Vision är det viktigaste sättet att uppfatta verkligheten. Visuellt får vi det mesta av informationen om omvärlden. Våra ögon är en överraskande komplex och perfekt mekanism som presenteras för oss av naturen. Men tyvärr är deras möjligheter något begränsade.
En person kan bara uppleva ett mycket smalt optiskt intervall av hela spektratet av elektromagnetisk strålning (det kallas även den synliga delen av spektret). Dessutom kan ögat endast se bilden under tillräckliga belysningsförhållanden. Om det till exempel faller under nivån på 0,01 lux, förlorar vi möjligheten att skilja objektens färger och vi kan bara se stora objekt som finns i närheten.
Detta är dubbelt förolämpande, för på grund av denna funktion i vår vision blir vi nästan blinda i mörkret. Mannen har alltid avundat andra representanter för djurriket, för vilket nattdimman inte är ett hinder: katter, ugglor, vargar, fladdermöss.
Särskilt tyckte inte denna begränsning av mänsklig syn i militären. Men situationen förändrades drastiskt bara i mitten av förra seklet, då, tack vare fysikens prestationer, visade sig nattsynsapparater som gjorde det möjligt att se på natten nästan lika tydligt som på dagtid.
För närvarande är nattvisningsanordningar inte bara i arméarsenaler, de används med glädje av räddare, jägare, säkerhetsenheter, specialtjänster. Och om vi pratar om termiska bilder, är listan över användningen ännu större.
Idag finns det en stor mängd olika typer och typer av nattsynsapparater (NVD), gjorda i form av kikare, mono-glasögon (monokulär), sevärdheter eller vanliga glasögon. Men innan vi pratar om enheten för nattvisningsenheten, borde vi säga några ord om de fysiska principer som arbetet med sådana anordningar bygger på.
Hur fungerar det
Funktionen av nattsynsapparater och termiska bilder är baserad på de fysiska fenomenen av den interna och yttre fotoelektriska effekten.
Kärnan i den yttre fotoelektriska effekten (eller fotoelektronutsläpp) är att fasta kroppar avger elektroner under inverkan av ljus som fångas av NVD. Grunden för någon synkroniseringsenhet är en bildförstärkare, en elektronoptisk omvandlare som fångar det svaga reflekterade ljuset, förstärker det och förvandlar det till en elektronisk signal. Detta är vad personen ser i linsen på NVD. Det bör förstås att ingen nattsynsapparat kan "se" i absolut mörker. Det är sant att det också finns aktiva nattsysningsanordningar, som använder sin egen källa till infraröd strålning för att belysa föremål.
Någon synkroniseringsenhet består av tre huvudkomponenter: optisk, elektronisk och annan optisk. Ljus tas emot av en lins, som sedan fokuserar på en bildförstärkare, där fotoner blir en elektronisk signal. Den maximala förstärkta signalen överförs till den lysande skärmen, där den igen blir den bild som är känd för det mänskliga ögat. Ovanstående design är generellt karakteristisk för alla generationer av nattsynsapparater, bara moderna nattsynsapparater (andra och tredje generationen) har ett mer avancerat signalförstärkningssystem.
Termiska bildspelare, å andra sidan, fånga sin egen strålning från vilken kropp eller ett objekt som helst, vars temperatur skiljer sig från absolut noll. Huvuddelen av bilderna är de så kallade bolometrarna - komplexa fotodetektorer som infångar infraröda vågor. Sådana sensorer är känsliga för våglängder som motsvarar temperaturområdet från -50 till +500 grader Celsius.
Faktum är att termiska bildspelare har en ganska enkel design. Varje sådan anordning består av en lins, en termisk bildmatris och en signalbehandlingsenhet, såväl som en skärm på vilken den färdiga bilden visas. Termiska bildbildare är av två typer: med en kyld och okollad matris. Den första är den mest känsliga, dyra och massiva. Deras matris kyls till en temperatur av -210 till -170 o C, vanligtvis för detta användande flytande kväve. Ofta används de på stor militär utrustning (till exempel någon tankens synvisningsenhet).
Termiska bildbildare med en okollad matris kostar mycket mindre, de är mindre i storlek, men deras känslighet är mycket lägre. De flesta av de termiska bildbildare som finns på marknaden idag (upp till 97%) hör emellertid till denna kategori.
En av de viktigaste egenskaperna hos termiska bildspelare, som i hög grad bestämmer deras höga kostnader, är deras linser. Faktum är att vanligt glas som används i de flesta optiska enheter är helt ogenomskinligt mot infraröd strålning. Därför används sådana sällsynta material som germanium för linser av termiska bildbildare, vars marknadspris är cirka 2 tusen dollar per kg. Den genomsnittliga germaniumlinsen för en värmekamera kostar ungefär 7 tusen dollar, och priset på en bra kan nå upp till 20 tusen dollar. Idag, både i Ryssland och utomlands, letar de aktivt efter en ersättare för Tyskland, som i teorin kan minska kostnaden för en värmekamera med 40-50%.
Historia och klassificering av NVD
Klassificeringen av nattvisningsanordningar är baserad på fotokodans känslighet, ljusets amplifieringsgrad och upplösningen i mitten av den resulterande bilden. I regel finns det tre generationer NVD. Dessutom kallas tidiga nattvisningsenheter med en ytterligare källa till infraröd strålning ofta till en separat generation. På tillverkarnas webbplatser kan du hitta information om de så kallade mellanliggande generationerna, som 1+ eller 2+. En sådan gradering driver emellertid mer marknadsföringsmål än det är en återspegling av verkliga skillnader.
Förbättrad design av NVD och framväxten av nya generationer av dessa enheter gick successivt, en efter en. Därför är klassificeringen av nattvisningsanordningar mer lämplig att överväga tillsammans med historien om deras utveckling.
Den 23 augusti 1914, nära den belgiska staden Oostende, lyckades tyskarna hitta en brittisk eskadrare bestående av pansrede kryssare och förstörare med hjälp av värmefyndare. Och det är inte lätt att ta reda på - men också att korrigera artillerisbrand med dessa enheter, vilket hindrar fiendens fartyg från att närma sig en viktig hamn. Man tror att från det ögonblicket började nattsynsapparatens historia.
År 1934 fanns det ett verkligt genombrott på detta område: Holländaren Holst skapade världens första elektron-optiska omvandlare (EOC). Två år senare utvecklade den ryska expat Zvorykin en bildförstärkare med elektrostatisk signalfokusering, som senare blev "hjärtat" av det amerikanska företaget Radio Corporation of Americas första kommersiella nattvisningsenhet.
Perioden för snabb utveckling av NVD var andra världskriget. Ledaren i deras utveckling och tillämpning var Hitlers Tyskland. Den första prototypen av nattvistsynskapet skapades av det tyska företaget Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) år 1936, det var avsedd för montering på Pak 35/36 L / 45-tankvapen.
Vid 1944 kunde de tyska Pak 40-tankspjällen elda med hjälp av nattsynsapparater på ett avstånd av upp till 700 meter. Vid ungefär samma tid mottog Wehrmachtens tankstyrkor Sperber FG 1250 nattsynsapparat, med vilken den sista stora tyska offensiven ägde rum på östfronten nära den ungerska sjön Balaton.
Alla ovanstående nattsynsapparater hör till den så kallade nollgenerationen. Sådana anordningar var mycket känsliga, så för deras normala drift behövdes en ytterligare källa till infrarött ljus. Till exempel, var fem tyska tankar utrustade med en Sperber FG 1250, tillsammans med en pansordnad personbärare med en kraftfull infraröd lokaliserare Uhu ("Filin"). Dessutom hade nollbildande PNV: er en bildförstärkare känslig för ljusa blixtar. Därför använde sovjetiska trupper i slutet av kriget ofta konventionella strålkastare i offensiven. De blindade helt enkelt tyska PNV.
Tyskarna försökte skapa en nattsynsapparat som skulle ge ett större visningsområde (upp till 4 km), men på grund av IR-belysarens betydande storlek övergavs de. 1944 skickades en experimentell sats (300 st.) Av Vampir PNV till trupperna, avsedda för installation på tyska Sturmgever-attackgevär. Förutom synen själv bestod den av en infraröd belysning och ett laddningsbart batteri. Apparatens totala vikt översteg 30 kg, intervallet - 100 meter, och tiden för operationen var endast 20 minuter. Trots dessa ganska blygsamma figurer använde tyskarna aktivt "Vampyr" i nattkriget i krigets sista etapp.
Försök att skapa nollproduktion NVD var i Sovjetunionen. Redan före kriget utvecklades Dudka-komplexet för BT-tanken, senare kom ett liknande system fram för T-34. Du kan också hämta den inhemska nattsynsenheten Ts-3, som utvecklades för PPSh-41-submachinpistoler. Liknande vapen planerades att utrusta övergreppsenheter. NVD fick emellertid inte utbredd användning i Röda armén. Vid den tiden var nattvisningsenheter fortfarande exotiska, och Sovjetunionen under andra världskriget var definitivt inte övertygad om det.
Erfarenheterna från andra världskriget visade att nattsynenheter har utmärkta utsikter. Det blev klart att denna teknik kan på allvar förändra sättet att bedriva stridsåtgärder inte bara på land utan även i luften och till sjöss. För detta skulle nollproduktionen NVD kunna bli av med ett stort antal inneboende brister, varav huvuddelen var deras låga känslighet. Det begränsade inte bara NVD-intervallet utan också tvungen att använda en skrymmande och mycket energiintensiv IR-belysning med enheten. Sammantaget var utformningen av de första nattvisningsanordningarna för komplicerad och skilde sig inte i tillräcklig tillförlitlighet.
Snart ersatte de första generationsanordningarna baserade på elektrooptoelektrokemiska rör med elektrostatisk fokusering de primitive nattvisningsenheterna i den militära perioden. De kunde förstärka insignalen flera tusen gånger. Detta gjorde i sin tur det möjligt att vägra ytterligare belysning. IR-belysningar gjorde inte bara onödigt systemet sänkt, men också avmaskade fighteren på slagfältet. Toppet av deras perfektion av den första generationen NVG som nåddes av 60-talet av förra seklet, använde amerikanerna dem aktivt under Vietnamkriget.
Andra generationens nattsynsapparater uppstod på grund av framväxten av en revolutionerande mikrokanalteknik, detta hände på 70-talet. Huvuddelen av det var att de optiska plattorna nu var dubbade med ihåliga kanalrör med en diameter av 10 μm och en längd av högst 1 mm. Deras nummer bestämde upplösningen av den ljusa styrplattan. En ljusfot som faller in i var och en av dessa kanaler leder till att en hel kaskad av elektroner slås ut, vilket kraftigt ökar enhetens känslighet. För andra generationens NVG kan vinsten nå 40 tusen gånger. Deras känslighet är 240-400 mA / lm och upplösningen - 32-56 linjer / mm.
I Sovjetunionen skapades nattvardsglasögon "Quaker" på grundval av denna teknik, och i USA - AN / PVS-5B.
Senare uppträdde nattsynsanordningar där den elektrostatiska linsen saknas helt och den direkta överföringen av elektroner till mikrokanalplattan äger rum. Sådana nattsynsapparater benämns vanligtvis som generation 2+. På grundval av ett sådant system gjordes inhemska glasögon "Eyecup" eller deras amerikanska analoga AN / PVS-7.
Ytterligare insatser av forskare för att förbättra nattvisningsanordningar syftade till att förbättra fotokatoden. Philips-ingenjörer har erbjudit sig att göra det av ett nytt halvledarmaterial - galliumarsenid.
Så visade sig tredje generationens nattvisningsenheter. Jämfört med traditionella multi-alkaliska fotokododer blev deras känslighet högre med 30%, vilket gjorde det möjligt att göra observationer även i en molnfri månlös natt. Det enda problemet var att det nya materialet endast kunde tillverkas under högvakuumsituation och det visade sig vara mycket mödosamt. Därför visade sig kostnaden för en sådan fotokod att vara en storleksordning högre än den för dess föregångare. Samtidigt kan den tredje generationen NVG: er förstärka det inkommande ljuset med 100 tusen gånger. Du kan också tillägga att endast två länder kan producera galliumarsenid i industriell skala - USA och Ryssland.
Om du ser information om försäljningen av fjärde generationens NVG någonstans, så kom ihåg: sannolikt blir du lurad. Det existerar inte, det är inte ens klart vilka kriterier som ska användas för att bestämma denna grupp. Även om forskning för att förbättra de befintliga "nattljusen" utförs naturligtvis i dussintals länder runt om i världen. För termiska bildspelare, de letar efter en budget ersättning av glas från Tyskland, är det främsta problemet med nattsynsapparater sökandet efter en billigare analog av galliumarsenidfotokatoder. I början av 2000-talet tillkännagav amerikanerna skapandet av en ny generation NVG, men vissa experter tror att det snarare kan kallas 3 + generationen.
Ansökningar och utsikter
Apparater som tillåter en person att se på natten, blir årligen mer populära och hittar nya användningsområden. Moderna "civila" nattsynsapparater har ett överkomligt pris, så jägare, säkerhetsstrukturer och andra kategorier av medborgare som behöver nattsyn kan ha råd med dem.
Det mest intressanta är att idag finns alla tre generationer av nattsynsapparater på marknaden. Många nattsynsapparater för jakt tillhör den första generationen eller till och med noll och har IR-belysning, vilket är absolut oacceptabelt för militära NVG. På "medborgaren" används också och tredje generationens enheter (de kan ses även i källaren). Tekniken som används för att skapa dem har inte varit hemlig under en längre tid, bara enheter är väldigt dyra. Omfattning NVD kan också göras med hjälp av delar av olika generationer.
Användningen av termiska bildspelare har också länge upphört att vara militärens exklusiva privilegium. Förutom jakt och observation i mörkret används liknande anordningar i ökad utsträckning i vetenskaplig forskning. Med hjälp av exempelvis kontrollerar de rymdfarkosten före lansering: imageraren visar perfekt läckor som kan leda till en katastrof. Oumbärlig värmekamera och energi. Den här enheten kan enkelt visa varmen den mest aktiva flykten från en byggnad, och gör det också möjligt att upptäcka platser med maximal belastning i elnätet. Termiska bildbildare och medicin används: enligt temperaturkartan på människokroppen kan du till och med göra några diagnoser. Varje år blir dessa enheter billigare, så deras tillämpningsområde ökar stadigt.
