Vizija je najpomembnejši način za zaznavanje realnosti. Vizualno dobimo večino informacij o zunanjem svetu. Naše oči so presenetljivo zapleten in popoln mehanizem, ki nam ga predstavlja narava. Žal pa so njihove možnosti nekoliko omejene.
Oseba je sposobna zaznati le zelo ozek optični obseg celotnega spektra elektromagnetnega sevanja (imenujemo ga tudi vidni del spektra), poleg tega pa lahko oko vidi sliko le v pogojih zadostne razsvetljave. Na primer, če pade pod 0,01 luksa, potem izgubimo sposobnost razlikovanja barv predmetov in vidimo le velike predmete, ki so v bližini.
To je dvakrat žaljivo, ker zaradi te značilnosti naše vizije postajamo skoraj slepi v temi. Človek je vedno zavidal drugim predstavnikom živalskega kraljestva, ki mu nočna meglica ni ovira: mačke, sove, volkovi, netopirji.
Še posebej ni bilo všeč ta omejitev človeškega vida v vojski. Toda položaj se je drastično spremenil šele sredi prejšnjega stoletja, ko so se zaradi dosežkov fizike pojavile naprave za nočno opazovanje, ki so omogočile, da so ponoči videli skoraj tako jasno, kot podnevi.
Trenutno naprave za nočno opazovanje niso le v vojaških arsenalih, z užitkom jih uporabljajo reševalci, lovci, varnostne enote, posebne službe. In če govorimo o termovizijah, je seznam njihove uporabe še širši.
Danes obstaja ogromna količina različnih vrst in tipov naprav za nočno opazovanje (NVD), izdelanih v obliki daljnogledov, mono-očal (monokularjev), znamenitosti ali običajnih očal. Preden govorimo o napravi naprave za nočno opazovanje, bi morali povedati nekaj besed o fizikalnih načelih, na katerih temelji delo takih naprav.
Kako deluje
Delovanje naprav za nočno opazovanje in termovizijskih naprav temelji na fizikalnih pojavih notranjega in zunanjega fotoelektričnega učinka.
Bistvo zunanjega fotoelektričnega učinka (ali fotoelektronske emisije) je, da trdna telesa oddajajo elektrone pod vplivom svetlobe, ki jih zajema NVD. Osnova katere koli naprave za nočno opazovanje je ojačevalec slike, elektronsko-optični pretvornik, ki zajame šibko odbito svetlobo, ga ojača in spremeni v elektronski signal. To je tisto, kar oseba vidi v objektivu naprave za nočno opazovanje. Razumeti je treba, da nobena naprava za nočno opazovanje ne more »videti« v popolni temi. Res je, da obstajajo tudi aktivne naprave za nočno opazovanje, ki uporabljajo lasten vir infrardečega sevanja za osvetljevanje objektov.
Vsaka naprava za nočno opazovanje je sestavljena iz treh glavnih komponent: optičnih, elektronskih in drugih optičnih. Svetlobo sprejema leča, ki jo nato usmeri na ojačevalec slike, kjer se fotoni pretvorijo v elektronski signal. Največji pomnožen signal se prenaša na luminiscenčni zaslon, kjer ponovno postane slika, ki jo pozna človeško oko. Zgornja zasnova je na splošno značilna za katero koli generacijo naprav za nočno opazovanje, saj imajo moderne naprave za nočno opazovanje (druga in tretja generacija) naprednejši sistem ojačanja signala.
Po drugi strani pa termalni prikazovalniki zajamejo lastno sevanje iz katerega koli telesa ali predmeta, katerega temperatura se razlikuje od absolutne ničle. Glavni del slikovnih naprav so ti bolometri - kompleksni fotodetektorji, ki zajemajo infrardeče valove. Takšni senzorji so občutljivi na valovne dolžine, ki ustrezajo temperaturnemu območju od -50 do +500 stopinj Celzija.
Dejstvo je, da imajo termični slikovni modeli dokaj preprosto zasnovo. Vsaka taka naprava je sestavljena iz leče, termične slikovne matrike in enote za obdelavo signalov, kot tudi zaslona, na katerem je prikazana končna slika. Toplotni prikazi so dveh vrst: z ohlajenim in nehlajenim matriksom. Prvi so najbolj občutljivi, dragi in masivni. Njihova matrika se ohladi na temperaturo -210 do -170 o C, običajno za to uporabimo tekoči dušik. Pogosteje se uporabljajo na veliki vojaški opremi (na primer katera koli naprava za nočno opazovanje rezervoarja).
Toplotni posnetki z nehlajenim matriksom stanejo precej manj, manjši so, vendar je njihova občutljivost precej nižja. Vendar pa večina toplotnih slikovnih naprav, ki so danes na trgu (do 97%), spadajo v to kategorijo.
Ena od glavnih značilnosti termovizijskih slik, ki v veliki meri določa njihove visoke stroške, so leče. Dejstvo je, da je običajno steklo, ki se uporablja v večini optičnih naprav, popolnoma neprosojno za infrardeče sevanje. Zato se takšni redki materiali, kot so germanij, uporabljajo za leče termalnih slikovnih naprav, katerih tržna cena je približno 2 tisoč dolarjev na kilogram. Povprečni germanijevi objektivi za termooblikovalce stanejo približno 7 tisoč dolarjev, cena dobrega lahko doseže tudi do 20 tisoč dolarjev. Danes, tako v Rusiji kot v tujini, aktivno iščejo zamenjavo za Nemčijo, ki lahko teoretično zmanjša stroške termične kamere za 40-50%.
Zgodovina in klasifikacija NVD
Razvrstitev naprav za nočno opazovanje temelji na občutljivosti fotokatode, stopnji ojačitve svetlobe in ločljivosti v središču dobljene slike. Praviloma obstajajo tri generacije NVD. Poleg tega se naprave za zgodnje nočno opazovanje z dodatnim virom infrardečega sevanja pogosto nanašajo na ločeno generacijo. Na spletnih straneh proizvajalcev lahko najdete informacije o napravah za nočno opazovanje tako imenovanih vmesnih generacij, kot sta 1+ ali 2+. Vendar pa takšna gradacija zasleduje več tržnih ciljev, kot je odraz dejanskih razlik.
Izboljšanje zasnove NVD in pojav novih generacij teh naprav je potekalo zaporedoma. Zato je klasifikacija naprav za nočno opazovanje primernejša za obravnavo skupaj z zgodovino njihovega razvoja.
23. avgusta 1914, v bližini belgijskega mesta Oostende, so Nemci s pomočjo toplotnih iskalcev našli britansko eskadrilo, sestavljeno iz oklepnih križark in rušilcev. In ni lahko ugotoviti, ampak tudi popraviti topniški požar s temi napravami, s čimer preprečimo, da bi se sovražne ladje približale pomembnemu pristanišču. Domneva se, da je od tega trenutka pričela zgodovina naprav za nočno opazovanje.
Leta 1934 je bil na tem področju resničen preboj: Nizozemec Holst je ustvaril prvi elektronsko-optični pretvornik na svetu (EOC). Dve leti pozneje je ruski izseljenci Zvorykin razvil slikovni ojačevalnik z elektrostatičnim fokusiranjem, ki je kasneje postal "srce" prve komercialne naprave za nočno opazovanje ameriškega podjetja Radio Corporation of America.
Obdobje hitrega razvoja NVD je bila druga svetovna vojna. Vodilna v razvoju in uporabi je bila Hitlerjeva Nemčija. Prvi prototip nočnega vidnega polja je leta 1936 ustvarila nemška družba Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG), namenjena pa je bila za vgradnjo na protivlomne pištole Pak 35/36 L / 45.
Leta 1944 so lahko protitankovske puške nemškega pak 40 z napravami za nočno opazovanje streljali do razdalje do 700 metrov. Približno istočasno so tankerske enote Wehrmachta prejele napravo za nočno opazovanje Sperber FG 1250, s katero je bila izvedena zadnja večja nemška ofenziva na vzhodni fronti v bližini madžarskega Balatona.
Vse zgoraj omenjene naprave za nočno opazovanje spadajo v tako imenovano ničelno generacijo. Takšne naprave so bile zelo občutljive, zato je bilo za njihovo normalno delovanje potreben dodaten vir infrardeče svetlobe. Na primer, vsakih pet nemških tankov opremljenih s Sperber FG 1250, ki jih spremlja oklepno osebje prevoznik z močnim infrardečim lokator Uhu ("Filin"). Poleg tega so imeli PNV z ničelno generacijo ojačevalnik slike, občutljiv na svetlo bliskanje svetlobe. Zato so na koncu vojne sovjetske enote pogosto uporabljale običajne reflektorje v ofenzivi. Preprosto so zaslepili nemško PNV.
Nemci so poskušali ustvariti naprave za nočno opazovanje, ki bi zagotovile večji obseg vida (do 4 km), vendar so bile zaradi velike velikosti IR osvetljevalnika opuščene. Leta 1944 je bila v vojaške enote poslana poskusna serija (300 kosov) Vampirjeve PNV, namenjene za namestitev na nemške jurišne puške Sturmgever. Poleg pogleda je bil sestavljen iz infrardečega osvetljevalnika in akumulatorske baterije. Skupna teža naprave je presegla 30 kg, obseg - 100 metrov, čas delovanja pa je bil le 20 minut. Kljub precej skromnim podatkom so Nemci v nočnih bitkah v zadnji fazi vojne aktivno uporabljali »Vampire«.
Poskusi, da bi ustvarili ničelno generacijo NVD, so bili v Sovjetski zvezi. Že pred vojno je bil za družino tankerjev BT razvit kompleks Dudka, kasneje pa se je za T-34 pojavil podoben sistem. Lahko se spomnite tudi domače naprave za nočno opazovanje Ts-3, ki je bila razvita za avtomate PPSh-41. Podobno orožje je bilo načrtovano za opremljanje jurišnih enot. Vendar pa NVD ni dobil široke uporabe v Rdeči armadi. Takrat so bile naprave za nočno opazovanje še vedno eksotične, Sovjetska zveza med drugo svetovno vojno pa zagotovo ni bila dovolj.
Izkušnje druge svetovne vojne so pokazale, da imajo naprave za nočno opazovanje odlične možnosti. Postalo je jasno, da lahko ta tehnologija resno spremeni način izvajanja bojnih operacij ne samo na kopnem, ampak tudi v zraku in na morju. Vendar pa se je za to ničelna generacija NVD morala znebiti velikega števila inherentnih pomanjkljivosti, med katerimi je bila glavna nizka občutljivost. Ne samo, da je omejil obseg NVD-ja, temveč je prisiljen uporabiti tudi obsežno in zelo energetsko intenzivno IR osvetlitev z napravo. Na splošno je bila zasnova prve naprave za nočno opazovanje preveč zapletena in se ni razlikovala v zadostni zanesljivosti.
Kmalu so naprave prve generacije, ki temeljijo na elektro-opto-elektrokemičnih ceveh z elektrostatičnim fokusiranjem, nadomestile primitivne naprave za nočno opazovanje vojaškega obdobja. Vhodni signal so lahko povečali več tisočkrat. To je omogočilo zavrnitev dodatne razsvetljave. IR osvetljevalci niso le po nepotrebnem otežili sistema, ampak so tudi razkrili borec na bojišču. Vrhunec njihove popolnosti prve generacije NVG-jev, dosežene v šestdesetih letih prejšnjega stoletja, so Američani aktivno uporabljali med vietnamsko vojno.
Druga generacija naprav za nočno gledanje se je pojavila zaradi pojava revolucionarne mikrokanalne tehnologije, kar se je zgodilo v 70. letih. Bistvo tega je bilo, da so bile optične plošče sedaj okovane s cevmi s votlim kanalom s premerom 10 μm in dolžino največ 1 mm. Njihovo število je določalo ločljivost svetlobne plošče. Foton svetlobe, ki pade v vsakega od teh kanalov, povzroči, da se izčrpa celotna kaskada elektronov, kar močno poveča občutljivost naprave. Za drugo generacijo NVG lahko dobiček doseže 40 tisoč krat. Njihova občutljivost je 240-400 mA / lm, ločljivost pa 32-56 linij / mm.
V Sovjetski zvezi so bila na podlagi te tehnologije izdelana očala za nočni vid "Quaker", v ZDA pa AN / PVS-5B.
Kasneje so se pojavile naprave za nočno opazovanje, v katerih je elektrostatična leča popolnoma odsotna in pride do neposrednega prenosa elektronov na mikrokanalno ploščo. Takšne naprave za nočno opazovanje se običajno imenujejo generacija 2+. Na podlagi takšne sheme so izdelali domače očala "Eyecup" ali njihov ameriški analog AN / PVS-7.
Nadaljnja prizadevanja znanstvenikov za izboljšanje naprav za nočno opazovanje so bila namenjena izboljšanju fotokatode. Philipsovi inženirji so ponudili izdelavo novega polprevodniškega materiala - galijevega arzenida.
Tako so se pojavile naprave za nočno opazovanje tretje generacije. V primerjavi s tradicionalnimi večalkalnimi fotokatodami se je njihova občutljivost povečala za 30%, kar je omogočilo izvajanje opazovanj tudi v brezmerni noči brez meseca. Edina težava je bila, da bi se novi material lahko izdelal le v pogojih visokega vakuuma, in ta proces se je izkazal za zelo napornega. Zato se je izkazalo, da so stroški takšne fotokatode za nekaj večji od stroškov svojih predhodnikov. hkrati pa lahko tretja generacija NVG-jev poveča dohodno svetlobo za 100 tisoč krat. Dodate lahko tudi, da lahko samo dve državi proizvajajo galijev arzenid v industrijskem obsegu - ZDA in Rusija.
Če vidite informacije o prodaji četrte generacije NVG nekje, potem ne pozabite: najverjetneje ste prevarani. Še ne obstaja, niti ni jasno, katera merila je treba uporabiti za določitev te skupine. Čeprav se seveda raziskave za izboljšanje obstoječih "nočnih luči" izvajajo v številnih državah po svetu. Za termovizijske posnetke iščejo proračunsko zamenjavo stekla iz Nemčije, glavni problem naprav za nočno opazovanje pa je iskanje cenejše analogne fotokatode galijevega arzenida. V začetku 2000-ih so Američani napovedali nastanek nove generacije NVG-jev, vendar nekateri strokovnjaki menijo, da se lahko raje imenuje generacija 3+.
Aplikacije in možnosti
Naprave, ki omogočajo osebi, da vidi ponoči, vsako leto postajajo vse bolj priljubljene in najdejo nova področja uporabe. Sodobne "civilne" naprave za nočno opazovanje imajo dostopno ceno, zato si jih lahko privoščijo lovci, varnostne strukture in druge kategorije državljanov, ki potrebujejo nočni vid.
Najbolj zanimivo je, da so danes na trgu prisotne vse tri generacije naprav za nočno opazovanje. Številne naprave za nočno opazovanje za lov pripadajo prvi generaciji ali celo nič in imajo IR osvetlitev, kar je popolnoma nesprejemljivo za vojaške NVG-je. Na "državljana" se uporabljajo tudi naprave tretje generacije (vidne so tudi v kleti). Tehnologije, ki se uporabljajo za njihovo izdelavo, že dolgo niso bile skrivne, samo naprave so zelo drage. Področje uporabe NVD je mogoče izdelati tudi z uporabo različnih generacij.
Tudi uporaba termalnih slikovnih sredstev je že dolgo prenehala biti izključna pravica vojske. Poleg lova in opazovanja v temi se podobne naprave vse pogosteje uporabljajo v znanstvenih raziskavah. Z njihovo pomočjo, na primer, pred sprostitvijo preverijo vesoljsko plovilo: posnetek popolnoma prikazuje različne puščanja, ki lahko vodijo do katastrofe. Nepogrešljiva toplotna kamera in energija. Ta naprava lahko zlahka pokaže, kje toplota najbolj aktivno uhaja iz stavbe, in ji omogoči tudi zaznavanje krajev največjih obremenitev v električnih omrežjih. Uporabljajo se termični prikazovalniki in zdravila: glede na temperaturno karto človeškega telesa lahko naredite celo nekaj diagnoz. Vsako leto te naprave postajajo cenejše, zato se njihov obseg uporabe stalno širi.
