Зір - найважливіший спосіб сприйняття навколишньої дійсності. Візуально ми отримуємо велику частину інформації про зовнішній світ. Наші очі - дивно складний і досконалий механізм, подарований нам природою. Але, на жаль, можливості їх дещо обмежені.
Людина здатна сприймати тільки дуже вузький оптичний діапазон всього спектра електромагнітного випромінювання (він ще називається видимим ділянкою спектра), крім того, очей може сприймати "картинку" тільки в умовах достатньої освітленості. Наприклад, якщо воно падає нижче рівня 0,01 люкса, то ми втрачаємо можливість розрізняти кольори об'єктів і можемо бачити тільки великі предмети, що знаходяться неподалік.
Це прикро, адже через цю особливість нашого зору ми стаємо практично сліпими в темний час доби. Людина завжди заздрив іншим представникам тваринного світу, для яких нічна імла не є перешкодою: кішкам, совам, вовкам, кажанам.
Особливо не подобалася подібна обмеженість людського зору військовим. Але кардинально змінити ситуацію вдалося лише в середині минулого століття, коли завдяки досягненням фізики з'явилися прилади нічного бачення, що дозволяють бачити вночі майже так само ясно, як і днем.
В даний час прилади нічного бачення знаходяться не тільки в армійських арсеналах, їх із задоволенням використовують рятувальники, мисливці, охоронні підрозділи, спеціальні служби. А якщо говорити про тепловізорах, то перелік їх використання ще ширше.
Сьогодні у вільному продажу знаходиться величезна кількість найрізноманітніших типів і видів приладів нічного бачення (ПНВ), виконаних у вигляді біноклів, моноклів (монокулярів), прицілів або звичайних окулярів. Однак перш ніж говорити про побудову приладу нічного бачення, слід кілька слів сказати про фізичних принципах, на яких заснована робота подібних пристосувань.
Як він працює
Робота приладів нічного бачення і тепловізорів заснована на фізичних явищах внутрішнього і зовнішнього фотоефекту.
Суть явища зовнішнього фотоефекту (або фотоелектронній емісії) полягає в тому, що тверді тіла під впливом світла випускають електрони, які і уловлюються ПНВ. Основою будь-якого приладу нічного бачення є ЕОП - електронно-оптичний перетворювач, який уловлює слабкий відбите світло, підсилює його і перетворює в електронний сигнал. Саме його і бачить людина в об'єктиві ПНВ. Слід розуміти, що жоден прилад нічного бачення не здатний "бачити" в абсолютній темряві. Правда, існують і активні ПНВ, які використовують для освітлення об'єктів власне джерело інфрачервоного випромінювання.
Будь-прилад нічного бачення складається з трьох основних складових: оптичної, електронної та ще однієї оптичної. Світло приймається об'єктивом, який потім фокусує його на ЕОП, де фотони перетворюються електронний сигнал. Максимально посилений сигнал передається на люмінесцентний екран, де він знову перетворюється в звичне для людського ока зображення. Вищеописана конструкція в цілому характерна для будь-якого покоління ПНВ, просто сучасні прилади нічного бачення (друге і третє покоління) мають більш просунуту систему посилення сигналу.
Тепловізори ж вловлюють власне випромінювання будь-якого тіла або предмета, температура якого відмінна від абсолютного нуля. Основною частиною тепловізорів є так звані болометри - складні фотоприймальні пристрої, які вловлюють інфрачервоні хвилі. Подібні датчики чутливі до довжин хвиль, відповідних діапазону температур від -50 до +500 градусів Цельсія.
Насправді, тепловізори мають досить просту конструкцію. Кожен подібний прилад складається з об'єктива, тепловізійної матриці і блоку обробки сигналу, а також екрану, на який виводиться готове зображення. Тепловізори бувають двох видів: з охолоджувальної і неохолоджуваної матрицею. Перші є найбільш чутливими, дорогими і масивними. Їх матриця охолоджується до температури -210 до -170o C, зазвичай для цього використовують рідкий азот. Найчастіше їх використовують на крупній військовій техніці (наприклад, будь-який танковий прилад нічного бачення).
Тепловізори з неохолоджуваної матрицею стоять на порядок дешевше, вони менше за розміром, але і чутливість їх набагато нижче. Однак більша частина тепловізорів, які сьогодні представлені на ринку (до 97%), відноситься саме до цієї категорії.
Однією з головних особливостей тепловізорів, яка багато в чому і зумовлює їх високу вартість, є їх об'єктиви. Справа в тому, що звичайне скло, яке використовується в більшості оптичних приладів, абсолютно непрозоро для інфрачервоного випромінювання. Тому для об'єктивів тепловізорів використовуються такі рідкісні матеріали, як германій, ринкова ціна якого становить приблизно 2 тис. Доларів за кг. Середній германієвого об'єктив для тепловізора коштує близько 7 тис. Доларів, а ціна хорошого може доходити до 20 тис. Доларів. Сьогодні і в Росії, і за кордоном активно шукають заміну германію, що в теорії може знизити вартість тепловізора на 40-50%.
Історія і класифікація ПНВ
Класифікація приладів нічного бачення заснована на чутливості фотокатода, ступеня посилення світла, а також дозвіл в центрі отриманого зображення. Як правило, виділяють три покоління ПНВ. Крім того, до окремого покоління нерідко відносять ранні ПНВ з додатковим джерелом інфрачервоного випромінювання. На сайтах виробників можна зустріти інформацію про ПНВ так званих проміжних поколінь, начебто 1+ або 2+. Однак подібна градація більше переслідує маркетингові цілі, ніж є відображенням реальних відмінностей.
Удосконалення конструкції ПНВ і появи нових поколінь цих приладів йшло послідовно, одне за іншим. Тому класифікацію приладів нічного бачення зручніше розглядати разом з історією їх розвитку.
23 серпня 1914 року поблизу бельгійського міста Остенде німцям вдалося за допомогою теплопеленгаторов виявити британську ескадру, що складається з броненосних крейсерів і міноносців. І не просто виявити - але і коригувати за допомогою цих приладів артилерійський вогонь, не даючи кораблях противника наблизитися до важливого порту. Вважається, що саме з цього моменту почалася історія приладів нічного бачення.
У 1934 році стався справжній прорив в цій області: голландець Полотно створив перший в світі електронно-оптичний перетворювач (ЕОП). Двома роками пізніше російський емігрант Зворикін розробив ЕОП з електростатичним фокусуванням сигналу, який пізніше став "серцем" першого комерційного ПНВ американської компанії Radio Corporation of America.
Періодом бурхливого розвитку ПНВ стала Друга світова війна. Лідером в їх розробці та застосуванні стала гітлерівська Німеччина. Перший прототип прицілу нічного бачення був створений німецькою компанією Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) в 1936 році, він призначався для установки на протитанкових гарматах Pak 35/36 L / 45.
До 1944 року німецькі протитанкові гармати Pak 40 могли вести вогонь, використовуючи прилади нічного бачення, на дистанції до 700 метрів. Приблизно в цей же час танкові війська вермахту отримали ПНВ Sperber FG 1250, із застосуванням якого відбулося останнє велике німецьке наступ на Східному фронті неподалік від угорського озера Балатон.
Всі перераховані вище прилади нічного бачення відносяться до так званого нульового покоління. Подібні пристрої відрізнялися дуже слабкою чутливістю, тому для нормальної їх роботи був необхідне додаткове джерело інфрачервоного світла. Наприклад, кожні п'ять німецьких танків, оснащених Sperber FG 1250, супроводжував бронетранспортер з потужним інфрачервоним локатором Uhu ( "Філін"). Крім того, ПНВ нульового покоління мали ЕОП, чутливі до яскравих спалахів світла. Саме тому в кінці війни радянські війська часто використовували в настанні звичайні прожектори. Вони просто зліпили німецькі ПНВ.
Були у німців спроби створити і ПНВ, які б забезпечували більшу дальність бачення (до 4 км), але через значні розмірів ІК-прожектора від них відмовилися. У 1944 році в війська була відправлена дослідна партія (300 шт.) ПНВ Vampir, призначена для установки на німецькі штурмові гвинтівки "Штурмгевер". До його складу, крім безпосередньо прицілу, входив ІК-прожектор і акумуляторна батарея. Загальна вага приладу перевищував 30 кг, дальність - 100 метрів, а час його роботи становила всього лише 20 хвилин. Незважаючи на ці досить скромні показники, німці активно використовували "Вампір" в нічних боях завершального етапу війни.
Спроби створення ПНВ нульового покоління були і в Радянському Союзі. Ще до війни для танків сімейства БТ був розроблений комплекс "Дудка", пізніше аналогічна система з'явилася і для Т-34. Можна також згадати вітчизняний прилад нічного бачення Ц-3, який розроблявся для пістолетів-кулеметів ППШ-41. Подібною зброєю планували оснастити штурмові підрозділи. Однак широкого поширення ПНВ в Червоній армії так і не отримали. У той період прилади нічного бачення все ще були екзотикою, а Радянському Союзу під час Великої Вітчизняної війни було точно не до неї.
Досвід Другої світової війни показав, що прилади нічного бачення мають прекрасні перспективи. Стало ясно, що ця технологія може серйозно змінити спосіб ведення бойових дій не тільки на суші, але і в повітрі і на морі. Однак для цього ПНВ нульового покоління повинні були позбутися великої кількості властивих їм недоліків, головним з яких була їхня низька чутливість. Вона не тільки обмежувала дальність дії ПНВ, а й примушувала використовувати разом з приладом громіздкий і дуже енергоємний ІК-прожектор. Та й в цілому конструкція перших ПНВ була занадто складною і не відрізнялася достатньою надійністю.
Незабаром на зміну примітивним ПНВ військового періоду прийшли прилади першого покоління, засновані на ЕОП з електростатичним фокусуванням. Вони були здатні посилювати вхідний сигнал в кілька тисяч разів. Це, в свою чергу, дозволило відмовитися від додаткового підсвічування. ІК-прожектори не тільки зайве утяжеляли систему, а й демаскували бійця на полі бою. Піку своєї досконалості ПНВ першого покоління досягли до 60-х років минулого століття, американці активно використовували їх під час В'єтнамської війни.
Прилади нічного бачення другого покоління з'явилися завдяки появі революційної мікроканальной технології, це сталося в 70-і роки. Суть її полягала в тому, що тепер оптичні пластини засівають порожнистими трубками-каналами діаметром 10 мкм і довжиною не більше 1 мм. Їх кількість і визначало дозвіл светопроводящая пластини. Фотон світла, потрапляючи в кожен з подібних каналів, викликає вибивання цілого каскаду електронів, що значно посилювало чутливість приладу. Для ПНВ другого покоління посилення може досягати 40 тис. Раз. Їх чутливість становить 240-400 мА / лм, а дозвіл - 32-56 штр / мм.
У Радянському Союзі на основі цієї технології були створені окуляри нічного бачення "Квакер", а в США - AN / PVS-5B.
Пізніше з'явилися прилади нічного бачення, в яких електростатична лінза відсутня зовсім і відбувається пряме перенесення електронів до пластини з Мікроканали. Такі ПНВ зазвичай відносять до покоління 2+. На основі подібної схеми виготовлені вітчизняні окуляри нічного бачення "Наочник" або їх американський аналог AN / PVS-7.
Подальші зусилля вчених щодо поліпшення приладів нічного бачення були спрямовані на удосконалення фотокатода. Інженери компанії Philips запропонували виготовляти його з нового напівпровідникового матеріалу - арсеніду галію.
Так з'явилися прилади нічного бачення третього покоління. У порівнянні з традиційними мультіщелочнимі фотокатодомі їх чутливість стала вище на 30%, що дозволило проводити спостереження навіть в умовах хмарної безлунной ночі. Проблема була лише в тому, що новий матеріал можна було виготовляти тільки в умовах глибокого вакууму, і цей процес виявився досить трудомісткий. Тому вартість такого фотокатода виявилася на порядок вище, ніж у його попередників. при цьому ПНВ третього покоління можуть посилювати входить світло в 100 тис. разів. Ще можна додати, що виробляти арсенід галію можуть в промислових масштабах тільки дві країни - США та Росія.
Якщо ви де-небудь побачите інформацію про продаж ПНВ четвертого покоління, то майте на увазі: швидше за все, вас обманюють. Його поки не існує, незрозуміло навіть, якими критеріями користуватися для визначення цієї групи. Хоча, звичайно ж, дослідження щодо вдосконалення існуючих "каганців" ведуться в десятках країн світу. Для тепловізорів шукають бюджетну заміну скла з германію, основною проблемою ПНВ є пошук більш дешевого аналога арсенід-галієвих фотокатодов. На початку нульових років американці заявили про створення ПНВ нового покоління, але частина експертів вважає, що його, скоріше, можна назвати поколінням 3+.
Області застосування і перспективи
Прилади, які дозволяють людині бачити вночі, з кожним роком стають дедалі популярнішими і знаходять собі нові області застосування. Сучасні "цивільні" ПНВ мають цілком доступну вартість, тому їх можуть дозволити собі і мисливці, і охоронні структури, а також інші категорії громадян, яким необхідно нічне бачення.
Найцікавіше, що сьогодні на ринку присутні всі три покоління ПНВ. Багато приладів нічного бачення для полювання відносяться до першого покоління або навіть нульового і мають ІК-підсвічування, що абсолютно неприйнятно для військових ПНВ. На "громадянці" використовуються також і пристрої третього покоління (в них видно навіть в підвалах). Технології, які застосовуються при їх створенні, вже давно не є секретними, просто пристрої дуже дорого коштують. Приціли ПНВ також можуть бути виготовлені з використанням елементів різних поколінь.
Використання тепловізорів також давно вже перестало бути винятковою прерогативою військових. Крім полювання і спостереження в темний час доби, подібні прилади все ширше застосовуються в наукових дослідженнях. З їх допомогою, наприклад, перевіряють космічні кораблі перед стартом: тепловізор прекрасно показує різні витоку, які можуть привести до катастрофи. Незамінний тепловізор і в енергетиці. Цей прилад може легко показати, де з будівлі найбільш активно йде тепло, а також дозволить виявити місця максимальних навантажень в енергетичних мережах. Застосовують тепловізори та медицині: по температурної карті людського тіла можна навіть ставити деякі діагнози. З кожним роком подібні прилади стають все дешевше, тому сфера їх застосування неухильно розширюється.
