החזון הוא הדרך החשובה ביותר לתפוס את המציאות. חזותית, אנחנו מקבלים את רוב המידע על העולם החיצון. העיניים שלנו הן מנגנון מורכב ומושלם להפליא, המוצגות בפנינו בטבע. אבל, למרבה הצער, האפשרויות שלהם מוגבלות במקצת.
אדם מסוגל לתפוס רק טווח אופטי צר מאוד של כל הספקטרום של קרינה אלקטרומגנטית (זה נקרא גם החלק הגלוי של הספקטרום), יתר על כן, העין יכולה לתפוס את "התמונה" רק בתנאי תאורה מספקת. לדוגמה, אם הוא נופל מתחת לרמה של 0.01 לוקס, אז אנחנו מאבדים את היכולת להבחין בין הצבעים של חפצים ואנחנו יכולים לראות רק חפצים גדולים הנמצאים בקרבת מקום.
זה מעליב כפליים, כי בגלל תכונה זו של החזון שלנו, אנחנו הופכים כמעט עיוורים בחושך. האדם תמיד קינא בנציגים אחרים של ממלכת החי, שעבורם ערפל הלילה אינו מכשול: חתולים, ינשופים, זאבים, עטלפים.
במיוחד לא אהב את ההגבלה הזאת של חזון אנושי בצבא. אבל המצב השתנה באופן דרסטי רק באמצע המאה הקודמת, כאשר, בזכות הישגי הפיזיקה, הופיעו מכשירי ראיית לילה המאפשרים לראות בלילה כמעט בבירור כמו ביום.
נכון לעכשיו, מכשירי ראיית לילה הם לא רק בארסנל של הצבא, הם משמשים בהנאה על ידי המצילים, הציידים, יחידות הביטחון, שירותים מיוחדים. ואם אנחנו מדברים על imagers תרמית, את רשימת השימוש שלהם הוא אפילו רחב יותר.
כיום, יש כמות עצומה של מגוון רחב של סוגים וסוגים של מכשירי ראיית לילה (NVD), שנעשו בצורה של משקפת, משקפי שמש (מונוקולרים), מראות או משקפיים רגילים. עם זאת, לפני שאנחנו מדברים על המכשיר של מכשיר ראיית לילה, אנחנו צריכים לומר כמה מילים על העקרונות הפיזיים שעליו מבוסס על העבודה של מכשירים כאלה.
איך זה עובד
הפעולה של מכשירי ראיית לילה ו imagers תרמית מבוססת על תופעות פיזיות של האפקט הפוטואלקטרי הפנימי והחיצוני.
המהות של האפקט הפוטואלקטרי החיצוני (או פליטת הפוטואלקטרון) היא שגופים מוצקים פולטים אלקטרונים תחת השפעת האור, שנלכדים על ידי ה- NVD. הבסיס של כל מכשיר ראיית לילה הוא מגביר תמונה, ממיר אלקטרונים אופטיים אשר לוכדת את האור המוחזר חלש, מגביר אותו והופך אותו אות אלקטרוני. זה מה שאדם רואה בעדשה של מכשיר ראיית לילה. יש להבין כי אין מכשיר ראיית לילה מסוגל "לראות" בחושך מוחלט. נכון, יש גם מכשירים פעילים ראיית לילה, אשר להשתמש מקור משלהם של קרינה אינפרא אדום להאיר אובייקטים.
כל מכשיר ראיית לילה מורכב משלושה מרכיבים עיקריים: אופטי, אלקטרוניים ועוד אופטי. אור מתקבל על ידי עדשה, אשר מתמקדת בו על תמונה מגביר, שבו פוטונים הופכים אות אלקטרוני. האות המוגבר המקסימלי מועבר למסך הזוהר, שבו הוא הופך שוב לתמונה המוכרת לעין האנושית. העיצוב הנ"ל הוא בדרך כלל אופייני לכל דור של מכשירי ראיית לילה, רק המודרני ראיית לילה התקנים (הדור השני והשלישי) יש מערכת הגברה אות מתקדמים יותר.
הדמיות תרמיות, לעומת זאת, ללכוד את הקרינה שלהם מכל גוף או חפץ שהטמפרטורה שלהם שונה מאפס מוחלט. החלק העיקרי של imagers הם שנקרא בולומטר - photodetectors מורכבים ללכוד גלי אינפרא אדום. חיישנים אלה רגישים לאורכי גל המתאימים לטווח הטמפרטורה מ -50 עד +500 מעלות צלסיוס.
למעשה, imagers תרמית יש עיצוב פשוט למדי. כל מכשיר כזה מורכב עדשה, מטריקס הדמיה תרמית יחידת עיבוד אותות, כמו גם מסך שבו התמונה סיים מוצג. דימויים תרמיים הם משני סוגים: עם מטריצה מקוררת ולא מסודרת. הראשון הם הרגישים ביותר, יקר מסיבית. המטריצה שלהם מקורר לטמפרטורה של -210 ל -170 מעלות צלסיוס, בדרך כלל לשימוש בחנקן נוזלי זה. לעתים קרובות יותר הם משמשים על ציוד צבאי גדול (למשל, כל טנק מכשיר ראיית לילה).
דמיון תרמי עם מטריקס unooled עלות הרבה פחות, הם קטנים יותר בגודל, אבל הרגישות שלהם היא הרבה יותר נמוכה. עם זאת, רוב imagers תרמית כי הם על השוק היום (עד 97%) שייכים לקטגוריה זו.
אחד המאפיינים העיקריים של imagers תרמית, אשר קובע במידה רבה את העלות הגבוהה שלהם, הן עדשות שלהם. העובדה היא כי זכוכית רגילה בשימוש ברוב התקנים אופטיים הוא אטום לחלוטין לקרינה אינפרא אדום. לכן, חומרים נדירים כגון גרמניום משמשים עדשות של imagers תרמית, מחיר השוק של אשר על 2,000 דולר לק"ג. העדכון הממוצע גרמניום עבור תרמית imager עלויות על 7000 דולר, ואת המחיר של אחד טוב יכול להגיע עד 20 אלף דולר. כיום, הן ברוסיה והן בחו"ל, הם מחפשים באופן פעיל תחליף לגרמניה, אשר בתיאוריה יכול להפחית את העלות של תרמי תרמי על ידי 40-50%.
היסטוריה וסיווג של NVD
הסיווג של מכשירי ראיית לילה מבוסס על הרגישות של photocathode, את מידת ההגברה של האור, ואת ההחלטה במרכז התמונה המתקבלת. ככלל, ישנם שלושה דורות של NVD. בנוסף, התקני ראיית לילה מוקדמים עם מקור נוסף של קרינה אינפרא אדומה מופנים לעתים קרובות לדור נפרד. באתרי האינטרנט של היצרנים ניתן למצוא מידע על מכשירי ראיית לילה של מה שנקרא דורות הביניים, כמו 1 + או 2 +. עם זאת, כזה הדרגתיות רודף מטרות שיווקיות יותר מאשר היא השתקפות של הבדלים אמיתיים.
שיפור העיצוב של NVD ואת הופעתם של דורות חדשים של מכשירים אלה הלך ברצף, בזה אחר זה. לכן, הסיווג של מכשירי ראיית לילה הוא יותר נוח לשקול יחד עם ההיסטוריה של הפיתוח שלהם.
ב- 23 באוגוסט 1914, ליד העיר האוסטית הבלגית, הצליחו הגרמנים למצוא טייסת בריטית המורכבת משריוניות משוריינות ומשחתות בעזרת מחפשי חום. וזה לא קל לגלות - אלא גם לתקן אש ארטילרית עם מכשירים אלה, למנוע את ספינות האויב להתקרב נמל חשוב. הוא האמין כי מאותו רגע החלה ההיסטוריה של מכשירי ראיית לילה.
בשנת 1934 היתה פריצת דרך אמיתית בתחום זה: ההולנדי הולסט יצר את האלקטרונים הראשונים אלקטרונים אופטי ממיר (EOC). שנתיים לאחר מכן, הרוסי expat Zvorykin פיתחה תמונה מגביר עם אות אלקטרוסטטית התמקדות, אשר מאוחר יותר הפך את "הלב" של מכשיר לראיית לילה מסחרי הראשון של החברה האמריקאית רדיו תאגיד של אמריקה.
תקופת הפיתוח המהיר של NVD הייתה מלחמת העולם השנייה. מנהיג הפיתוח והיישום שלהם היה גרמניה של היטלר. האב-טיפוס הראשון של מראה הראייה בלילה נוצר על ידי החברה הגרמנית Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) בשנת 1936, והיא נועדה להתקנה על תותחי הטילים נגד טנקים של פאק 35/36 L / 45.
עד 1944, תותחים אנטי-טנקים גרמניים של פאק 40 יכלו לירות באמצעות מכשירי ראיית לילה במרחק של עד 700 מטרים. בערך באותו זמן, כוחות הטנקים של הוורמאכט קיבלו את מכשיר הראייה של ה- FG 1250 של Sperber, שבו השתמשה המתקפה הגרמנית הגדולה האחרונה בחזית המזרחית ליד אגם בלאטון ההונגרי.
כל התקני הראיית לילה הנ"ל שייכים לדור שנקרא אפס. מכשירים כאלה היו רגישים מאוד, ולכן לצורך הפעולה הרגילה שלהם היה צורך במקור נוסף של אור אינפרא אדום. לדוגמה, כל חמישה טנקים גרמניים מצוידים ב - Sperber FG 1250, מלווים במשאית שריון עם מאתר אינפרא אדום חזק Uhu ("Filin"). בנוסף, PNVs אפס דור היה תמונה מגביר רגיש הבזקים בהירים של אור. זו הסיבה שבסופו של דבר, חיילים סובייטים השתמשו לעתים קרובות בזרקורים רגילים במתקפה. הם פשוט עיוורו את ה- PNV הגרמני.
הגרמנים ניסו ליצור מכשירי ראיית לילה, שיספקו טווח ראייה גדול יותר (עד 4 ק"מ), אך בשל גודלו הרב של מואר ה- IR הם ננטשו. בשנת 1944, אצווה ניסיונית (300 יח '). של Vampir PNV נשלח אל החיילים, מיועד להתקנה על רובה גרמני Sturmgever רובים. בנוסף למראה עצמו, הוא כלל תאורת אינפרא אדום וסוללה נטענת. המשקל הכולל של המכשיר עלה על 30 ק"ג, הטווח - 100 מטר, וזמן הפעולה שלו היה רק 20 דקות. למרות הדמויות הצנועות למדי, הגרמנים השתמשו באופן פעיל ב"ערפד "בקרבות הלילה של השלב הסופי של המלחמה.
ניסיונות ליצור אפס דור ה- NVD היו בברית המועצות. עוד לפני המלחמה פותח קומפלקס הדודקה למשפחת הטנקים של ב.ט., מאוחר יותר מערכת דומה הופיעה עבור ה- T-34. אתה יכול גם זוכר את מכשיר ראיית לילה המקומי Ts-3, אשר פותחה עבור PPSh-41 תת מקלע. אמצעי לחימה דומים נועדו לצייד יחידות תקיפה. עם זאת, ה- NVD לא קיבל שימוש נרחב בצבא האדום. באותו זמן, מכשירי ראיית לילה היו עדיין אקזוטיים, ברית המועצות במהלך מלחמת העולם השנייה בהחלט לא עמד בזה.
הניסיון של מלחמת העולם השנייה הראה כי מכשירי ראיית לילה יש לקוחות מצוינים. התברר כי טכנולוגיה זו יכולה לשנות באופן רציני את אופן ניהול פעולות הלחימה לא רק ביבשה, אלא גם באוויר ובים. אולם, לשם כך, ה- NVD של הדור האפס נאלץ להיפטר ממספר רב של פגמים מובנים, שהעיקריים שבהם היו הרגישות הנמוכה שלהם. זה לא רק להגביל את טווח של NVD, אלא גם נאלץ להשתמש מאיר מגושם מאוד אנרגיה אינטנסיבית עם המכשיר. ככלל, העיצוב של מכשירי הראייה בלילה היה מסובך מדי ולא היה שונה במהימנות מספקת.
בקרוב, התקני הדור הראשון המבוססים על צינורות אלקטרו-אופטו-אלקטרוכימיים עם התמקדות אלקטרוסטטית החליפו את מכשירי הראייה הליליים הפרימיטיביים של התקופה הצבאית. הם הצליחו להגביר את האות קלט כמה אלפי פעמים. זה, בתורו, אפשר לסרב תאורה נוספת. IR illuminators לא רק גרם שלא לצורך את המערכת, אבל גם חשף את הלוחם בשדה הקרב. שיא השלמות שלהם של הדור הראשון של NVGs הגיעו על ידי 60 של המאה הקודמת, האמריקאים פעיל בהם במהלך מלחמת וייטנאם.
הדור השני לראיית לילה התקנים הופיע עקב הופעתה של הטכנולוגיה microchannel מהפכנית, זה קרה בשנות ה -70. המהות של זה היה כי עכשיו לוחות אופטיים היו משובץ צינורות צינור חלול עם קוטר של 10 מיקרומטר אורך של לא יותר מ 1 מ"מ. מספרם קבע את הרזולוציה של לוחית האור. פוטון של אור, נופל לתוך כל הערוצים האלה, גורם מפל שלם של אלקטרונים להיות דפק, אשר הגדילה מאוד את הרגישות של המכשיר. עבור הדור השני של NVG, הרווח יכול להגיע 40 אלף פעמים. הרגישות שלהם היא 240-400 mA / lm, ואת ההחלטה - 32-56 שורות / מ"מ.
בברית המועצות, משקפי ראיית לילה "Quaker" נוצרו על בסיס טכנולוגיה זו, ובארה"ב - AN / PVS-5B.
מאוחר יותר, מכשירי ראיית לילה הופיע שבו העדשה אלקטרוסטטית נעדר לחלוטין והעברת ישירה של אלקטרונים לצלחת microchannel מתרחש. התקנים כאלה ראיית לילה מכונים בדרך כלל דור 2 +. על בסיס של תוכנית כזו, משקפיים המקומי "Eyecup" או אנלוגי שלהם AN / PVS-7 נעשו.
מאמצים נוספים של מדענים לשפר מכשירי ראיית לילה נועדו לשפר את photocathode. מהנדסי פיליפס הציעו לעשות את זה מתוך חומר מוליך למחצה חדש - גליום ארסניד.
כך הופיעו מכשירי הראייה של הדור השלישי. בהשוואה לצילום פוטו-קתולי מסורתי רב-בסיסי, הרגישות שלהם עלתה ב -30%, דבר שאפשר לבצע תצפיות אפילו בלילה חסר ירח ללא עננים. הבעיה היחידה היתה שהחומר החדש יכול להיעשות רק בתנאי ואקום גבוה, והתהליך הזה התברר כמייגע מאוד. לכן, העלות של photocathode כזה התברר בסדר גודל גבוה מזה של קודמיו. בו זמנית, הדור השלישי של NVGs יכול להגביר את האור הנכנס על ידי 100 אלף פעמים. ניתן גם להוסיף כי רק שתי מדינות יכול לייצר arsenide גליום בקנה מידה תעשייתי - ארצות הברית ורוסיה.
אם אתה רואה מידע על מכירת הדור הרביעי של NVG איפשהו, אז זכור: סביר להניח שאתה שולל. זה עדיין לא קיים, זה אפילו לא ברור אילו קריטריונים להשתמש כדי לקבוע קבוצה זו. אמנם, כמובן, מחקר כדי לשפר את "אורות הלילה" הקיימים מתבצע בעשרות מדינות ברחבי העולם. עבור imagers תרמית, הם מחפשים החלפת תקציב של זכוכית מגרמניה, הבעיה העיקרית של מכשירי ראיית לילה היא לחפש אנלוגי זול יותר של photocathodes גליום ארסניד. בתחילת שנות ה -2000, האמריקאים הודיעו על יצירת דור חדש של NVGs, אבל כמה מומחים מאמינים כי זה יכול להיקרא דור 3 +.
יישומים וסיכויים
התקנים המאפשרים לאדם לראות בלילה, כל שנה הופכים פופולריים יותר למצוא אזורים חדשים של היישום. מודרני "האזרחי" ראיית לילה התקנים יש מחיר סביר, כך ציידים, מבני אבטחה, וקטגוריות אחרות של אזרחים הזקוקים לראיית לילה יכול להרשות לעצמם.
הדבר המעניין ביותר הוא שהיום כל שלושה דורות של מכשירי ראיית לילה נמצאים בשוק. מכשירי ראיית לילה רבים עבור ציד שייכים לדור הראשון או אפילו לאפס ויש להם תאורה IR, וזה בהחלט מקובל על NVGs צבאיים. על "אזרח" משמשים גם התקני הדור השלישי (הם נראים אפילו במרתף). הטכנולוגיות המשמשות ליצור אותם לא היו סודיים במשך זמן רב, רק מכשירים יקרים מאוד. Scope NVD יכול גם להתבצע באמצעות אלמנטים של דורות שונים.
השימוש בדמיונות תרמיים חדל מזמן להיות הבלעדי של הצבא. בנוסף לציד ותצפית בחושך, מכשירים דומים משמשים יותר ויותר במחקר מדעי. בעזרתם, למשל, הם בודקים את החללית לפני השקתה: הדמיית מראה לחלוטין דליפות שונות שעלולות להוביל לאסון. תרמי תרמי חיוני ואנרגיה. מכשיר זה יכול בקלות להראות היכן החום הוא פעיל ביותר לברוח מבניין, וגם תאפשר לו לזהות מקומות של עומס מקסימלי ברשתות חשמל. הדמיות תרמיות ורפואה משמשים: על פי מפת הטמפרטורה של גוף האדם, אתה יכול אפילו לעשות כמה אבחנות. מדי שנה, מכשירים אלה הופכים להיות זולים יותר, כך היקף היישומים שלהם הוא בהתמדה.
