Vīzija ir vissvarīgākais veids, kā uztvert realitāti. Vizuāli mēs iegūstam lielāko daļu informācijas par ārpasauli. Mūsu acis ir pārsteidzoši sarežģīts un perfekts mehānisms, ko mums sniedz dabā. Bet diemžēl viņu iespējas ir nedaudz ierobežotas.
Persona spēj uztvert tikai ļoti šauru optiskā diapazonu no visa elektromagnētiskā starojuma spektra (to sauc arī par spektra redzamo daļu), turklāt acs var “uztvert” attēlu tikai pietiekama apgaismojuma apstākļos. Piemēram, ja tas nokrīt zem 0,01 luksu līmeņa, tad mēs zaudējam iespēju atšķirt objektu krāsas un mēs varam redzēt tikai lielus objektus, kas atrodas tuvumā.
Tas ir divkārši apvainojams, jo šīs mūsu redzes iezīmes dēļ mēs tumsā kļūstam gandrīz akli. Cilvēks vienmēr apskauž citus dzīvnieku valstības pārstāvjus, kuriem nakts migla nav šķērslis: kaķi, pūces, vilki, sikspārņi.
Īpaši nepatika šis cilvēku redzes ierobežojums militārajā jomā. Taču situācija krasi mainījās tikai pagājušā gadsimta vidū, kad, pateicoties fizikas sasniegumiem, parādījās nakts redzamības ierīces, kas ļāva redzēt naktī gandrīz tikpat skaidri kā dienas laikā.
Pašlaik nakts redzamības ierīces ir ne tikai armijas arsenālā, bet glābēji, mednieki, apsardzes vienības, speciālie dienesti tos izmanto ar prieku. Un, ja mēs runājam par siltuma attēliem, to izmantošanas saraksts ir vēl plašāks.
Šodien ir ļoti daudz dažādu nakts redzamības ierīču (NVD) veidu un veidu, kas izgatavoti binokļu, mono-stiklu (monokulāru), tēmēkļu vai parastu brilles veidā. Tomēr, pirms mēs runājam par nakts redzamības ierīces ierīci, mums jāsaka daži vārdi par fiziskajiem principiem, uz kuriem balstās šādu ierīču darbs.
Kā tas darbojas
Nakts redzamības ierīču un siltuma attēlu operatoru darbība balstās uz iekšējās un ārējās fotoelektriskās iedarbības fiziskajām parādībām.
Ārējā fotoelektriskā efekta (vai fotoelektronu emisijas) būtība ir tāda, ka cietie ķermeņi izdala elektronus gaismas ietekmē, kurus uztver NVD. Ikvienas nakts redzamības ierīces pamatā ir attēla pastiprinātājs, elektronu optiskais pārveidotājs, kas uztver vāju atstaroto gaismu, pastiprina to un pārveido to par elektronisku signālu. Tas ir tas, ko cilvēks redz nakts redzamības ierīces objektīvā. Jāapzinās, ka neviena nakts redzamības ierīce nevar “redzēt” absolūtā tumsā. Tiesa, ir arī aktīvas nakts redzamības ierīces, kas izmanto savu infrasarkanā starojuma avotu, lai apgaismotu objektus.
Jebkura nakts redzamības ierīce sastāv no trim galvenajām sastāvdaļām: optiskā, elektroniskā un cita optiskā. Gaismu uztver objektīvs, kas pēc tam fokusējas uz attēla pastiprinātāju, kur fotoni pārvēršas par elektronisku signālu. Maksimālais pastiprinātais signāls tiek pārraidīts uz luminiscējošo ekrānu, kur tas atkal kļūst par cilvēka acīm pazīstamu attēlu. Minētais dizains parasti ir raksturīgs jebkurai nakts redzamības ierīču paaudzei, tikai modernām nakts redzamības ierīcēm (otrā un trešā paaudze) ir uzlabotā signāla pastiprināšanas sistēma.
No otras puses, termiskie attēlotāji uztver savu starojumu no jebkura ķermeņa vai objekta, kura temperatūra atšķiras no absolūtās nulles. Lielākā daļa attēlu ir tā saucamie bolometri - kompleksie fotodetektori, kas uztver infrasarkanos viļņus. Šādi sensori ir jutīgi pret viļņu garumiem, kas atbilst temperatūras diapazonam no -50 līdz + 500 grādiem pēc Celsija.
Faktiski siltuma attēlotājiem ir diezgan vienkāršs dizains. Katra šāda ierīce sastāv no objektīva, termiskās attēlveidošanas matricas un signālu apstrādes ierīces, kā arī uz ekrāna, kurā tiek parādīts gatavais attēls. Termiskie attēli ir divu veidu: ar atdzesētu un dzesētu matricu. Pirmie ir jutīgākie, dārgākie un masīvākie. To matricu atdzesē līdz temperatūrai no -210 līdz -170 o C, parasti šim nolūkam izmanto šķidro slāpekli. Biežāk tos izmanto lielās militārajās iekārtās (piemēram, jebkura tvertnes nakts redzamības ierīce).
Termiskie attēli, kuriem ir dzesēta matrica, maksā daudz mazāk, tie ir mazāki, bet to jutīgums ir daudz mazāks. Tomēr lielākā daļa šodienas tirgū esošo siltuma attēlu (līdz 97%) pieder šai kategorijai.
Viens no galvenajiem siltuma attēlu veidotājiem, kas lielā mērā nosaka to augstās izmaksas, ir to lēcas. Fakts ir tāds, ka parastais stikls, ko izmanto lielākajā daļā optisko ierīču, ir pilnīgi necaurspīdīgs pret infrasarkano starojumu. Tāpēc tādi retie materiāli kā germānija tiek izmantoti siltuma attēlu lēcām, kuru tirgus cena ir aptuveni 2 tūkstoši dolāru par kg. Vidējā ģermānijas lēca siltuma uztvērējam maksā aptuveni 7 tūkstošus dolāru, un labas cenas cena var sasniegt līdz pat 20 tūkstošiem dolāru. Šodien, gan Krievijā, gan ārzemēs, viņi aktīvi meklē aizvietotāju Vācijā, kas teorētiski var samazināt siltuma uztvērēja izmaksas par 40-50%.
NVD vēsture un klasifikācija
Nakts redzamības ierīču klasifikācija balstās uz fotokatoda jutību, gaismas pastiprinājuma pakāpi un izšķirtspēju iegūtā attēla centrā. Parasti ir trīs paaudzes NVD. Turklāt agrīnās nakts redzamības ierīces ar papildu infrasarkanā starojuma avotu bieži tiek sauktas par atsevišķu paaudzi. Ražotāju tīmekļa vietnēs var atrast informāciju par tā saukto starpposmu paaudžu nakts redzamības ierīcēm, piemēram, 1+ vai 2+. Tomēr šādai gradācijai ir vairāk tirdzniecības mērķu, nekā tas atspoguļo reālās atšķirības.
NVD dizaina uzlabošana un šo ierīču jaunu paaudžu parādīšanās pēc kārtas notika pēc kārtas. Tāpēc nakts redzamības ierīču klasifikācija ir ērtāk izskatāma kopā ar to attīstības vēsturi.
1914. gada 23. augustā, netālu no Beļģijas Oostendes pilsētas, vāciešiem izdevās atrast britu eskadru, kas sastāv no bruņotajiem kruīziem un iznīcinātājiem, izmantojot karstuma meklētājus. Un tas nav viegli noskaidrot - bet arī koriģēt artilērijas uguni ar šīm ierīcēm, novēršot ienaidnieka kuģu tuvošanos svarīgai ostai. Tiek uzskatīts, ka no šī brīža sākās nakts redzamības ierīču vēsture.
1934. gadā šajā jomā bija reāls izrāviens: holandietis Holsts izveidoja pasaulē pirmo elektronu optisko pārveidotāju (EOC). Divus gadus vēlāk krievu emigrācija Zvorykin izstrādāja attēla pastiprinātāju ar elektrostatisko signālu fokusēšanu, kas vēlāk kļuva par amerikāņu kompānijas Radio Corporation of America pirmā nakts redzamības ierīces sirdi.
NVD straujas attīstības periods bija Otrais pasaules karš. To izstrādes un piemērošanas līderis bija Hitlera Vācija. Pirmo nakts redzamības prototipu 1936. gadā izveidoja vācu uzņēmums Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG), kas bija paredzēts uzstādīšanai uz Pak 35/36 L / 45 prettanku pistolēm.
Līdz 1944. gadam vācu Pak 40 prettanku pistoli varēja aizdegties ar nakts redzamības ierīcēm līdz pat 700 metriem. Tajā pašā laikā Wehrmacht tvertnes spēki saņēma Sperber FG 1250 nakts redzamības ierīci, ar kuru pēdējais lielākais vācu uzbrukums notika austrumu frontē pie Ungārijas ezera.
Visas iepriekš minētās nakts redzamības ierīces pieder tā saucamajai nulles paaudzei. Šādas ierīces bija ļoti jutīgas, tāpēc to normālai darbībai bija nepieciešams papildu infrasarkanā starojuma avots. Piemēram, ik pēc piecām Vācijas tvertnēm, kas aprīkotas ar Sperber FG 1250, kopā ar bruņotajiem darbiniekiem, kam ir spēcīgs infrasarkanais lokators Uhu ("Filin"). Turklāt nulles paaudzes PNV bija attēla pastiprinātājs, kas bija jutīgs pret spilgtiem gaismas mirgumiem. Tāpēc kara beigās padomju karaspēks bieži izmantoja parastos prožektorus uzbrukumā. Viņi vienkārši akli vācu PNV.
Vāciešiem bija mēģinājumi izveidot un nakts redzamības ierīces, kas nodrošinātu lielāku redzamības diapazonu (līdz 4 km), bet IR apgaismotāja ievērojamā izmēra dēļ tie tika pamesti. 1944. gadā eksperimentālā partija (300 gab.) No Vampir PNV tika nosūtīta uz karaspēku, kas paredzēts uzstādīšanai uz vācu Sturmgever uzbrukuma šautenēm. Papildus pašam redzējumam tas sastāvēja no infrasarkanā apgaismotāja un uzlādējama akumulatora. Kopējais ierīces svars pārsniedza 30 kg, diapazons - 100 metri, un tā darbības laiks bija tikai 20 minūtes. Neskatoties uz šiem diezgan pieticīgajiem skaitļiem, vācieši aktīvi izmantoja „vampīru” kara pēdējā posma nakts cīņās.
Mēģinājumi izveidot nulles paaudzes NVD bija Padomju Savienībā. Pat pirms kara Dudkas komplekss tika izstrādāts BT tanku ģimenei, vēlāk tika parādīta līdzīga sistēma T-34. Jūs varat arī atcerēties iekšējo nakts redzamības ierīci Ts-3, kas tika izstrādāta PPSh-41 mašīnpistoles. Līdzīgi ieroči tika plānoti, lai aprīkotu uzbrukuma vienības. Tomēr VDD nesaņēma plašu pielietojumu Sarkanajā armijā. Tajā pašā laikā nakts redzamības ierīces vēl bija eksotiskas, un Padomju Savienība Otrā pasaules kara laikā noteikti nebija līdz tai.
Otrā pasaules kara pieredze parādīja, ka nakts redzamības ierīcēm ir lieliskas izredzes. Bija skaidrs, ka šī tehnoloģija var nopietni mainīt cīņas operāciju veikšanu ne tikai uz zemes, bet arī gaisā un jūrā. Tomēr nulles paaudzes NVD nācās atbrīvoties no daudziem raksturīgiem trūkumiem, no kuriem galvenais bija to zemā jutība. Tas ne tikai ierobežoja NVD diapazonu, bet arī piespieda izmantot lielgabarīta un ļoti energoietilpīgu IR apgaismotāju ar ierīci. Kopumā pirmo nakts redzamības ierīču konstrukcija bija pārāk sarežģīta un nav pietiekami uzticama.
Drīz vien pirmās paaudzes ierīces, kas balstītas uz elektrooptiskās elektrokemijas caurulēm ar elektrostatisko fokusēšanu, aizstāja militārā perioda primitīvās nakts redzamības ierīces. Viņi varēja pastiprināt ievades signālu vairākus tūkstošus reižu. Tas savukārt ļāva atteikt papildu apgaismojumu. IR apgaismotāji ne tikai nevajadzīgi padarīja sistēmu smagāku, bet arī izjauca kaujas kaujas laukumu. Pirmā NVG paaudze, kas sasniegta pagājušā gadsimta 60. gados, amerikāņi aktīvi izmantoja Vjetnamas kara laikā.
Otrās paaudzes nakts redzamības ierīces parādījās revolucionārās mikrokanālu tehnoloģijas dēļ, kas notika 70. gados. Tā būtība bija tāda, ka tagad optiskās plāksnes tika piestiprinātas ar dobu kanālu caurulēm ar diametru 10 μm un garumu ne vairāk kā 1 mm. To skaits noteica gaismas plāksnes izšķirtspēju. Gaismas fotons, kas nokļūst katrā no šiem kanāliem, izraisa veselu elektronu kaskādi, kas ievērojami palielina ierīces jutību. Otrās NVG paaudzes ieguvums var sasniegt 40 tūkstošus reižu. To jutība ir 240-400 mA / lm, un izšķirtspēja - 32-56 līnijas / mm.
Padomju Savienībā uz šīs tehnoloģijas pamata tika izveidotas nakts redzamības aizsargbrilles "Quaker" un ASV - AN / PVS-5B.
Vēlāk parādījās nakts redzamības ierīces, kurās elektrostatisko lēcu nav, un elektronu tiešā pārsūtīšana uz mikrokanālu plati. Šādas nakts redzamības ierīces parasti sauc par paaudzi 2+. Pamatojoties uz šādu shēmu, tika izgatavotas mājas brilles "Eyecup" vai to amerikāņu analogais AN / PVS-7.
Turpmākie zinātnieku centieni uzlabot nakts redzamības ierīces bija vērsti uz fotokatoda uzlabošanu. Philips inženieri ir piedāvājuši to izgatavot no jauna pusvadītāju materiāla - gallija arsenīda.
Tā parādījās trešās paaudzes nakts redzamības ierīces. Salīdzinot ar tradicionālajiem multi-sārmu fotokatodiem, to jutīgums palielinājās par 30%, kas ļāva veikt novērojumus pat bez mākoņainas nakts naktī. Vienīgā problēma bija tā, ka jauno materiālu varēja izgatavot tikai augsta vakuuma apstākļos, un šis process izrādījās ļoti darbietilpīgs. Tāpēc šādas fotokatoda izmaksas izrādījās lielākas par tās priekšgājēju izmaksām. tajā pašā laikā trešā NVG paaudze var pastiprināt ienākošo gaismu par 100 tūkstošiem reižu. Jūs varat arī piebilst, ka tikai divas valstis var ražot gallija arsenīdu rūpnieciskā mērogā - ASV un Krievijā.
Ja kaut kur redzat informāciju par ceturtās paaudzes NVG pārdošanu, tad paturiet prātā: visticamāk, jūs esat maldināts. Tas vēl nav, nav pat skaidrs, kādi kritēriji jāizmanto, lai noteiktu šo grupu. Lai gan, protams, desmitiem valstu visā pasaulē tiek veikti pētījumi, lai uzlabotu esošās "nakts gaismas". Siltumizdevējiem viņi meklē budžeta nomaiņu no Vācijas, galvenā nakts redzamības ierīču problēma ir lētāka gallija arsenīda fotokatodu analoga meklēšana. 2000.gadu sākumā amerikāņi paziņoja par jaunas paaudzes NVG izveidi, taču daži eksperti uzskata, ka to var saukt par 3+ paaudzi.
Pieteikumi un perspektīvas
Ierīces, kas ļauj personai redzēt naktī, katru gadu kļūst arvien populārākas un atrod jaunas lietojuma jomas. Mūsdienu "civilajām" nakts redzamības ierīcēm ir pieejamas cenas, tāpēc mednieki, drošības struktūras un citas pilsoņu kategorijas, kurām nepieciešama nakts redze, var atļauties tās.
Visbiežāk interesanti ir tas, ka šodien visas trīs nakts redzamības ierīču paaudzes atrodas tirgū. Daudzas nakts redzamības ierīces medībām pieder pie pirmās paaudzes vai pat nulles, un tām ir infrasarkanais apgaismojums, kas militārām NVG ir absolūti nepieņemams. Uz "pilsoņa" tiek izmantotas arī trešās paaudzes ierīces (tās var redzēt pat pagrabstāvā). Tehnoloģijas, kas tiek izmantotas to radīšanai, nav bijušas noslēpums ilgu laiku, tikai ierīces ir ļoti dārgas. Darbības jomu NVD var veikt arī, izmantojot dažādu paaudžu elementus.
Siltumizstrādātāju izmantošana arī ilgu laiku vairs nav militāro ekskluzīvo prerogatīvu. Līdzās medībām un novērojumiem tumsā līdzīgas ierīces arvien biežāk izmanto zinātniskajos pētījumos. Piemēram, ar palīdzību viņi pārbauda kosmosa kuģi pirms izlaišanas: attēlotājs lieliski parāda dažādas noplūdes, kas var izraisīt katastrofu. Nepieciešama siltuma uztvērēja un enerģija. Šī ierīce var viegli parādīt, kur siltums ir visaktīvāk izplūst no ēkas, un ļaus arī atklāt maksimālo slodžu vietas elektrotīklos. Tiek izmantoti termiskie attēli un medicīna: saskaņā ar cilvēka ķermeņa temperatūras karti jūs varat pat veikt dažas diagnozes. Katru gadu šīs ierīces kļūst lētākas, tāpēc to piemērošanas joma nepārtraukti paplašinās.
