Visi adalah cara paling penting untuk melihat realiti. Secara visual, kita mendapat sebahagian besar maklumat mengenai dunia luar. Matanya adalah mekanisme yang menghairankan dan sempurna, yang dikemukakan kepada kita secara semula jadi. Tetapi, malangnya, kemungkinan mereka agak terhad.
Seseorang dapat melihat hanya satu jarak optik yang sangat sempit dari keseluruhan spektrum radiasi elektromagnet (ia juga dikenali sebagai bahagian spektrum yang kelihatan), lebih-lebih lagi, mata dapat melihat "gambar" hanya dalam keadaan pencahayaan yang mencukupi. Sebagai contoh, jika ia jatuh di bawah tahap 0.01 lux, maka kita kehilangan keupayaan untuk membezakan warna objek dan kita hanya dapat melihat objek besar yang berdekatan.
Ini adalah penghinaan ganda, kerana kerana ciri ini penglihatan kita, kita menjadi hampir buta dalam kegelapan. Man telah selalu iri dengan wakil-wakil kerajaan haiwan lain, yang kabut malam itu bukan penghalang: kucing, burung hantu, serigala, kelawar.
Terutama tidak suka batasan penglihatan manusia di dalam tentera. Tetapi keadaan itu secara drastik berubah hanya pada pertengahan abad yang lalu, apabila, terima kasih kepada pencapaian fizik, peranti penglihatan malam muncul yang memungkinkan untuk melihat pada waktu malam hampir sama seperti pada siang hari.
Pada masa ini, peranti penglihatan malam bukan sahaja di arsenal tentera, mereka digunakan dengan keseronokan oleh penyelamat, pemburu, unit keselamatan, perkhidmatan khas. Dan jika kita bercakap tentang pencipta haba, senarai penggunaannya lebih luas.
Hari ini, terdapat sejumlah besar pelbagai jenis dan jenis peranti penglihatan malam (NVD), yang dibuat dalam bentuk teropong, mono-gelas (monocular), pemandangan atau cermin biasa. Walau bagaimanapun, sebelum kita bercakap mengenai peranti peranti penglihatan malam, kita harus mengatakan beberapa perkataan mengenai prinsip-prinsip fizikal di mana kerja peranti tersebut berasaskan.
Bagaimana ia berfungsi?
Pengoperasian alat penglihatan malam dan imageri terma adalah berdasarkan fenomena fizikal kesan fotoelektrik dalaman dan luaran.
Inti dari kesan fotoelektrik luaran (atau pelepasan fotoelektron) adalah badan pepejal memancarkan elektron di bawah pengaruh cahaya, yang ditangkap oleh NVD. Asas mana-mana peranti penglihatan malam adalah penguat imej, penukar elektron-optik yang menangkap cahaya yang kurang jelas, menguatkannya dan mengubahnya menjadi isyarat elektronik. Inilah yang dilihat oleh seseorang dalam lensa alat penglihatan malam. Perlu difahami bahawa tiada peranti penglihatan malam dapat "melihat" dalam kegelapan mutlak. Benar, terdapat juga alat penglihatan malam yang aktif, yang menggunakan sinaran inframerah sendiri untuk menerangi objek.
Mana-mana peranti penglihatan malam terdiri daripada tiga komponen utama: optik, elektronik dan lain-lain optik. Cahaya diterima oleh lensa, yang kemudiannya memfokuskan pada penguat imej, di mana foton berubah menjadi isyarat elektronik. Isyarat maksimum diperkuatkan dihantar ke skrin pendaratan, di mana ia sekali lagi menjadi imej yang biasa dengan mata manusia. Reka bentuk di atas biasanya ciri-ciri sebarang generasi alat penglihatan malam, hanya alat penglihatan malam moden (generasi kedua dan ketiga) mempunyai sistem penguatan isyarat yang lebih maju.
Pencitraan terma, sebaliknya, menangkap radiasi mereka sendiri dari mana-mana badan atau objek yang suhunya berbeza daripada sifar mutlak. Bahagian utama imagers adalah bolometers yang dipanggil - photodetectors kompleks yang menangkap gelombang inframerah. Sensor sedemikian sensitif terhadap panjang gelombang sepadan dengan julat suhu dari -50 hingga +500 darjah Celcius.
Malah, imager terma mempunyai reka bentuk yang agak mudah. Setiap peranti tersebut terdiri daripada lensa, matriks pengimejan termal dan unit pemprosesan isyarat, serta skrin di mana imej selesai dipaparkan. Pencindekan terma adalah dua jenis: dengan matriks yang disejukkan dan uncooled. Yang pertama adalah yang paling sensitif, mahal dan besar-besaran. Matriks mereka disejukkan kepada suhu -210 hingga -170 o C, biasanya untuk menggunakan nitrogen cecair ini. Selalunya mereka digunakan pada peralatan ketenteraan yang besar (sebagai contoh, mana-mana alat penglihatan malam tangki).
Pencitraan termal dengan kos matriks kurang jelas, mereka lebih kecil dalam ukuran, tetapi sensitiviti mereka jauh lebih rendah. Walau bagaimanapun, kebanyakan imager termal yang berada di pasaran hari ini (sehingga 97%) tergolong dalam kategori ini.
Salah satu ciri utama imager termal, yang sebahagian besarnya menentukan kos tinggi mereka, adalah lensa mereka. Hakikatnya adalah bahawa kaca biasa yang digunakan dalam kebanyakan peranti optik adalah benar-benar legap kepada radiasi inframerah. Oleh itu, bahan-bahan langka seperti germanium digunakan untuk lensa pencitraan termal, harga pasarannya adalah sekitar 2 ribu ringgit per kg. Lensa germanium purata untuk penyuap haba berharga kira-kira 7 ribu ringgit, dan harga yang baik boleh mencapai sehingga 20 ribu ringgit. Hari ini, kedua-dua di Rusia dan di luar negara, mereka secara aktif mencari pengganti untuk Jerman, yang secara teori dapat mengurangkan kos pengimejan termal sebanyak 40-50%.
Sejarah dan klasifikasi NVD
Pengelasan peranti penglihatan malam berdasarkan kepekaan fotokata, tahap penguatan cahaya, dan resolusi di pusat imej yang dihasilkan. Sebagai peraturan, terdapat tiga generasi NVD. Di samping itu, peranti penglihatan malam awal dengan sumber radiasi inframerah tambahan sering dirujuk kepada generasi yang berasingan. Di laman web pengeluar, anda boleh mendapatkan maklumat mengenai peranti penglihatan malam dari generasi pertengahan yang dipanggil, seperti 1+ atau 2+. Walau bagaimanapun, penggredan semata-mata mengejar lebih banyak objektif pemasaran berbanding dengan refleksi perbezaan sebenar.
Meningkatkan rekabentuk NVD dan kemunculan generasi baharu peranti-peranti ini berjalan secara berurutan, satu demi satu. Oleh itu, klasifikasi alat penglihatan malam lebih mudah dipertimbangkan bersama dengan sejarah perkembangan mereka.
Pada 23 Ogos 1914, berhampiran bandar Oostende, Jerman, pihaknya berjaya mencari skuadron British yang terdiri daripada kapal penjelajah perisai dan pemusnah dengan bantuan pencari haba. Dan tidak mudah untuk mengetahui - tetapi juga untuk membetulkan api artileri dengan peranti-peranti ini, menghalang kapal-kapal musuh daripada mendekati pelabuhan penting. Adalah dipercayai bahawa dari saat itu bermula sejarah alat penglihatan malam.
Pada tahun 1934 terdapat satu kejayaan yang nyata dalam bidang ini: Holst Belanda menciptakan penukar electron-optik pertama di dunia (EOC). Dua tahun kemudian, ekspatriat Rusia, Zvorykin membangunkan pengukuh imej dengan penunjuk isyarat elektrostatik, yang kemudiannya menjadi "jantung" peranti penglihatan malam komersil pertama syarikat Amerika Radio Corporation of America.
Tempoh pembangunan pesat NVD ialah Perang Dunia Kedua. Pemimpin dalam perkembangan dan penerapannya adalah Jerman Hitler. Prototaip pertama penglihatan penglihatan malam itu dicipta oleh syarikat Jerman Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) pada tahun 1936, ia bertujuan untuk dipasang pada senapang anti tangki Pak 35/36 L / 45.
Menjelang 1944, senjata api anti-tangki Pak 40 Jerman boleh api menggunakan peranti penglihatan malam pada jarak sehingga 700 meter. Pada masa yang sama, pasukan tangki Wehrmacht menerima alat penglihatan malam Sperber FG 1250, dengan menggunakan serangan Jerman utama terakhir yang berlaku di Front Timur berhampiran Tasik Hungari Hungary.
Semua alat penglihatan malam di atas tergolong dalam generasi yang disebut sifar. Peranti sedemikian sangat sensitif, jadi untuk operasi biasa mereka diperlukan sumber inframerah tambahan. Sebagai contoh, setiap lima kereta kebal Jerman dilengkapi dengan Sperber FG 1250, diiringi oleh pengangkut kakitangan berperisai dengan pengesan inframerah Uhu ("Filin"). Di samping itu, PNVs generasi nol mempunyai pengintip imej sensitif kepada cahaya kilat terang. Itulah sebabnya pada akhir perang, tentera Soviet sering menggunakan lampu carian konvensional dalam serangan itu. Mereka hanya membutakan PNV Jerman.
Jerman mempunyai percubaan untuk mencipta dan peranti penglihatan malam yang akan memberikan jangkauan penglihatan yang lebih besar (sehingga 4 km), tetapi disebabkan oleh saiz besar penerangan IR, mereka ditinggalkan. Pada tahun 1944, satu kumpulan eksperimen (300 buah.) Daripada VVV PNV dihantar ke tentera, bertujuan untuk dipasang pada senapang serangan Sturmgever Jerman. Selain pemandangan itu sendiri, ia terdiri daripada lampu inframerah dan bateri boleh dicas semula. Jumlah berat peranti melebihi 30 kg, jarak - 100 meter, dan masa operasinya hanya 20 minit. Walaupun angka-angka ini agak sederhana, orang Jerman secara aktif menggunakan "Vampire" dalam pertempuran malam peringkat akhir perang.
Percubaan untuk mencipta NVD generasi sifar adalah di Kesatuan Soviet. Malah sebelum perang, kompleks Dudka dibangunkan untuk keluarga tangki BT, kemudian sistem serupa muncul untuk T-34. Anda juga boleh mengingati peranti penglihatan malam domestik Ts-3, yang telah dibangunkan untuk senapang submachine PPSh-41. Senjata serupa dirancang untuk melengkapkan unit serangan. Bagaimanapun, NVD tidak menerima penggunaan meluas dalam Tentera Merah. Pada masa itu, peranti penglihatan malam masih eksotik, dan Kesatuan Soviet semasa Perang Dunia II pastinya tidak sampai kepadanya.
Pengalaman Perang Dunia Kedua menunjukkan bahawa peranti penglihatan malam memiliki prospek yang sangat baik. Menjadi jelas bahawa teknologi ini serius boleh mengubah cara melakukan operasi pertempuran bukan hanya di darat, tetapi juga di udara dan di laut. Walau bagaimanapun, untuk ini, NVD generasi sifar terpaksa menyingkirkan sejumlah besar kelemahan yang wujud, yang utama adalah sensitiviti mereka yang rendah. Ia bukan hanya menghadkan rangkaian NVD, tetapi juga terpaksa menggunakan illuminator IR yang sangat besar dan intensif dengan peranti itu. Pada keseluruhannya, reka bentuk alat penglihatan malam pertama terlalu rumit dan tidak berbeza dengan kebolehpercayaan yang mencukupi.
Tidak lama kemudian, peranti generasi pertama berdasarkan tiub elektro-opto-elektrokimia dengan fokus elektrostatik menggantikan peranti penglihatan malam primitif tempoh tentera. Mereka dapat menguatkan isyarat input beberapa ribu kali. Ini, sebaliknya, memungkinkan untuk menolak lampu tambahan. Illuminators IR bukan sahaja tidak perlu membuat sistem lebih berat, tetapi juga mengaburkan pejuang di medan perang. Kemunculan kesempurnaan generasi pertama NVG yang dicapai menjelang 60-an abad yang lalu, rakyat Amerika secara aktif menggunakannya semasa Perang Vietnam.
Peranti penglihatan malam generasi kedua muncul disebabkan oleh kemunculan teknologi microchannel revolusioner, ini berlaku pada tahun 70-an. Inti darinya ialah sekarang plat optik dipasang dengan tiub saluran berongga dengan diameter 10 μm dan panjang tidak lebih daripada 1 mm. Nombor mereka menentukan resolusi plat panduan cahaya. Foton cahaya, jatuh ke dalam setiap saluran ini, menyebabkan seluruh elektron elektron dilepaskan, yang meningkatkan sensitiviti peranti. Bagi generasi kedua NVG, keuntungan boleh mencapai 40 ribu kali. Kepekaan mereka adalah 240-400 mA / lm, dan resolusi - 32-56 baris / mm.
Di Uni Soviet, goggle penglihatan malam "Quaker" dicipta berdasarkan teknologi ini, dan di Amerika Syarikat - AN / PVS-5B.
Kemudian, peranti penglihatan malam muncul di mana kanta elektrostatik tidak hadir sama sekali dan pemindahan langsung elektron ke plat mikro berlaku. Peranti penglihatan malam itu biasanya dirujuk sebagai generasi 2+. Berdasarkan skema sedemikian, kacamata domestik "Eyecup" atau analog Amerika mereka AN / PVS-7 dibuat.
Usaha lebih lanjut para saintis untuk memperbaiki peranti penglihatan malam bertujuan untuk meningkatkan fotokata. Jurutera Philips telah menawarkan untuk mengeluarkan bahan semikonduktor baru - galium arsenide.
Begitulah cara peranti penglihatan malam generasi ketiga muncul. Berbanding dengan photocathodes berbilang alkali tradisional, sensitiviti mereka menjadi lebih tinggi sebanyak 30%, yang memungkinkan untuk menjalankan pemerhatian walaupun dalam malam tanpa bulan tanpa awan. Satu-satunya masalah adalah bahawa bahan baru boleh dibuat hanya dalam keadaan vakum yang tinggi, dan proses ini ternyata sangat susah payah. Oleh itu, kos fotokata sedemikian ternyata menjadi suatu perintah magnitud yang lebih tinggi daripada yang terdahulu. pada masa yang sama, generasi ketiga NVGs dapat menguatkan cahaya masuk sebanyak 100 ribu kali. Anda juga boleh menambah bahawa hanya dua negara boleh menghasilkan gallium arsenide pada skala perindustrian - Amerika Syarikat dan Rusia.
Sekiranya anda melihat maklumat mengenai penjualan NVG generasi keempat di suatu tempat, maka perlu diingat: kemungkinan besar, anda sedang ditipu. Ia tidak wujud lagi, tidak jelas apa kriteria yang hendak digunakan untuk menentukan kumpulan ini. Walaupun, sememangnya penyelidikan untuk meningkatkan "lampu malam" yang sedia ada dijalankan di berpuluh-puluh negara di seluruh dunia. Bagi penggila terma, mereka mencari penggantian gelas dari Jerman, masalah utama peranti penglihatan malam ialah mencari analog yang lebih murah dari fotokatod galium arsenide. Pada awal tahun 2000an, Amerika mengumumkan penciptaan generasi baru NVG, tetapi sesetengah pakar percaya bahawa ia boleh dipanggil generasi 3 +.
Aplikasi dan Prospek
Peranti yang membolehkan seseorang melihat pada waktu malam, setiap tahun menjadi lebih popular dan mencari kawasan baru permohonan. Peranti penglihatan malam "awam" moden mempunyai harga yang berpatutan, jadi pemburu, struktur keselamatan, dan kategori warganegara lain yang memerlukan penglihatan malam mampu membelinya.
Perkara yang paling menarik adalah bahawa hari ini ketiga-tiga generasi alat penglihatan malam hadir di pasaran. Peranti penglihatan malam untuk memburu adalah generasi pertama atau sifar dan mempunyai pencahayaan IR, yang tidak boleh diterima untuk NVG tentera. Pada "warganegara" juga digunakan dan peranti generasi ketiga (mereka boleh dilihat walaupun di ruangan bawah tanah). Teknologi yang digunakan untuk membuatnya tidak lama lagi rahsia, hanya peranti yang sangat mahal. Skop NVD juga boleh dibuat menggunakan unsur-unsur generasi yang berbeza.
Penggunaan imager termal juga telah lama menjadi hak eksklusif tentera. Di samping memburu dan pemerhatian dalam kegelapan, alat yang serupa semakin digunakan dalam penyelidikan saintifik. Dengan bantuan mereka, misalnya, mereka memeriksa kapal angkasa sebelum pelancaran: pengimei dengan sempurna menunjukkan pelbagai kebocoran yang boleh membawa kepada bencana. Pengimejan termal dan tenaga termal yang sangat diperlukan. Peranti ini dengan mudah dapat menunjukkan di mana haba paling aktif melarikan diri dari bangunan, dan juga akan membolehkannya mengesan tempat-tempat beban maksimum dalam grid kuasa. Pencitraan dan ubat terma digunakan: menurut peta suhu badan manusia, anda juga boleh membuat beberapa diagnosis. Setiap tahun, peranti ini menjadi lebih murah, jadi skop permohonan mereka semakin berkembang.
