A látás a valóság észlelésének legfontosabb módja. Vizuálisan a külvilágra vonatkozó információk nagy részét kapjuk. Szemeink meglepően bonyolult és tökéletes mechanizmus, amelyet természetünkben bemutatunk. De sajnos lehetőségeik némileg korlátozottak.
A személy csak az elektromágneses sugárzás teljes spektrumának nagyon szűk optikai tartományát érzékeli (ezt a spektrum látható részének is nevezik), továbbá a szem csak a megfelelő megvilágítás körülményei között érzékeli a „képet”. Például, ha a 0,01 lux szint alá esik, akkor elveszítjük az objektumok színeinek megkülönböztetését, és csak nagy tárgyakat láthatunk a közelben.
Ez kétszeresen sértő, mert a látásunk ezen jellemzője miatt szinte vak leszünk a sötétben. Az ember mindig irigyelt az állatvilág más képviselőivel, akik számára az éjszakai köd nem akadály: macskák, baglyok, farkasok, denevérek.
Különösen nem tetszett az emberi látás ilyen korlátozása a katonában. A helyzet azonban drasztikusan megváltozott csak a múlt század közepén, amikor a fizika eredményeinek köszönhetően az éjjellátó eszközök megjelentek, amelyek lehetővé tették, hogy éjszaka szinte ugyanolyan jól láthassák, mint a nappali.
Jelenleg az éjjellátó készülékek nem csak a hadsereg arzenáljaiban vannak, örömmel használják a mentők, vadászok, biztonsági egységek, speciális szolgáltatások. És ha a termikus képekről beszélünk, akkor a használatuk még szélesebb.
Napjainkban rengeteg különböző típusú és típusú éjszakai látványtechnikai eszközt (NVD) készítenek távcsövek, mono-szemüvegek (monoculars), látnivalók vagy hagyományos szemüveg formájában. Mielőtt azonban beszélnénk az éjjellátó eszköz készülékéről, néhány szót kell mondanunk azon fizikai elvekről, amelyeken az ilyen eszközök munkája alapul.
Hogyan működik
Az éjjellátó készülékek és a hőkamerák működése a belső és külső fotoelektromos hatás fizikai jelenségein alapul.
A külső fotoelektromos hatás (vagy a fotoelektron emisszió) lényege, hogy a szilárd testek elektronokat bocsátanak ki a fény hatására, amelyeket az NVD rögzít. Az éjjellátó eszköz alapja egy képerősítő, egy elektron-optikai átalakító, amely rögzíti a gyenge visszaverődő fényt, erősíti és elektronikus jelvé alakítja. Ez az, amit egy személy lát egy éjjellátó eszköz lencséjében. Nyilvánvaló, hogy egyetlen éjjellátó eszköz sem képes „látni” abszolút sötétségben. Igaz, vannak olyan aktív éjszakai látó eszközök is, amelyek az infravörös sugárzás saját forrását használják az objektumok megvilágítására.
Bármely éjszakai látó eszköz három fő összetevőből áll: optikai, elektronikus és egy másik optikai. A fényt egy lencse fogadja, amely aztán egy képerősítőre fókuszál, ahol a fotonok elektronikus jelvé válnak. A maximális erősített jelet továbbítja a lumineszcens képernyőre, ahol ismét az emberi szem ismerős képévé válik. A fenti kialakítás általában jellemző az éjszakai látványosságok bármelyik generációjára, csak a modern éjszakai látó eszközök (második és harmadik generáció) fejlettebb jelerősítő rendszerrel rendelkeznek.
A termikus képalkotók ugyanakkor saját testüket megragadják bármely testtől vagy tárgytól, amelynek hőmérséklete eltér az abszolút nullától. A képalkotók fő része az úgynevezett bolométerek - az infravörös hullámokat rögzítő összetett fotodetektorok. Az ilyen érzékelők érzékenyek a -50 és +500 ° C közötti hőmérséklet-tartománynak megfelelő hullámhosszokra.
Valójában a termikus képalkotók meglehetősen egyszerűek. Minden ilyen eszköz egy lencse, egy termikus képalkotó mátrix és egy jelfeldolgozó egység, valamint egy képernyő, amelyen a kész kép jelenik meg. A termikus képek két típusból állnak: hűtött és hűtetlen mátrixokkal. Az első a legérzékenyebb, drága és hatalmas. A mátrixot -210 és -170 ° C közötti hőmérsékletre hűtjük, általában erre a célra folyékony nitrogén. Gyakran nagyobb katonai felszereléseken (pl. Minden tank-éjjellátó eszköz) használják.
A hűtés nélküli mátrixot tartalmazó termikus képek sokkal kisebbek, kisebbek, de érzékenységük sokkal alacsonyabb. Ugyanakkor a piacon jelenleg jelenlévő hőkamerák többsége (legfeljebb 97%) ebbe a kategóriába tartozik.
A termikus képalkotók egyik fő jellemzője, amely nagymértékben meghatározza a magas költségeket, a lencsék. Az a tény, hogy a legtöbb optikai eszközben használt közönséges üveg teljesen átlátszatlan az infravörös sugárzással szemben. Ezért olyan ritka anyagokat használnak, mint a germániumot a termikus képalkotók lencséi számára, amelyek piaci ára kb. 2 ezer dollár / kg. Az átlagos germánium lencsék a hőmérő számára körülbelül 7 ezer dollárt tesznek ki, és egy jó ár is elérheti a 20 ezer dollárt. Napjainkban mind Oroszországban, mind külföldön aktívan keresnek helyettesítőt Németország számára, amely elméletileg 40-50% -kal csökkentheti a termikus képalkotó költségeit.
Az NVD története és besorolása
Az éjjellátó készülékek besorolása a fotokatód érzékenységén, a fényerősítés fokán és az eredmény képének középpontjában lévő felbontáson alapul. Általában három generációs NVD létezik. Ezen túlmenően, az infravörös sugárzás további forrásaival rendelkező korai éjszakai látás eszközöket gyakran külön generációnak nevezik. A gyártók weboldalain megtalálható az úgynevezett köztes generációk éjszakai látószögű készülékeiről, mint például az 1+ vagy a 2+. Az ilyen fokozatok azonban nagyobb marketingcélokat követnek, mint a valódi különbségek tükröződése.
Az NVD tervezésének javítása és ezen új generációk megjelenése egymás után egymás után következett be. Ezért az éjjellátó készülékek besorolása kényelmesebb a fejlesztés történetével együtt mérlegelni.
1914. augusztus 23-án, a belga Oostende városa közelében, a németeknek sikerült megtalálniuk a páncélos cirkálók és rombolókból álló brit eskadrót hőmérők segítségével. És nem könnyű kideríteni - hanem a tüzérségi tűz korrigálásával is megakadályozni, hogy az ellenséges hajók egy fontos kikötőhöz közeledjenek. Úgy véljük, hogy ettől a pillanattól kezdve elkezdődött az éjszakai látás eszközei.
1934-ben valódi áttörés volt ezen a területen: a holland Holst létrehozta a világ első elektron-optikai konverterét (EOC). Két évvel később, az orosz exponáló Zvorykin kifejlesztett egy képerősítőt elektrosztatikus jelfókuszálással, amely később az amerikai Radio Corporation of America első kereskedelmi éjszakai látványszerkezetének „szíve” lett.
Az NVD gyors fejlődésének ideje a második világháború volt. A fejlesztő és alkalmazás vezetője Hitler Németország volt. Az éjszakai látás első prototípusát a német Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) 1936-ban hozta létre, amelyet a Pak 35/36 L / 45 tartályfegyverekre szereltek fel.
1944-ig a német Pak 40 tartálypisztolyok akár 700 méteres távolságra is éjszakai látó eszközöket használhatnak. Ugyanakkor a Wehrmacht-tartályerők megkapták az Sperber FG 1250 éjszakai látványos eszközt, melynek segítségével a legutóbbi nagy német támadás a keleti fronton történt a magyar Balaton közelében.
A fenti éjjellátó eszközök mindegyike az úgynevezett nulla generációhoz tartozik. Ezek az eszközök nagyon érzékenyek voltak, így normális működésükhöz további infravörös fényforrásra volt szükség. Például minden öt német tank, amely Sperber FG 1250-rel van felszerelve, egy páncélozott személyi hordozóval együtt, egy erős Uhu infravörös helymeghatározóval ("Filin"). Ezen túlmenően a nulla generációs PNV-k képerősítője érzékeny volt a fény fényére. Ezért a háború végén a szovjet csapatok gyakran használtak hagyományos támlókat a támadóban. Egyszerűen vakon vakolták a német PNV-t.
A németek megpróbáltak olyan éjszakai eszközöket létrehozni és éjszakai látásmódot létrehozni, amelyek nagyobb látótávolságot biztosítanak (akár 4 km), de az infravörös megvilágító jelentős mérete miatt elhagyották őket. 1944-ben egy kísérleti tétel (300 db.) A Vampir PNV-ből küldték a csapatoknak, amelyeket a német Sturmgever támadás puskáira telepítettek. A látás mellett az infravörös megvilágító és egy újratölthető akkumulátor is állt. A készülék össztömege meghaladta a 30 kg-ot, a tartomány - 100 méter, és működésének ideje csak 20 perc volt. A viszonylag szerény figurák ellenére a németek aktívan használják a „vámpír” -ot a háború utolsó szakaszának éjszakai csatáiban.
A nulla generációs NVD létrehozására tett kísérletek a Szovjetunióban voltak. Még a háború előtt a Dudka komplexumot a BT tartályok családjához fejlesztették ki, később hasonló rendszer jelent meg a T-34 esetében. Emlékezzünk a Ts-3 hazai éjszakai látó eszközre is, amelyet a PPSh-41 géppisztolyokhoz fejlesztettek ki. Hasonló fegyvereket terveztek a támadási egységek felszerelésére. Az NVD azonban nem kapott széles körű felhasználást a Vörös Hadseregben. Abban az időben az éjjellátó készülékek még mindig egzotikusak voltak, és a Szovjetunió a második világháború alatt nem állt rajta.
A második világháború tapasztalatai azt mutatták, hogy az éjszakai látványos eszközök kiváló kilátásokkal rendelkeznek. Világossá vált, hogy ez a technológia komolyan megváltoztathatja a harci műveletek végrehajtásának módját nemcsak a szárazföldön, hanem a levegőben és a tengeren is. Ehhez azonban a nulla generációjú NVD-nek nagyszámú sajátos hibából kellett megszabadulnia, amelynek fő része az alacsony érzékenység. Nemcsak az NVD hatótávolságát korlátozta, hanem arra is kényszerítette, hogy a készülékkel egy terjedelmes és nagyon intenzív infravörös megvilágítót használjon. Összességében az első éjjellátó eszközök tervezése túl bonyolult és nem volt eléggé megbízható.
Hamarosan az elektrosztatikus elektrokémiai csöveken alapuló első generációs eszközök elektrosztatikus fókuszálással helyettesítették a katonai időszak primitív éjszakai látószögeit. Több ezer alkalommal tudták erősíteni a bemeneti jelet. Ez viszont lehetővé tette a kiegészítő világítás megtagadását. Az infravörös megvilágítók nem csak feleslegesen hozták a rendszert, hanem a csatatéren is harcoltak. Az elmúlt század 60-as évek elején az NVG-k első generációjának tökéletességének csúcsa, az amerikaiak aktívan használják őket a vietnami háború alatt.
A második generációs éjjellátó eszközök megjelentek a forradalmi mikrokannel-technológia megjelenése miatt, ami a 70-es években történt. Ennek lényege, hogy most az optikai lemezeket 10 μm átmérőjű és legfeljebb 1 mm hosszúságú üreges csatornacsövekkel csattanták fel. Számuk határozta meg a fényvezető lemez felbontását. A fény minden fotonja, amely ezekbe a csatornákba esik, egy teljes elektron-kaszkádot okoz ki, ami jelentősen megnövelte az eszköz érzékenységét. A második generációs NVG esetében a nyereség elérheti a 40 ezer alkalommal. Érzékenységük 240-400 mA / lm, a felbontás pedig 32-56 sor / mm.
A Szovjetunióban a "Quaker" éjszakai látószemüvegek jöttek létre ennek a technológiának az alapján, az USA-ban pedig az AN / PVS-5B.
Később megjelentek az éjjellátó készülékek, amelyekben az elektrosztatikus lencsék hiányoznak, és az elektronok közvetlen átvitele a mikrokanállemezre történik. Az ilyen éjjellátó eszközöket általában 2+ generációnak nevezik. Egy ilyen rendszer alapján „Eyecup” vagy az amerikai AN / PVS-7 amerikai analóg szemüvegek készültek.
A tudósok további erőfeszítéseit az éjjellátó eszközök javítására a fotokatód javítására irányították. A Philips mérnökei felajánlották, hogy egy új félvezető anyagból - gallium-arzenidből - készülnek ki.
Így jelentek meg a harmadik generációs éjjellátó eszközök. A hagyományos, több alkáli fotokatódokhoz viszonyítva az érzékenységük 30% -kal emelkedett, ami lehetővé tette a megfigyelést akár felhőtlen hold nélküli éjszakában is. Az egyetlen probléma az volt, hogy az új anyagot csak nagy vákuumban lehetett megtenni, és ez a folyamat nagyon munkaigényesnek bizonyult. Ezért az ilyen fotokatód költsége nagyságrenddel magasabb volt, mint elődeié. ugyanakkor az NVG-k harmadik generációja 100 ezer alkalommal erősítheti a bejövő fényt. Azt is hozzátenné, hogy csak két ország tud gyártani gallium-arzenidet ipari méretekben - az Egyesült Államokban és Oroszországban.
Ha valahol látja a negyedik generációs NVG eladásával kapcsolatos információkat, akkor ne feledje: valószínűleg csalódást okoz. Még nem létezik, nem is világos, hogy milyen kritériumokat kell alkalmazni e csoport meghatározásához. Habár természetesen a világon több országban több kutatást végeznek a meglévő "éjszakai fények" javítására. A termikus képalkotók számára olcsó üvegcserét keresnek Németországból, az éjjellátó készülékek fő problémája a gallium-arzenid fotokatódok olcsóbb analógjának keresése. A 2000-es évek elején az amerikaiak bejelentették az új generációs NVG-k létrehozását, de egyes szakértők úgy vélik, hogy inkább a 3+ generációnak nevezhető.
Alkalmazások és kilátások
Azok az eszközök, amelyek lehetővé teszik egy személy számára, hogy éjszaka lássanak, minden évben egyre népszerűbbek és új alkalmazási területeket találnak. A modern "polgári" éjszakai látásvédő eszközök megfizethető áron rendelkeznek, így a vadászok, a biztonsági struktúrák és a polgárok más kategóriái, akiknek éjszakai látásra van szükségük, megengedhetik maguknak.
A legérdekesebb dolog az, hogy ma mind a három éjszakai látás eszköz generációja jelen van a piacon. Számos vadászó éjszakai látás eszköz tartozik az első generációhoz vagy akár nullahoz, és infravörös megvilágítással rendelkezik, ami a katonai NVG-k számára teljesen elfogadhatatlan. A "polgár" -on is használják a harmadik generációs eszközöket (még az alagsorban is láthatók). A létrehozásához használt technológiák sokáig nem voltak titkosak, csak az eszközök nagyon drágák. Az NVD hatóköre különböző generációk elemei felhasználásával is elkészíthető.
A hőkamerák használata már régen megszűnt a hadsereg kizárólagos előjoga. A sötétben a vadászat és megfigyelés mellett hasonló eszközöket használnak a tudományos kutatásban. Segítségükkel például beindítás előtt ellenőrzik az űrhajót: a képalkotó tökéletesen mutatja a különböző szivárgásokat, amelyek katasztrófához vezethetnek. Elengedhetetlen termikus képalkotó és energia. Ez az eszköz könnyen megmutatja, hogy a hőt hogyan lehet leggyakrabban elhagyni az épületből, és lehetővé teszi azt is, hogy felismerje a maximális terhelés helyeit az elektromos hálózatokban. Hőfotókat és gyógyszert használnak: az emberi test hőmérsékleti térképe szerint akár néhány diagnózist is készíthet. Ezek az eszközök minden évben olcsóbbá válnak, így alkalmazási körük folyamatosan bővül.
