem cele mai multe informații despre lumea exterioară. Ochii noștri sunt un mecanism surprinzător de complex și perfect, prezentat prin natura noastră. Dar, din păcate, posibilitățile lor sunt oarecum limitate.
O persoană este capabilă să perceapă numai o gamă optică foarte îngustă a întregului spectru de radiație electromagnetică (se mai numește partea vizibilă a spectrului), în plus, ochiul poate percepe "imaginea" numai în condiții de iluminare suficientă. De exemplu, dacă scade sub nivelul de 0,01 lux, atunci pierdem capacitatea de a distinge culorile obiectelor și putem vedea numai obiecte mari care sunt în apropiere.
Aceasta este de două ori insultă, pentru că din cauza acestei trăsături a viziunii noastre, devenim aproape orbi în întuneric. Omul a invidiat întotdeauna și alți reprezentanți ai regnului animal, pentru care nu se întâlnește o ceață de noapte: pisici, bufnițe, lupi, lilieci.
În special, nu mi-a plăcut această limitare a viziunii umane în armată. Dar situația a fost schimbată drastic abia în mijlocul secolului trecut, când, datorită realizărilor fizicii, a apărut dispozitivul de vizibilitate de noapte care a făcut posibil să se vadă noaptea aproape la fel de clar ca în timpul zilei.
În prezent, dispozitivele de vizionare de noapte nu sunt doar în arsenalele armatești, ci sunt folosite cu plăcere de salvatori, vânători, unități de securitate, servicii speciale. Și dacă vorbim de imaginile termice, lista cu utilizatorii lor este chiar mai largă.
Astăzi există o mare varietate de tipuri și tipuri de dispozitive de vizibilitate nocturnă (NVD), realizate sub formă de binocluri, mono-ochelari (monoculare), obiective turistice sau ochelari obișnuiți. Cu toate acestea, înainte de a vorbi despre dispozitivul dispozitivului de vizibilitate de noapte, ar trebui să spunem câteva cuvinte despre principiile fizice pe care se bazează activitatea acestor dispozitive.
Cum funcționează
Funcționarea dispozitivelor de vedere de noapte și a imaginilor termice se bazează pe fenomenele fizice ale efectului fotoelectric intern și extern.
Esența efectului fotoelectric extern (sau emisia de fotoelectroni) este că organismele solide emite electroni sub influența luminii, care sunt capturați de către NVD. Baza oricărui dispozitiv de vizibilitate pe timp de noapte este un intensificator de imagine, un convertor electronic-optic care captează lumina reflectată slabă, îl amplifică și îl transformă într-un semnal electronic. Aceasta este ceea ce o persoană vede în lentila unui dispozitiv de vizibilitate de noapte. Trebuie înțeles că niciun dispozitiv de vizibilitate pe timp de noapte nu este capabil să "vadă" în întuneric absolut. Adevărat, există și dispozitive active de vizibilitate pe timp de noapte, care utilizează propria sursă de radiație infraroșie pentru a ilumina obiectele.
Orice dispozitiv de vizibilitate de noapte constă din trei componente principale: optice, electronice și alte optice. Lumina este recepționată de o lentilă, care apoi o focalizează pe un intensificator de imagine, unde fotonii se transformă într-un semnal electronic. Semnalul maxim amplificat este transmis ecranului luminescent, unde devine din nou imaginea familiară cu ochiul uman. Designul de mai sus este, în general, caracteristic pentru orice generație de dispozitive de vizibilitate pe timp de noapte, doar dispozitivele moderne de vizionare de noapte (a doua și a treia generație) au un sistem de amplificare a semnalului mai avansat.
Imaginile termale, pe de altă parte, captează propriile lor radiații de la orice corp sau obiect a cărui temperatură este diferită de zero absolută. Partea principală a imaginilor sunt așa-numitele bolometre - fotodetectoare complexe care captează undele infraroșii. Astfel de senzori sunt sensibili la lungimi de undă care corespund temperaturii cuprinse între -50 și + 500 grade Celsius.
De fapt, imaginile termice au un design destul de simplu. Fiecare astfel de dispozitiv constă dintr-o lentilă, o matrice de imagini termice și o unitate de procesare a semnalului, precum și un ecran pe care este afișată imaginea finită. Imaginile termale sunt de două tipuri: cu o matrice răcită și necoheată. Primele sunt cele mai sensibile, costisitoare și masive. Matricea lor este răcită la o temperatură de -210 până la -170 o C, în mod obișnuit pentru această utilizare azot lichid. Mai des se folosesc pe echipamente militare mari (de exemplu, orice dispozitiv de vizionare a rezervoarelor de noapte).
Imaginile termale cu o matrice necoheată costă mult mai puțin, ele sunt mai mici, dar sensibilitatea lor este mult mai mică. Cu toate acestea, majoritatea imaginilor termice prezente pe piață în prezent (până la 97%) aparțin acestei categorii.
Una dintre caracteristicile principale ale imaginilor termice, care determină în mare măsură costul lor ridicat, sunt lentilele lor. Faptul este că sticla obișnuită folosită în majoritatea dispozitivelor optice este complet opacă la radiațiile infraroșii. De aceea, asemenea materiale rare ca germaniumul sunt folosite pentru lentilele imaginilor termice, al căror preț de piață este de aproximativ 2 mii de dolari pe kg. Obiectivul mediu de germaniu pentru un termovizolator costă aproximativ 7 mii de dolari, iar prețul bunului poate atinge până la 20 mii de dolari. Astăzi, atât în Rusia, cât și în străinătate, aceștia caută în mod activ un înlocuitor pentru Germania, care, teoretic, poate reduce costul unui termostat cu 40-50%.
Istoric și clasificare a NVD
Clasificarea dispozitivelor de vizibilitate pe timpul nopții se bazează pe sensibilitatea fotocatodului, pe gradul de amplificare a luminii și pe rezoluția din centrul imaginii rezultate. De regulă, există trei generații de NVD. În plus, dispozitivele de vizibilitate timpurie pe timp de noapte cu o sursă suplimentară de radiație infraroșie sunt deseori menționate la o generație separată. Pe site-urile producătorilor puteți găsi informații despre dispozitivele vizuale de noapte ale așa-numitelor generații intermediare, cum ar fi 1+ sau 2+. Cu toate acestea, o astfel de gradare urmărește mai multe obiective de marketing decât o reflectare a diferențelor reale.
Îmbunătățirea designului NVD și apariția noilor generații ale acestor dispozitive s-au desfășurat secvențial, unul după altul. Prin urmare, clasificarea dispozitivelor de vedere de noapte este mai convenabil de luat în considerare împreună cu istoria dezvoltării lor.
Pe 23 august 1914, în apropierea orașului belgian Oostende, germanii au reușit să găsească o escadronă britanică formată din crucișătoare și distrugătoare blindate cu ajutorul căutătorilor de căldură. Și nu este ușor să afli - dar și să corectezi focul de artilerie cu aceste dispozitive, împiedicând navele inamice să se apropie de un port important. Se crede că din acel moment a început istoria dispozitivelor de vedere de noapte.
În 1934 a avut loc o adevărată descoperire în acest domeniu: olandezul Holst a creat primul convertor optic electronic (EOC) din lume. Doi ani mai târziu, expatarul rus Zvorykin a dezvoltat un intensificator de imagine cu focalizarea semnalului electrostatic, care a devenit ulterior "inima" primului dispozitiv de vizionare comercială a companiei americane Radio Corporation of America.
Perioada de dezvoltare rapidă a NVD a fost cel de-al doilea război mondial. Liderul în dezvoltarea și aplicarea lor a fost Germania lui Hitler. Primul prototip al viziunii de vizionare de noapte a fost creat de compania germană Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) în 1936, fiind destinat instalării pe armele anti-tancuri Pak 35/36 L / 45.
Până în 1944, armele anti-tanc germane Pak 40 ar putea declanșa folosirea dispozitivelor de vizibilitate nocturnă la o distanță de până la 700 de metri. Aproximativ în același timp, forțele tancului Wehrmacht au primit dispozitivul de vizibilitate de noapte Sperber FG 1250, folosind ultima ofensivă germană majoră pe Frontul de Est lângă Lacul Ungar din Balaton.
Toate dispozitivele de vizibilitate de noapte de mai sus aparțin așa-numitei generații zero. Asemenea dispozitive erau foarte sensibile, astfel încât pentru funcționarea lor normală era nevoie de o sursă suplimentară de lumină infraroșie. De exemplu, la fiecare cinci tancuri germane echipate cu un Sperber FG 1250, însoțit de un transportor blindat de personal, cu un localizator infraroșu puternic Uhu ("Filin"). În plus, PNV-urile cu generație zero au avut un intensificator de imagine sensibil la lumină strălucitoare. De aceea, la sfârșitul războiului, trupele sovietice au folosit adesea proiectorii convenționali în ofensivă. Ei au orbit pur și simplu PNV-ul german.
Germanii au încercat să creeze dispozitive de vizionare pe timp de noapte care să ofere o viziune mai mare (până la 4 km), dar datorită dimensiunilor considerabile ale iluminatorului IR, au fost abandonate. În 1944, un lot experimental (300 de bucăți) din PNV Vampir a fost trimis la trupe, destinate instalării pe puștile de asalt german Sturmgever. În plus față de vederea în sine, ea consta dintr-un iluminator infraroșu și o baterie reîncărcabilă. Greutatea totală a dispozitivului a depășit 30 kg, intervalul - 100 metri, iar timpul de funcționare a fost de numai 20 de minute. În ciuda acestor cifre destul de modeste, germanii au folosit în mod activ "Vampirul" în bătăliile de noapte ale etapei finale a războiului.
În Uniunea Sovietică s-au făcut încercări de a crea NVD cu generație zero. Chiar înainte de război, complexul Dudka a fost dezvoltat pentru familia de tancuri BT, mai târziu a apărut un sistem similar pentru T-34. De asemenea, puteți reaminti dispozitivul de vizionare pe timp de noapte Ts-3, care a fost dezvoltat pentru pistoalele PPSh-41. Arme similare au fost planificate pentru echiparea unităților de asalt. Cu toate acestea, NVD nu a fost folosit pe scară largă în armata roșie. În acel moment, dispozitivele de vizibilitate pe timp de noapte erau încă exotice, iar Uniunea Sovietică în timpul celui de-al doilea război mondial nu era cu siguranță la îndemână.
Experiența celui de-al doilea război mondial a arătat că dispozitivele de vizibilitate pe timp de noapte au perspective excelente. A devenit clar că această tehnologie poate schimba serios modul de desfășurare a operațiunilor de luptă nu numai pe uscat, dar și în aer și pe mare. Cu toate acestea, pentru aceasta, NVD generație zero a trebuit să scape de un număr mare de defecțiuni inerente, principala a cărei sensibilitate scăzută. Nu numai că a limitat gama NVD, ci și a forțat să utilizeze cu dispozitivul un iluminator IR intensiv și foarte intensiv de energie. În ansamblu, designul primelor dispozitive de vizionare de noapte era prea complicat și nu diferă într-o fiabilitate suficientă.
În curând, dispozitivele de prima generație bazate pe tuburi electro-optoelectrochimice cu focalizare electrostatică au înlocuit dispozitivele primitive de vedere de noapte din perioada militară. Ei au reușit să amplifice semnalul de intrare de câteva mii de ori. Acest lucru, la rândul său, a făcut posibilă refuzarea iluminării suplimentare. Dispozitivele de iluminare IR nu numai că au făcut din greu sistemul mai greu, dar, de asemenea, au demascat luptătorul de pe câmpul de luptă. În vârful perfecțiunii primei generații de NVG-uri atinse de anii '60 ai secolului trecut, americanii i-au folosit în mod activ în timpul războiului din Vietnam.
Dispozitivele de viziune de noapte de generație secundară au apărut din cauza apariției unei tehnologii revoluționare în microcanal, aceasta sa întâmplat în anii '70. Esența a fost că acum plăcile optice au fost împânzite cu tuburi canal cu un diametru de 10 μm și o lungime de cel mult 1 mm. Numărul lor a determinat rezoluția plăcii de ghidare a luminii. Un foton de lumină, care intră în fiecare dintre aceste canale, provoacă o întreagă cascadă de electroni care să fie distrusă, ceea ce a mărit considerabil sensibilitatea dispozitivului. Pentru a doua generație de NVG, câștigul poate ajunge la 40 de mii de ori. Sensibilitatea acestora este de 240-400 mA / lm, iar rezoluția - 32-56 linii / mm.
În Uniunea Sovietică, au fost create ochelari de vedere "Quaker" pe baza acestei tehnologii, iar în SUA - AN / PVS-5B.
Mai târziu, au apărut dispozitive de vedere de noapte, în care lentila electrostatică este complet absentă și are loc transferul direct al electronilor pe placa microchannel. Astfel de dispozitive de vedere de noapte sunt de obicei denumite generație 2+. Pe baza unui astfel de sistem, au fost făcute ochelari de vedere "Eyecup" sau analogul lor american AN / PVS-7.
Eforturile suplimentare ale oamenilor de știință în îmbunătățirea dispozitivelor de vizibilitate pe timp de noapte au vizat îmbunătățirea fotocatodului. Inginerii de la Philips s-au oferit să facă acest lucru dintr-un material semiconductor nou - arsenid de galiu.
Așa au apărut dispozitivele de viziune de a treia generație. În comparație cu fotocatodele tradiționale multialcaline, sensibilitatea lor a crescut cu 30%, ceea ce a făcut posibilă efectuarea de observații chiar și într-o noapte fără nori fără soare. Singura problemă a fost că noul material ar putea fi făcut numai în condiții de vid înalt, iar acest proces sa dovedit a fi foarte laborios. Prin urmare, costul unui astfel de fotocatod s-a dovedit a fi un ordin de mărime mai mare decât cel al predecesorilor săi. în același timp, a treia generație de NVG poate amplifica lumina de intrare cu 100 de mii de ori. De asemenea, puteți adăuga că doar două țări pot produce arsenid de galiu la scară industrială - Statele Unite și Rusia.
Dacă vedeți informații despre vânzarea NVG de a patra generație undeva, atunci rețineți: cel mai probabil, sunteți înșelați. Nu există încă, nu este clar nici ce criterii să se utilizeze pentru a determina acest grup. Deși, desigur, cercetarea pentru îmbunătățirea "luminilor de noapte" existente se desfășoară în zeci de țări din întreaga lume. Pentru imaginile termice, acestea caută o înlocuire bugetară a sticlei din Germania, principala problemă a dispozitivelor de vizibilitate pe timp de noapte este căutarea unui analog mai ieftin al fotocatodelor de arsenid de galiu. La începutul anilor 2000, americanii au anunțat crearea unei noi generații de NVG-uri, însă unii experți consideră că aceasta poate fi mai degrabă generația 3+.
Aplicații și perspective
Dispozitivele care permit unei persoane să vadă noaptea, în fiecare an devin tot mai populare și găsesc noi domenii de aplicare. Dispozitivele moderne de vizionare de noapte "civile" au un preț accesibil, astfel încât vânătorii, structurile de securitate și alte categorii de cetățeni care au nevoie de viziune de noapte pot să le permită.
Cel mai interesant lucru este că astăzi toate cele trei generații de dispozitive de vedere de noapte sunt prezente pe piață. Multe dispozitive de viziune de noapte pentru vânătoare aparțin primei generații sau chiar zero și au iluminare IR, ceea ce este absolut inacceptabil pentru NVG-urile militare. Pe "cetățean" sunt de asemenea folosite și dispozitive de generația a treia (ele pot fi văzute chiar și în subsol). Tehnologiile folosite pentru a le crea nu au fost secrete mult timp, doar dispozitivele sunt foarte scumpe. Domeniul de aplicare NVD poate fi, de asemenea, realizat folosind elemente de generații diferite.
Utilizarea imaginilor termice a încetat, de asemenea, să fie prerogativa exclusivă a armatei. În plus față de vânătoare și observare în întuneric, dispozitive similare sunt din ce în ce mai utilizate în cercetarea științifică. Cu ajutorul lor, de exemplu, verifică nava spațială înainte de lansare: imaginea perfectă arată diferite scurgeri care pot duce la o catastrofă. Imager termic indispensabil și energie. Acest dispozitiv poate indica cu ușurință unde se evacuează cel mai mult căldura dintr-o clădire și îi va permite, de asemenea, să detecteze locurile de încărcare maximă în rețelele electrice. Imaginile termale și medicina sunt folosite: în funcție de harta temperaturii corpului uman, puteți face chiar și unele diagnostice. În fiecare an, aceste dispozitive devin din ce în ce mai ieftine, astfel încât domeniul lor de aplicare este în continuă creștere.
