Vízia je najdôležitejším spôsobom vnímania reality. Vizuálne získavame väčšinu informácií o vonkajšom svete. Naše oči sú prekvapivo zložitým a dokonalým mechanizmom, ktorý nám prináša príroda. Ale, bohužiaľ, ich možnosti sú trochu obmedzené.
Osoba je schopná vnímať len veľmi úzky optický rozsah celého spektra elektromagnetického žiarenia (nazýva sa to aj viditeľná časť spektra), navyše oko môže vnímať "obraz" iba v podmienkach dostatočného osvetlenia. Napríklad, ak klesne pod úroveň 0,01 luxu, stratíme schopnosť rozlíšiť farby objektov a môžeme vidieť len veľké objekty, ktoré sú v blízkosti.
Toto je dvojnásobne urážlivé, pretože vďaka tejto vlastnosti našej vízie sme v tme takmer slepí. Človek vždy závidia ostatným predstaviteľom zvieracej ríše, pre ktoré nie je prekážkou nočná hmla: mačky, sovy, vlky, netopiere.
Najmä toto obmedzenie ľudského videnia v armáde nemalo rád. Situácia sa však drasticky zmenila až v polovici minulého storočia, keď sa vďaka výsledkom fyziky objavili zariadenia na nočné videnie, ktoré umožňovali vidieť v noci takmer jasne ako v priebehu dňa.
V súčasnosti sú zariadenia na nočné videnie nielen v armádnom arzenáli, používajú sa s potešením záchranári, poľovníci, bezpečnostné jednotky, špeciálne služby. A ak hovoríme o termovíznych zariadeniach, zoznam ich použitia je ešte širší.
V súčasnosti existuje obrovské množstvo rôznych druhov a typov zariadení na nočné videnie (NVD), ktoré sú vyrobené vo forme ďalekohľadu, monokulárov, pamiatok alebo bežných okuliarov. Predtým, než hovoríme o zariadení zariadenia na nočné videnie, mali by sme povedať pár slov o fyzikálnych princípoch, na ktorých je založená práca týchto zariadení.
Ako to funguje
Prevádzka zariadení na nočné videnie a tepelných snímačov je založená na fyzikálnych javoch vnútorného a vonkajšieho fotoelektrického efektu.
Podstatou vonkajšieho fotoelektrického efektu (alebo fotoelektrónového vyžarovania) je to, že pevné telá emitujú elektróny pod vplyvom svetla, ktoré zachytia NVD. Základom každého zariadenia na nočné videnie je zosilňovač obrazu, elektronový optický konvertor, ktorý zachytáva slabé odrazené svetlo, zosilňuje ho a mení ho na elektronický signál. To je to, čo človek vidí v objekte zariadenia na nočné videnie. Malo by byť zrejmé, že žiadne zariadenie na nočné videnie nie je schopné "vidieť" v absolútnej tme. Pravda, existujú aj aktívne zariadenia na nočné videnie, ktoré používajú vlastný zdroj infračerveného žiarenia na osvetlenie objektov.
Každé zariadenie na nočné videnie pozostáva z troch hlavných komponentov: optický, elektronický a iný optický. Svetlo sa prijíma objektívom, ktorý ho potom zaostrí na zosilňovač obrazu, kde sa fotóny premieňajú na elektronický signál. Maximálny zosilnený signál sa prenáša na luminiscenčnú obrazovku, kde sa znova stáva obrazom známym pre ľudské oko. Vyššie uvedený dizajn je všeobecne charakteristický pre každú generáciu zariadení na nočné videnie, moderné zariadenia na nočné videnie (druhej a tretej generácie) majú pokročilejší systém zosilňovania signálu.
Tepelné snímače naopak zachytia vlastné žiarenie z akéhokoľvek telesa alebo objektu, ktorého teplota sa líši od absolútnej nuly. Hlavnou časťou snímačov sú tzv. Bolometre - komplexné fotodetektory, ktoré zachytávajú infračervené vlny. Také snímače sú citlivé na vlnové dĺžky zodpovedajúce teplotnému rozsahu od -50 do +500 stupňov Celzia.
V skutočnosti majú tepelné zobrazovače pomerne jednoduchý dizajn. Každé takéto zariadenie pozostáva zo šošovky, tepelnej zobrazovacej matice a jednotky na spracovanie signálu, ako aj z obrazovky, na ktorej je zobrazený hotový obrázok. Tepelné snímače sú dva typy: chladené a nechladené matrice. Prvé sú najcitlivejšie, drahšie a masívne. Ich matrica sa ochladí na teplotu -210 až -170 ° C, zvyčajne na tento účel používa kvapalný dusík. Častejšie sa používajú na veľké vojenské zariadenia (napríklad akékoľvek zariadenie na nočné videnie tanku).
Tepelné snímače s neochladenou matricou sú oveľa menej, majú menšiu veľkosť, ale ich citlivosť je oveľa nižšia. Väčšina tepelných snímačov, ktoré sú na súčasnom trhu (až 97%) však patrí do tejto kategórie.
Jednou z hlavných čŕt tepelných snímačov, ktoré z veľkej časti určujú ich vysoké náklady, sú ich šošovky. Faktom je, že obyčajné sklo používané vo väčšine optických zariadení je úplne nepriehľadné pre infračervené žiarenie. Také zriedkavé materiály, ako je germanium, sa používajú na šošovky tepelných snímačov, ktorých trhová cena je približne 2 tisíc dolárov za kilogram. Priemerná šošovka germánia pre termovízny snímač stojí asi 7 tisíc dolárov a cena dobrého môže dosiahnuť až 20 tisíc dolárov. Dnes v Rusku aj v zahraničí aktívne hľadajú náhradu za Nemecko, ktoré teoreticky môže znížiť náklady na termovíznu kameru o 40-50%.
História a klasifikácia NVD
Klasifikácia zariadení na nočné videnie je založená na citlivosti fotokatódy, stupni zosilnenia svetla a rozlíšení v strede výsledného obrazu. Spravidla existujú tri generácie NVD. Okrem toho zariadenia na predčasné nočné videnie s dodatočným zdrojom infračerveného žiarenia sa často označujú ako samostatná generácia. Na webových stránkach výrobcov nájdete informácie o zariadeniach na nočné videnie takzvaných stredných generácií, napríklad 1+ alebo 2+. Takéto odstupňovanie však sleduje viac marketingových cieľov, než je odraz skutočných rozdielov.
Zlepšenie dizajnu NVD a vznik nových generácií týchto zariadení prešli postupne jeden po druhom. Z tohto dôvodu je vhodnejšie posúdiť klasifikáciu zariadení na nočné videnie spolu s históriou ich vývoja.
23. augusta 1914 v blízkosti belgického mesta Oostende sa Nemcom podarilo nájsť britskú eskadru pozostávajúcu z obrnených krížnikov a torpédoborcov s pomocou vyhadzovačov tepla. A to nie je ľahké zistiť - ale aj opraviť delostrelecký požiar s týmito zariadeniami, čo bráni nepriateľským lodiam pristupovať k dôležitému prístavu. Predpokladá sa, že od tohto okamihu sa začala história zariadení na nočné videnie.
V roku 1934 došlo v tejto oblasti k reálnemu prelomu: holandský Holst vytvoril prvý elektronový optický konvertor na svete (EOC). O dva roky neskôr ruský expatér Zvorykin vyvinul zosilňovač obrazu s elektrostatickým zameraním signálu, ktorý sa neskôr stal "srdcom" prvého komerčného nočného videnia americkej spoločnosti Radio Corporation of America.
Obdobím rýchleho rozvoja NVD bola druhá svetová vojna. Lídrom vo vývoji a aplikácii bol Hitler Nemecko. Prvý prototyp pohľadu na nočné videnie vytvorila nemecká spoločnosť Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) v roku 1936, bola určená na inštaláciu na protitankové delá Pak 35/36 L / 45.
Do roku 1944 by nemecké protitankové pištole Pak 40 mohli vypáliť zariadenia na nočné videnie vo vzdialenosti do 700 metrov. Približne v rovnakom čase tankové sily Wehrmachtu dostali prístroj na nočné videnie Sperber FG 1250, pomocou ktorého sa uskutočnila posledná veľká nemecká ofenzíva na východnom fronte v blízkosti maďarského jazera Balaton.
Všetky vyššie uvedené zariadenia na nočné videnie patria do takzvanej nulovej generácie. Takéto zariadenia boli veľmi citlivé, takže pre ich normálnu prevádzku bol potrebný ďalší zdroj infračerveného svetla. Napríklad každých päť nemeckých cisterien vybavených Sperber FG 1250, sprevádzaných obrneným personálnym nosičom s výkonným infračerveným lokátorom Uhu ("Filin"). Navyše PNV s nulovou generáciou mali zosilňovač obrazu citlivý na svetlé záblesky svetla. Preto na konci vojny sovietsky vojaci často používali bežné svetlomety v ofenzíve. Oni jednoducho oslepili nemecký PNV.
Nemci sa pokúšali vytvoriť zariadenia na nočné videnie, ktoré by poskytovali väčší dosah videnia (až 4 km), ale kvôli značnej veľkosti infračerveného žiariča boli opustené. V roku 1944 bola vyslaná experimentálna dávka (300 ks) z Vampiru PNV na jednotky určené na inštaláciu na nemecké útočné pušky Sturmgever. Okrem samotného zraku sa skladá z infračerveného iluminátora a nabíjateľnej batérie. Celková hmotnosť zariadenia presiahla 30 kg, rozsah - 100 metrov a čas jeho prevádzky bol len 20 minút. Napriek týmto pomerne skromným údajom Nemci aktívne používali "Upír" v nočných bitkách v záverečnej fáze vojny.
Pokusy o vytvorenie NVD nulovej generácie boli v Sovietskom zväze. Už pred vojnou vznikol komplex Dudka pre skupinu tankov BT, neskôr podobný systém pre T-34. Môžete tiež spomenúť domáce nočné videnie Ts-3, ktoré bolo vyvinuté pre samopaly PPSh-41. Podobné zbrane boli naplánované na vybavenie agresívnych jednotiek. NVD však v Červenej armáde nedostala rozsiahle využitie. V tom čase boli zariadenia na nočné videnie stále exotické a Sovietský zväz počas druhej svetovej vojny určite nebol na ňom.
Skúsenosti z druhej svetovej vojny ukázali, že zariadenia na nočné videnie majú vynikajúce vyhliadky. Zistilo sa, že táto technológia môže vážne zmeniť spôsob vykonávania bojových operácií nielen na zemi, ale aj vo vzduchu a na mori. Na tento účel sa nútená generácia NVD musel zbaviť veľkého počtu inherentných chýb, ktorých hlavnou úlohou bola nízka citlivosť. Nielenže obmedzil rozsah NVD, ale aj nútil používať s prístrojom objemné a veľmi energeticky náročné infračervené iluminátory. Celkovo bol dizajn prvých zariadení na nočné videnie príliš zložitý a neodlišoval sa v dostatočnej spoľahlivosti.
Čoskoro zariadenia prvej generácie založené na elektro-optoelektrochemických rúrkach s elektrostatickým zaostrením nahradili primitívne zariadenia na nočné videnie vojenského obdobia. Dokázali zosilniť vstupný signál niekoľko tisíckrát. To zase umožnilo odmietnuť dodatočné osvetlenie. IR žiariče zbytočne zbytočne robili systém ťažší, ale odhalili aj bojovník na bojovom poli. Vrchol ich dokonalosti prvej generácie NVG dosiahli 60-ty roky minulého storočia, Američania ich aktívne používali počas vojny vo Vietname.
Druhá generácia zariadení na nočné videnie sa objavila v dôsledku vzniku revolučnej mikrokanálovej technológie, a to v 70. rokoch. Podstatou toho bolo, že optické dosky boli teraz zakryté dutými kanálovými trubicami s priemerom 10 μm a dĺžkou nepresahujúcou 1 mm. Ich počet určil rozlíšenie svetelnej vodiacej dosky. Fotón svetla, ktorý padá do každého z týchto kanálov, spôsobí vyradenie celej kaskády elektrónov, čo značne zvýšilo citlivosť zariadenia. Pre druhú generáciu NVG môže dosiahnuť zisk až 40 000 krát. Ich citlivosť je 240-400 mA / lm a rozlíšenie - 32-56 riadkov / mm.
V Sovietskom zväze boli na základe tejto technológie vytvorené okuliare na nočné videnie "Quaker" av USA - AN / PVS-5B.
Neskôr sa objavili zariadenia na nočné videnie, v ktorých úplne chýba elektrostatická šošovka a dochádza k priamemu prenosu elektrónov na mikrokanálovú platňu. Takéto zariadenia na nočné videnie sa zvyčajne označujú ako generácia 2+. Na základe takejto schémy boli vyrobené domáce okuliare "Eyecup" alebo ich americký analóg AN / PVS-7.
Ďalšie úsilie vedcov o zlepšenie zariadení na nočné videnie bolo zamerané na zlepšenie fotokatódy. Inžinieri spoločnosti Philips navrhli, aby sa dostali z nového polovodičového materiálu - arzenid gália.
Tak sa objavili zariadenia tretej generácie nočného videnia. V porovnaní s tradičnými viacalkáliovými fotokatódami sa ich citlivosť zvýšila o 30%, čo umožnilo vykonať pozorovania aj v noci bez oblúkov bez mesiaca. Jediným problémom bolo, že nový materiál by sa mohol vyrábať iba v podmienkach vysokého vákua a tento proces sa ukázal ako veľmi namáhavý. Preto sa náklady na takúto fotokatódu ukázali byť rádovo vyšší ako ich predchodcovia. súčasne môže tretia generácia NVG zosilňovať prichádzajúce svetlo o 100 tisíckrát. Môžete tiež dodať, že iba dve krajiny môžu vyrábať arsenid galílu v priemyselnom meradle - v Spojených štátoch av Rusku.
Ak vidíte niekde informácie o predaji štvrtej generácie NVG, mali by ste mať na pamäti: s najväčšou pravdepodobnosťou ste sa oklamali. Ešte neexistuje, nie je ani jasné, aké kritériá použijeme na určenie tejto skupiny. Hoci, samozrejme, výskum v oblasti zlepšovania existujúcich "nočných svetiel" sa uskutočňuje v desiatkach krajín po celom svete. Pre tepelné snímače hľadajú rozpočet nahradzovania skla z Nemecka, hlavným problémom zariadení na nočné videnie je hľadanie lacnejšieho analógu fotokatód galénového arzenidu. Na začiatku roku 2000 Američania oznámili vytvorenie novej generácie NVG, ale niektorí odborníci sa domnievajú, že sa dá skôr nazývať generáciou 3+.
Aplikácie a vyhliadky
Zariadenia, ktoré umožňujú osobe vidieť v noci, sa každý rok stávajú čoraz obľúbenejšími a hľadajú nové oblasti použitia. Moderné "civilné" zariadenia na nočné videnie majú prijateľnú cenu, takže si ich môžu dovoliť lovci, bezpečnostné štruktúry a iné kategórie občanov, ktorí potrebujú nočné videnie.
Najzaujímavejšia vec je, že dnes sú na trhu všetky tri generácie zariadení na nočné videnie. Mnoho zariadení na lov v noci vidí prvá generácia alebo dokonca nula a majú IR osvetlenie, čo je absolútne neprijateľné pre vojenské NVG. Na "občana" sa používajú aj zariadenia tretej generácie (možno ich vidieť aj v suteréne). Technológie, ktoré sa používajú na ich vytvorenie, neboli dlho tajné, len zariadenia sú veľmi drahé. Oblasť NVD môže byť tiež vytvorená pomocou prvkov rôznych generácií.
Používanie termálnych snímkov tiež dlho prestáva byť výhradnou výsadou armády. Okrem lovu a pozorovania v tme sa podobné zariadenia stále viac využívajú vo vedeckom výskume. S pomocou napríklad napríklad kontrolujú kozmickú loď pred spustením: imager dokonale ukazuje rôzne úniky, ktoré môžu viesť k katastrofe. Nepostrádateľný tepelný snímač a energia. Toto zariadenie dokáže ľahko ukázať, kde sa v budove vyskytuje najaktívnejšie teplo, a tiež umožní detekciu miest s maximálnym zaťažením v rozvodných sieťach. Používajú sa termické zobrazovače a medicína: podľa teplotnej mapy ľudského tela môžete dokonca urobiť určité diagnózy. Každý rok sa tieto zariadenia stávajú lacnejšími, takže ich rozsah aplikácie sa neustále rozširuje.
