Visio on tärkein tapa havaita todellisuus. Visuaalisesti saamme suurimman osan tietoa ulkomaailmasta. Silmämme ovat yllättävän monimutkaisia ja täydellisiä mekanismeja, jotka on esitetty meille luonteeltaan. Valitettavasti niiden mahdollisuudet ovat kuitenkin rajalliset.
Henkilö pystyy havaitsemaan vain hyvin kapean optisen kantaman koko sähkömagneettisen säteilyn spektristä (sitä kutsutaan myös spektrin näkyväksi osaksi), lisäksi silmä voi havaita ”kuvan” vain riittävän valaistuksen olosuhteissa. Esimerkiksi, jos se laskee alle 0,01 luxin tason, menetämme kyvyn erottaa esineiden värit ja näemme vain lähellä olevat suuret esineet.
Tämä on kaksinkertaisesti loukkaavaa, koska näön ominaisuuden vuoksi meistä tulee lähes sokeita pimeässä. Ihminen on aina kadonnut muita eläinkunnan edustajia, joille yökumu ei ole este: kissat, pöllöt, suset, lepakot.
Erityisesti ei pidä ihmisrajan rajoittamista armeijaan. Tilanne muuttui kuitenkin voimakkaasti vasta viime vuosisadan puolivälissä, jolloin fysiikan saavutusten ansiosta ilmestyi yönäkölaitteita, joiden ansiosta oli mahdollista nähdä yöllä lähes yhtä selkeästi kuin päivällä.
Tällä hetkellä yö-visio-laitteet eivät ole pelkästään armeijan arsenaaleissa, vaan pelastajat, metsästäjät, turvayksiköt, erikoispalvelut. Ja jos puhumme lämpökuvista, luettelo niiden käytöstä on vielä laajempi.
Tänään on olemassa valtava määrä erilaisia erilaisia ilotulostuslaitteita (NVD), jotka on tehty kiikareiden, mono-lasien (monokulaarien), nähtävyyksien tai tavallisten lasien muodossa. Ennen kuin puhumme yönäkölaitteen laitteesta, meidän pitäisi sanoa muutama sana fyysisistä periaatteista, joihin tällaisten laitteiden työ perustuu.
Miten se toimii
Yö-visuaalisten laitteiden ja lämpökuvien toiminta perustuu sisäisen ja ulkoisen valosähköisen vaikutuksen fyysisiin ilmiöihin.
Ulkoisen valosähköisen vaikutuksen (tai valonelektronipäästöjen) ydin on, että kiinteät rungot emittoivat elektroneja valon vaikutuksen alaisena, jonka NVD vangitsee. Kaiken yönäkölaitteen perustana on kuvanvahvistin, elektroni-optinen muunnin, joka sieppaa heikon heijastuneen valon, vahvistaa sitä ja muuttaa sen elektroniseksi signaaliksi. Tämä on se, mitä henkilö näkee yönäkölaitteen linssissä. On ymmärrettävä, että mikään yönäkymälaite ei pysty ”näkemään” absoluuttisessa pimeydessä. On totta, että on olemassa myös aktiivisia yövalolaitteita, jotka käyttävät omaa infrapunasäteilynsä valaisemaan esineitä.
Mikä tahansa yönäkymälaite koostuu kolmesta pääkomponentista: optinen, elektroninen ja toinen optinen. Valoa vastaanottaa linssi, joka keskittyy sitten kuvanvahvistimeen, jossa fotonit muuttuvat elektroniseksi signaaliksi. Suurin vahvistettu signaali lähetetään luminoivaan näyttöön, jossa se muuttuu jälleen ihmisen silmälle tutuksi kuvaksi. Yllä oleva muotoilu on yleisesti tunnusomaista jokaiselle yökuvauslaitteiden sukupolvelle, vain nykyaikaisilla yövalolaitteilla (toinen ja kolmas sukupolvi) on kehittyneempi signaalivahvistusjärjestelmä.
Toisaalta lämpökuvat muodostavat oman säteilynsä mistä tahansa kehosta tai esineestä, jonka lämpötila on erilainen kuin absoluuttinen nolla. Suurin osa kuvista on niin kutsutut bolometrit - monimutkaiset fotodetektorit, jotka sieppaavat infrapunasäteitä. Tällaiset anturit ovat herkkiä aallonpituuksille, jotka vastaavat lämpötila-aluetta -50 - + 500 ° C.
Itse asiassa lämpökuvilla on melko yksinkertainen muotoilu. Kukin tällainen laite koostuu linssistä, lämpökuvaus- matriisista ja signaalinkäsittely-yksiköstä sekä näytöstä, jossa valmis kuva näytetään. Lämpökuvat ovat kahdentyyppisiä: jäähdytetyllä ja jäähdyttämättömällä matriisilla. Ensimmäinen on herkin, kallis ja massiivinen. Niiden matriisi jäähdytetään -210 - -170 ° C: n lämpötilaan, tavallisesti tähän käyttöön nestemäinen typpi. Niitä käytetään useammin suurissa sotilaallisissa laitteissa (esimerkiksi säiliön yöelämässä).
Lämpökuvat, joissa on jäähdytymätön matriisi, maksavat paljon vähemmän, ne ovat kooltaan pienempiä, mutta niiden herkkyys on paljon pienempi. Kuitenkin suurin osa nykyisistä markkinoilla olevista lämpökuvista (jopa 97%) kuuluvat tähän luokkaan.
Yksi lämpökuvien tärkeimmistä piirteistä, jotka suurelta osin määräävät niiden korkeat kustannukset, ovat niiden linssit. Tosiasia on, että useimmissa optisissa laitteissa käytetty tavallinen lasi on täysin läpinäkymätön infrapunasäteilylle. Siksi tällaisia harvinaisia materiaaleja, kuten germaniumia, käytetään lämpökäyttäjien linsseihin, joiden markkinahinta on noin 2 tuhatta dollaria kilolta. Keskimääräinen germaniumlinssi lämpökameralle maksaa noin 7 tuhatta dollaria, ja hyvän hinta voi nousta jopa 20 tuhanteen dollariin. Nykyään sekä Venäjällä että ulkomailla he etsivät aktiivisesti korvausta Saksalle, joka teoriassa voi vähentää lämpökameran kustannuksia 40-50%.
NVD: n historia ja luokittelu
Yö-näkölaitteiden luokittelu perustuu fotokatodin herkkyyteen, valon vahvistuksen asteeseen ja tuloksena olevan kuvan keskellä olevaan resoluutioon. Yleensä NVD: tä on kolme sukupolvea. Lisäksi varhaisilmalaitteita, joissa on infrapunasäteilyn lähde, kutsutaan usein erilliseksi sukupolveksi. Valmistajien verkkosivuilla on tietoa niin sanottujen välituotteiden, kuten 1+: n tai 2+: n yöelämää koskevista laitteista. Tällainen asteikko pyrkii kuitenkin enemmän markkinointitavoitteisiin kuin todellisten erojen näyttö.
NVD: n suunnittelun parantaminen ja näiden laitteiden uusien sukupolvien syntyminen menivät peräkkäin peräkkäin. Siksi yönäkölaitteiden luokittelu on helpompaa tarkastella yhdessä niiden kehityksen historian kanssa.
23. elokuuta 1914 saksalaiset saivat 23. huhtikuuta 1914 lähellä belgialaista Oostende-kaupunkia brittiläisen laivueen, joka koostui panssaroiduista risteilijöistä ja hävittäjistä lämmönlähettimien avulla. Sitä ei myöskään ole helppo selvittää - vaan myös korjata tykistön tulta näillä laitteilla, mikä estää vihollisen alusten lähestymisen tärkeään satamaan. Uskotaan, että siitä hetkestä lähtien alkoi yökuvauslaitteiden historia.
Vuonna 1934 tällä alueella oli todellinen läpimurto: hollantilainen Holst loi maailman ensimmäisen elektronisen optisen muuntimen (EOC). Kaksi vuotta myöhemmin venäläinen expat Zvorykin kehitti kuvanvahvistimen sähköstaattisen signaalin tarkennuksella, josta tuli myöhemmin amerikkalaisen Radio Corporation of America -yhtiön ensimmäisen kaupallisen yövalolaitteen "sydän".
NVD: n nopea kehitys oli toinen maailmansota. Johtaja niiden kehittämisessä ja soveltamisessa oli Hitlerin Saksa. Yökuvausnäkymän ensimmäinen prototyyppi luotiin saksalaisen Allgemeine Electricitats-Gesellschaftin (AEG) toimesta vuonna 1936, ja se oli tarkoitettu asennettavaksi Pak 35/36 L / 45-säiliöaseihin.
Vuoteen 1944 mennessä saksalaiset Pak 40-säiliöpistoolit saattoivat sytyttää yönäkölaitteita jopa 700 metrin etäisyydellä. Noin samaan aikaan Wehrmachtin säiliöjoukot saivat Sperber FG 1250 -ilmaisulaitteen, jonka avulla viimeinen suuri saksalainen hyökkäys tapahtui itäpuolella Unkarin järven rannalla.
Kaikki edellä mainitut yöelämälaitteet kuuluvat ns. Tällaiset laitteet olivat hyvin herkkiä, joten niiden normaalikäytössä tarvittiin lisälähde infrapunavaloa. Esimerkiksi viiden saksalaisen säiliön, joissa on Sperber FG 1250, mukana panssaroidun henkilökunnan kuljettaja, jolla on tehokas infrapuna-paikannin Uhu ("Filin"). Lisäksi nolla-sukupolven PNV-laitteilla oli kuvanvahvistin, joka oli herkkä valon kirkkaille vilkkuille. Siksi sodan lopussa Neuvostoliiton joukot käyttivät usein tavanomaisia valonheittimiä hyökkäyksessä. He sokeuttivat saksalaisen PNV: n.
Saksalaisilla oli pyrkimyksiä luoda ja yönäköisiä laitteita, jotka tarjoaisivat suuremman näköalueen (jopa 4 km), mutta IR-valaisimen huomattavan koon vuoksi heidät hylättiin. Vuonna 1944 kokeellinen erä (300 kpl.) Vampir PNV: stä lähetettiin joukkoihin, jotka oli tarkoitettu asennettavaksi Saksan Sturmgever-hyökkäyskivääriin. Itse näkyvyyden lisäksi se koostui infrapunavalaisimesta ja ladattavasta akusta. Laitteen kokonaispaino ylitti 30 kg, alue - 100 metriä, ja sen käyttöaika oli vain 20 minuuttia. Näistä melko vaatimattomista luvuista huolimatta saksalaiset käyttivät aktiivisesti "vampyyriä" sodan viimeisen vaiheen yön taisteluissa.
Pyrkimykset luoda nollatuotantolaitetta olivat Neuvostoliitossa. Jopa ennen sotaa Dudka-kompleksi kehitettiin BT-säiliöiden perheelle, myöhemmin vastaava järjestelmä ilmestyi T-34: lle. Muistutat myös kotimaisen yökuvauslaitteen Ts-3, joka on kehitetty PPSh-41-konekivääreille. Samanlaisia aseita suunniteltiin hyökkäysyksiköiden varustamiseen. NVD ei kuitenkaan saanut laajaa käyttöä puna-armeijassa. Tuolloin yö-visio-laitteet olivat vielä eksoottisia, ja Neuvostoliitto toisen maailmansodan aikana ei ollut ehdottomasti sen edessä.
Toisen maailmansodan kokemus osoitti, että yönäkölaitteilla on erinomaiset näkymät. Tuli selväksi, että tämä tekniikka voi vakavasti muuttaa tapaa harjoittaa taistelutoimintoja paitsi maalla, myös ilmassa ja merellä. Tästä huolimatta nollatason NVD: n oli päästävä eroon suuresta määrästä luontaisia puutteita, joista suurin osa oli niiden alhainen herkkyys. Se ei rajoittanut pelkästään NVD: n aluetta, vaan pakotti käyttämään myös suurikokoista ja erittäin energiaintensiivistä IR-valaisinta laitteen kanssa. Kokonaisuutena ensimmäisen yönäkyvyyslaitteiden suunnittelu oli liian monimutkainen eikä erottunut riittävän luotettavasti.
Pian sähkönoptisesti sähkökemiallisiin putkiin perustuvat ensimmäisen sukupolven laitteet, joissa on sähköstaattinen tarkennus, korvasivat sotilasjakson primitiiviset yövalolaitteet. He pystyivät vahvistamaan tulosignaalia useita tuhansia kertoja. Tämä puolestaan mahdollisti lisävalaistuksen kieltäytymisen. IR-valaisimet eivät tehneet tarpeettomasti järjestelmää raskaammaksi, vaan myös paljastivat taistelijan taistelukentällä. Viimeisimmän vuosisadan 60-luvulla saavuttamansa NVG: n ensimmäisen sukupolven täydellisyyden huippu amerikkalaiset käyttivät niitä aktiivisesti Vietnamin sodan aikana.
Toisen sukupolven yö-visio-laitteet ilmestyivät vallankumouksellisen mikrokanavan teknologian syntymisen vuoksi, tämä tapahtui 70-luvulla. Sen ydin oli, että optiset levyt on nastoitettu onttojen kanavaputkien halkaisijaltaan 10 μm ja pituus enintään 1 mm. Niiden määrä määritteli valonohjauslevyn resoluutioksi. Valon fotoni, joka putoaa kuhunkin näistä kanavista, saa aikaan koko elektroniikan kaskadin poistumisen, mikä lisäsi huomattavasti laitteen herkkyyttä. NVG: n toisen sukupolven voitto voi nousta 40 tuhatta kertaa. Niiden herkkyys on 240-400 mA / lm ja resoluutio 32-56 riviä / mm.
Neuvostoliitossa tämän tekniikan pohjalta luotiin yövalon suojalasit "Quaker" ja Yhdysvalloissa - AN / PVS-5B.
Myöhemmin ilmestyi yönäkölaitteita, joissa sähköstaattinen linssi puuttui kokonaan ja elektronien suora siirto mikrokanavalevylle tapahtuu. Tällaisia yövalolaitteita kutsutaan yleensä sukupolviksi 2+. Tällaisen järjestelmän perusteella tehtiin kotimaiset silmälasit "Eyecup" tai niiden amerikkalainen analogi AN / PVS-7.
Tutkijoiden lisäpyrkimykset yönäkölaitteiden parantamiseksi pyrittiin parantamaan fotokatodia. Philipsin insinöörit ovat tarjoutuneet tekemään siitä uuden puolijohdemateriaalin - gallium-arseenin.
Näin ilmestyi kolmannen sukupolven yövalolaitteet. Perinteisiin monialkaliinisiin fotokatodeihin verrattuna niiden herkkyys kasvoi 30%, mikä mahdollisti havaintojen suorittamisen jopa pilvettömässä kuutamattomassa yössä. Ainoa ongelma oli, että uusi materiaali voidaan valmistaa vain korkean tyhjiön olosuhteissa, ja tämä prosessi osoittautui erittäin työlääksi. Siksi tällaisen fotokatodin kustannukset osoittautuivat suuremmiksi kuin sen edeltäjät. samanaikaisesti kolmannen sukupolven NVG: t voivat vahvistaa tulevaa valoa 100 tuhatta kertaa. Voit myös lisätä, että vain kaksi maata voi tuottaa gallium-arseenia teollisessa mittakaavassa - Yhdysvalloissa ja Venäjällä.
Jos näet tietoja neljännen sukupolven NVG: n myynnistä joskus, pidä mielessäsi: todennäköisimmin olet petetty. Sitä ei vielä ole, ei ole edes selvää, mitkä kriteerit on käytettävä tämän ryhmän määrittämisessä. Vaikka tietenkin nykyisten "yövalojen" parantamiseen tähtääviä tutkimuksia tehdään kymmenissä maissa ympäri maailmaa. Lämpögrafiikalla he etsivät lasin budjettivaihtoa Saksasta, ja yönäkölaitteiden pääasiallinen ongelma on halvemman gallium-arseniidivalokuvakoodien analogin etsiminen. 2000-luvun alussa amerikkalaiset ilmoittivat uuden sukupolven NVG: iden perustamisesta, mutta jotkut asiantuntijat uskovat, että sitä voidaan kutsua pikemminkin 3+ sukupolvelle.
Sovellukset ja näkymät
Laitteet, joiden avulla henkilö voi nähdä yöllä, ovat vuosittain yhä suositumpia ja löytävät uusia sovellusalueita. Nykyaikaisilla "siviilimaisilla" yövalvontalaitteilla on edullinen hinta, joten metsästäjät, turvallisuusrakenteet ja muut kansalaisten ryhmät, jotka tarvitsevat yöelämää, voivat varata ne.
Mielenkiintoisinta on, että nykyään markkinoilla on kaikki kolme yökuvausvälineiden sukupolvea. Monet metsästykseen tarkoitetut yöelämälaitteet kuuluvat ensimmäiseen sukupolveen tai jopa nollaan, ja niissä on IR-valaistus, joka on ehdottomasti mahdotonta sotilaallisille NVG: ille. ”Kansalainen” käyttää myös kolmannen sukupolven laitteita (ne näkyvät myös kellarissa). Teknologiat, joita käytetään niiden luomiseen, eivät ole enää salaisia, ne ovat yksinkertaisesti erittäin kalliita. Soveltamisala NVD voidaan valmistaa myös käyttämällä eri sukupolvien elementtejä.
Lämpökuvien käyttäminen on jo kauan lakannut olemasta yksinomaan sotilaiden etuoikeus. Pimeässä metsästyksen ja tarkkailun lisäksi samankaltaisia laitteita käytetään yhä enemmän tieteelliseen tutkimukseen. Niiden avulla he esimerkiksi tarkistavat avaruusaluksen ennen lanseerausta: kuvaaja näyttää täydellisesti erilaisia vuotoja, jotka voivat johtaa katastrofiin. Välttämätön lämpökuvaus ja energia. Tämä laite pystyy helposti näyttämään, missä lämpö on aktiivisimmin poistumassa rakennuksesta, ja se myös sallii sen havaita sähköverkkojen enimmäiskuormien paikat. Lämpökuvaajia ja lääkkeitä käytetään: ihmiskehon lämpötilan kartan mukaan voit jopa tehdä joitakin diagnooseja. Joka vuosi tällaiset laitteet tulevat halvemmiksi, joten niiden soveltamisala laajenee jatkuvasti.
