Визията е най-важният начин за възприемане на реалността. Визуално получаваме по-голямата част от информацията за външния свят. Очите ни са изненадващо сложен и съвършен механизъм, представен ни от природата. Но, за съжаление, възможностите им са донякъде ограничени.
Човек може да възприема само много тесен оптичен обхват на целия спектър на електромагнитното излъчване (наричан още видимата част от спектъра), освен това окото може да възприеме “картината” само в условия на достатъчно осветление. Например, ако падне под нивото от 0.01 лукса, тогава губим способността да различаваме цветовете на обектите и можем да видим само големи обекти, които са наблизо.
Това е двойно обидно, защото поради тази особеност на нашето виждане, ние ставаме почти слепи в тъмното. Човекът винаги е завиждал на други представители на животинското царство, за които нощната мъгла не е пречка: котки, бухали, вълци, прилепи.
Особено не харесва това ограничение на човешкото зрение във военните. Но ситуацията се промени драстично едва в средата на миналия век, когато благодарение на постиженията на физиката се появиха устройства за нощно виждане, които дават възможност да се вижда през нощта почти толкова ясно, колкото през деня.
В момента устройствата за нощно виждане не са само в армейски арсенали, те се използват с удоволствие от спасители, ловци, звена за сигурност, специални служби. И ако говорим за термовизионни камери, списъкът на тяхната употреба е още по-широк.
Днес има огромно количество голямо разнообразие от видове и типове устройства за нощно виждане (NVD), направени под формата на бинокли, моно-очила (монокулари), мерници или обикновени очила. Въпреки това, преди да говорим за устройството на устройството за нощно виждане, трябва да кажем няколко думи за физичните принципи, на които се основава работата на такива устройства.
Как работи
Работата на устройствата за нощно виждане и термовизионните камери се основава на физическите явления на вътрешния и външния фотоелектричен ефект.
Същността на външния фотоелектричен ефект (или фотоелектронното излъчване) е, че твърдите тела излъчват електрони под въздействието на светлина, които се улавят от NVD. Основата на всяко устройство за нощно виждане е усилвател на изображението, електронно-оптичен преобразувател, който улавя слабата отразена светлина, усилва го и го превръща в електронен сигнал. Това е, което човек вижда в обектива на устройство за нощно виждане. Трябва да се разбере, че никакво устройство за нощно виждане не може да „види” в абсолютна тъмнина. Вярно е, че има и активни устройства за нощно виждане, които използват собствения си източник на инфрачервено лъчение за осветяване на обекти.
Всяко устройство за нощно виждане се състои от три основни компонента: оптичен, електронен и друг оптичен. Светлината се приема от леща, която след това я фокусира върху усилвател на изображението, където фотоните се превръщат в електронен сигнал. Максималният усилен сигнал се предава на луминесцентния екран, където той отново става образ, познат на човешкото око. Горният дизайн обикновено е характерен за всяко поколение устройства за нощно виждане, а само модерните устройства за нощно виждане (второ и трето поколение) имат по-напреднала система за усилване на сигнала.
От друга страна, термовизионните камери улавят собственото си излъчване от всяко тяло или обект, чиято температура е различна от абсолютната нула. Основната част от апаратите са така наречените болометри - сложни фотодетектори, които улавят инфрачервени вълни. Такива сензори са чувствителни към дължини на вълните, съответстващи на температурния диапазон от -50 до +500 градуса по Целзий.
Всъщност термовизионните камери имат доста прост дизайн. Всяко такова устройство се състои от леща, термична матрица за изобразяване и устройство за обработка на сигнала, както и екран, на който се показва завършеното изображение. Топловизорите са два вида: с охладена и неохлаждана матрица. Първите са най-чувствителните, скъпи и масивни. Матрицата им се охлажда до температура от -210 до -170 ° С, обикновено за тази цел се използва течен азот. По-често те се използват на голямо военно оборудване (например, всяко устройство за нощно виждане).
Термалните камери с неохлаждана матрица струват много по-малко, те са по-малки по размер, но чувствителността им е много по-ниска. Повечето от термовизионните камери, които са на пазара днес (до 97%), принадлежат към тази категория.
Една от основните характеристики на термовизионните камери, които до голяма степен определят тяхната висока цена, са техните лещи. Факт е, че обикновеното стъкло, използвано в повечето оптични устройства, е напълно непрозрачно за инфрачервеното лъчение. Следователно, такива редки материали като германий се използват за лещи на термовизионни камери, чиято пазарна цена е около 2 хиляди долара за килограм. Средният германиев обектив за термовизионна камера струва около 7 хиляди долара, а цената на добрата може да достигне до 20 хиляди долара. Днес, както в Русия, така и в чужбина, те активно търсят замяна на Германия, която на теория може да намали цената на термовизора с 40-50%.
История и класификация на НВД
Класификацията на устройствата за нощно виждане се основава на чувствителността на фотокатода, степента на усилване на светлината и разделителната способност в центъра на полученото изображение. По правило има три поколения НВД. В допълнение, устройствата за ранно нощно виждане с допълнителен източник на инфрачервено лъчение често се отнасят до отделно поколение. На уебсайтовете на производителите можете да намерите информация за устройствата за нощно виждане от така наречените междинни поколения, като 1+ или 2+. Такава градация обаче преследва повече маркетингови цели, отколкото отражение на реални различия.
Подобряването на дизайна на NVD и появата на нови поколения на тези устройства продължи последователно, едно след друго. Следователно класификацията на устройствата за нощно виждане е по-удобна за разглеждане заедно с историята на тяхното развитие.
На 23 август 1914 г., близо до белгийския град Остенде, германците успяват да намерят британска ескадрила, състояща се от бронетранспортьори и разрушители с помощта на термотърсачи. И не е лесно да се разбере - но и да се коригира артилерийският огън с тези устройства, за да се предотврати приближаването на вражеските кораби до важно пристанище. Смята се, че от този момент започва историята на устройствата за нощно виждане.
През 1934 г. в тази област има истински пробив: холандецът Холст създава първия в света електронно-оптичен конвертор (EOC). Две години по-късно руският емигрант Зворикин разработи усилвател на образа с фокусиране на електростатичен сигнал, който по-късно стана „сърцето“ на първото търговско устройство за нощно виждане на американската компания Radio Corporation of America.
Периодът на бързо развитие на НВД е Втората световна война. Лидер в тяхното разработване и приложение беше Хитлерска Германия. Първият прототип на нощното зрение е създаден от немската фирма Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) през 1936 г., предназначен за инсталиране на противотанковите пистолети Pak 35/36 L / 45.
До 1944 г. германските противотанкови пистолети Пак 40 могат да стрелят с устройства за нощно виждане на разстояние до 700 метра. Почти по същото време танковите сили на Вермахта получиха устройството за нощно виждане Sperber FG 1250, използвайки последната голяма германска офанзива на Източния фронт близо до унгарското езеро Балатон.
Всички гореспоменати устройства за нощно виждане принадлежат към така нареченото нулево поколение. Такива устройства са много чувствителни, така че за нормалната им работа е необходим допълнителен източник на инфрачервена светлина. Например, на всеки пет немски резервоара, оборудвани с Sperber FG 1250, придружени от бронетранспортьор с мощен инфрачервен локатор Uhu ("Филин"). Освен това, PNV с нулево поколение са имали усилвател на изображението, чувствителен към ярки светкавици. Ето защо в края на войната съветските войски често използват обикновени прожектори в офанзивата. Те просто заслепиха немската PNV.
Германците са опитвали да създадат и устройства за нощно виждане, които да осигурят по-голям обхват на видимост (до 4 км), но поради значителния размер на инфрачервения прожектор те са изоставени. През 1944 г. е изпратена експериментална партида (300 бр.) На Vampir PNV към войските, предназначени за инсталиране на германските автоматчета Sturmgever. В допълнение към самата гледка, той се състоеше от инфрачервен осветител и акумулаторна батерия. Общото тегло на устройството надхвърля 30 кг, обхватът - 100 м, а времето на експлоатацията му е само 20 минути. Въпреки тези доста скромни цифри, германците активно използват „вампир“ в нощните битки на последния етап от войната.
Опитите за създаване на нулева генерация NVD бяха в Съветския съюз. Още преди войната комплексът Дудка е разработен за семейство БТ на танкове, а по-късно се появи подобна система за Т-34. Можете също да си припомните местното устройство за нощно виждане Ts-3, което е разработено за автомати PPSh-41. Подобни оръжия бяха планирани за оборудване на агресови единици. Въпреки това, NVD не получи широко разпространение в Червената армия. По това време устройствата за нощно виждане все още бяха екзотични, а Съветският съюз по време на Втората световна война определено не беше готов.
Опитът от Втората световна война показа, че устройствата за нощно виждане имат отлични перспективи. Стана ясно, че тази технология може сериозно да промени начина на провеждане на бойни операции не само на сушата, но и във въздуха и в морето. Въпреки това, за това, нулево поколение NVD трябваше да се отърве от голям брой присъщи недостатъци, основната от които беше тяхната ниска чувствителност. Той не само ограничава обхвата на NVD, но и принуждава да използва обемист и много енергоемък IR прожектор с устройството. Като цяло дизайнът на първите устройства за нощно виждане беше твърде сложен и не се различаваше достатъчно надеждно.
Скоро първите поколения устройства, базирани на електро-оптико-електрохимични тръби с електростатично фокусиране, заменят примитивните устройства за нощно виждане от военния период. Те успяха да усилят входния сигнал няколко хиляди пъти. Това от своя страна позволи да се откаже допълнително осветление. IR илюминаторите не само ненужно правят системата по-тежка, но и разобличават боеца на бойното поле. Пикът на тяхното съвършенство на първото поколение NVGs, достигнат до 60-те години на миналия век, американците активно ги използват по време на Виетнамската война.
Второ поколение устройства за нощно виждане се появи поради появата на революционна микроканална технология, това се случи през 70-те години. Същността на това е, че сега оптичните плочи са осеяни с тръби с кух канал с диаметър 10 μm и дължина не повече от 1 mm. Техният брой определя разделителната способност на светловодната пластина. Фотон светлина, попадащ във всеки от тези канали, предизвиква избиване на цяла каскада от електрони, което значително повишава чувствителността на устройството. За второто поколение NVG печалбата може да достигне 40 хиляди пъти. Чувствителността им е 240-400 mA / lm, а разделителната способност - 32-56 линии / mm.
В Съветския съюз, нощни очила "Quaker" са създадени на базата на тази технология, а в САЩ - AN / PVS-5B.
По-късно се появиха устройства за нощно виждане, в които електростатичната леща отсъства изцяло и се осъществява директният трансфер на електрони към микроканалната плака. Такива устройства за нощно виждане обикновено се наричат поколение 2+. На базата на такава схема са направени домашни очила "Eyecup" или американски аналог AN / PVS-7.
По-нататъшните усилия на учените за подобряване на устройствата за нощно виждане бяха насочени към подобряване на фотокатода. Инженерите на Philips са предложили да го направят от нов полупроводников материал - галиев арсенид.
Така се появиха устройствата за нощно виждане от трето поколение. В сравнение с традиционните мултиалкални фотокатоди, тяхната чувствителност стана по-висока с 30%, което позволи да се извършват наблюдения дори в безоблачна нощ без луна. Единственият проблем е, че новият материал може да бъде направен само при условия на висок вакуум и този процес се оказа много труден. Следователно цената на такъв фотокатод се оказа по-голям от този на неговите предшественици. в същото време третото поколение NVG може да усили входящата светлина с 100 хиляди пъти. Можете също да добавите, че само две страни могат да произвеждат галиев арсенид в индустриален мащаб - САЩ и Русия.
Ако видите информация за продажбата на четвърто поколение NVG някъде, то имайте предвид: най-вероятно се заблуждавате. Тя все още не съществува, дори не е ясно какви критерии да се използва за определяне на тази група. Въпреки че, разбира се, изследванията за подобряване на съществуващите "нощни светлини" се провеждат в десетки страни по света. За термовизионните камери те търсят бюджетна подмяна на стъкло от Германия, основният проблем на устройствата за нощно виждане е търсенето на по-евтин аналог на фотокатодите от галиев арсенид. В началото на 2000-те американците обявиха създаването на ново поколение NVGs, но някои експерти смятат, че по-скоро може да се нарече 3+ поколение.
Приложения и перспективи
Устройства, които позволяват на човек да вижда през нощта, всяка година стават все по-популярни и намират нови области на приложение. Съвременните "цивилни" устройства за нощно виждане имат достъпна цена, така че ловците, структурите за сигурност и други категории граждани, които се нуждаят от нощно виждане, могат да си ги позволят.
Най-интересното е, че днес на пазара присъстват и трите поколения устройства за нощно виждане. Много устройства за нощно виждане за лов принадлежат към първо поколение или дори нула и имат IR осветление, което е абсолютно неприемливо за военни NVG. На "гражданин" се използват и устройства от трето поколение (те могат да се видят дори в сутерена). Технологиите, които се използват за създаването им, не са били тайни от дълго време, а само устройствата са много скъпи. Обхват НВД може да се направи и чрез използване на елементи от различни поколения.
Използването на термовизионни камери също отдавна е престанало да бъде изключителната прерогатива на военните. В допълнение към лов и наблюдение в тъмнината, подобни устройства все повече се използват в научните изследвания. С тяхна помощ, например, те проверяват космическия кораб преди изстрелването: камерата отлично показва различни течове, които могат да доведат до катастрофа. Незаменим термовизионна камера и енергия. Това устройство може лесно да покаже къде топлината най-активно излиза от сградата и също така ще й позволи да открие местата на максимално натоварване в електрическите мрежи. Използват се термовизори и лекарства: според температурната карта на човешкото тяло можете дори да направите някои диагнози. Всяка година тези устройства стават по-евтини, така че техният обхват на приложение постоянно се разширява.
