Tầm nhìn là cách quan trọng nhất để nhận thức thực tế. Trực quan, chúng tôi nhận được hầu hết các thông tin về thế giới bên ngoài. Đôi mắt của chúng ta là một cơ chế phức tạp và hoàn hảo đáng ngạc nhiên, được trình bày cho chúng ta bởi thiên nhiên. Nhưng, thật không may, khả năng của họ có phần hạn chế.
Một người chỉ có thể cảm nhận được một phạm vi quang học rất hẹp của toàn bộ phổ bức xạ điện từ (nó còn được gọi là phần có thể nhìn thấy của phổ), hơn nữa, mắt chỉ có thể cảm nhận được hình ảnh của Đèn trong điều kiện đủ ánh sáng. Ví dụ: nếu nó giảm xuống dưới mức 0,01 lux, thì chúng ta sẽ mất khả năng phân biệt màu sắc của các vật thể và chúng ta chỉ có thể nhìn thấy các vật thể lớn ở gần đó.
Điều này đôi khi là xúc phạm, bởi vì đặc điểm này của tầm nhìn của chúng tôi, chúng tôi gần như bị mù trong bóng tối. Con người luôn ghen tị với các đại diện khác của vương quốc động vật, mà sương mù đêm không phải là một trở ngại: mèo, cú, chó sói, dơi.
Đặc biệt là không thích sự giới hạn này của tầm nhìn của con người trong quân đội. Nhưng tình hình đã thay đổi mạnh mẽ chỉ vào giữa thế kỷ trước, khi, nhờ những thành tựu của vật lý, các thiết bị nhìn đêm xuất hiện khiến nó có thể nhìn rõ vào ban đêm gần như rõ ràng vào ban ngày.
Hiện nay, các thiết bị nhìn đêm không chỉ trong kho vũ khí của quân đội, chúng còn được sử dụng với niềm vui của nhân viên cứu hộ, thợ săn, đơn vị an ninh, dịch vụ đặc biệt. Và nếu chúng ta nói về những người tưởng tượng nhiệt, danh sách sử dụng của họ thậm chí còn rộng hơn.
Ngày nay, có một số lượng lớn các loại và loại thiết bị nhìn đêm (NVD), được chế tạo dưới dạng ống nhòm, kính đơn sắc (ống nhòm), kính ngắm hoặc kính thông thường. Tuy nhiên, trước khi nói về thiết bị của thiết bị nhìn đêm, chúng ta nên nói một vài từ về các nguyên tắc vật lý mà công việc của các thiết bị đó dựa trên.
Nó hoạt động như thế nào
Hoạt động của các thiết bị nhìn đêm và hình ảnh nhiệt dựa trên các hiện tượng vật lý của hiệu ứng quang điện bên trong và bên ngoài.
Bản chất của hiệu ứng quang điện bên ngoài (hay phát xạ quang điện tử) là các vật thể rắn phát ra các electron dưới tác động của ánh sáng, được chụp bởi NVD. Cơ sở của bất kỳ thiết bị nhìn đêm nào là bộ tăng cường hình ảnh, bộ chuyển đổi quang điện tử thu ánh sáng phản xạ yếu, khuếch đại nó và biến nó thành tín hiệu điện tử. Đây là những gì một người nhìn thấy trong ống kính của một thiết bị nhìn đêm. Cần phải hiểu rằng không có thiết bị nhìn đêm nào có thể nhìn thấy được trong bóng tối tuyệt đối. Thật vậy, cũng có những thiết bị nhìn đêm hoạt động, sử dụng nguồn bức xạ hồng ngoại của riêng chúng để chiếu sáng các vật thể.
Bất kỳ thiết bị nhìn đêm nào cũng bao gồm ba thành phần chính: quang, điện tử và quang khác. Ánh sáng được nhận bởi một thấu kính, sau đó tập trung nó vào bộ tăng cường hình ảnh, nơi các photon biến thành tín hiệu điện tử. Tín hiệu khuếch đại tối đa được truyền đến màn hình phát quang, nơi nó lại trở thành hình ảnh quen thuộc với mắt người. Thiết kế trên nói chung là đặc trưng của bất kỳ thế hệ thiết bị nhìn đêm nào, chỉ những thiết bị nhìn đêm hiện đại (thế hệ thứ hai và thứ ba) có hệ thống khuếch đại tín hiệu tiên tiến hơn.
Mặt khác, các nhà tưởng tượng nhiệt thu được bức xạ của chính họ từ bất kỳ vật thể hoặc vật thể nào có nhiệt độ khác với độ không tuyệt đối. Phần chính của các hình ảnh là cái gọi là bolometer - bộ tách sóng quang phức tạp thu được sóng hồng ngoại. Các cảm biến như vậy rất nhạy cảm với các bước sóng tương ứng với phạm vi nhiệt độ từ -50 đến +500 độ C.
Trên thực tế, máy ảnh nhiệt có thiết kế khá đơn giản. Mỗi thiết bị như vậy bao gồm một ống kính, ma trận hình ảnh nhiệt và bộ xử lý tín hiệu, cũng như màn hình hiển thị hình ảnh hoàn chỉnh. Các hình ảnh nhiệt có hai loại: với ma trận được làm mát và không bị làm mát. Đầu tiên là nhạy cảm nhất, đắt tiền và lớn. Ma trận của chúng được làm lạnh đến nhiệt độ -210 đến -170 o C, thường cho việc sử dụng nitơ lỏng này. Chúng thường được sử dụng trên các thiết bị quân sự lớn (ví dụ, bất kỳ thiết bị nhìn đêm nào của xe tăng).
Các hình ảnh nhiệt với ma trận không được kiểm soát có giá thấp hơn nhiều, chúng có kích thước nhỏ hơn, nhưng độ nhạy của chúng thấp hơn nhiều. Tuy nhiên, hầu hết các hình ảnh nhiệt trên thị trường hiện nay (lên đến 97%) thuộc về thể loại này.
Một trong những tính năng chính của máy ảnh nhiệt, phần lớn quyết định chi phí cao của chúng, là ống kính của chúng. Thực tế là kính thông thường được sử dụng trong hầu hết các thiết bị quang học hoàn toàn mờ đục đối với bức xạ hồng ngoại. Do đó, các vật liệu quý hiếm như Germanium được sử dụng cho các ống kính của máy ảnh nhiệt, giá thị trường là khoảng 2 nghìn đô la mỗi kg. Ống kính Germanium trung bình cho thiết bị chụp ảnh nhiệt có giá khoảng 7 nghìn đô la và giá của một chiếc tốt có thể lên tới 20 nghìn đô la. Ngày nay, cả ở Nga và nước ngoài, họ đang tích cực tìm kiếm một sự thay thế cho Đức, theo lý thuyết có thể giảm 40-50% chi phí cho một thiết bị chụp ảnh nhiệt.
Lịch sử và phân loại của NVD
Việc phân loại các thiết bị nhìn đêm dựa trên độ nhạy của tế bào quang điện, mức độ khuếch đại của ánh sáng và độ phân giải ở trung tâm của hình ảnh thu được. Theo quy định, có ba thế hệ của NVD. Ngoài ra, các thiết bị quan sát ban đêm sớm với một nguồn bức xạ hồng ngoại bổ sung thường được gọi là một thế hệ riêng biệt. Trên trang web của các nhà sản xuất, bạn có thể tìm thấy thông tin về các thiết bị nhìn đêm của các thế hệ được gọi là trung gian, như 1+ hoặc 2+. Tuy nhiên, sự tăng cấp như vậy theo đuổi các mục tiêu tiếp thị nhiều hơn là sự phản ánh của sự khác biệt thực sự.
Cải tiến thiết kế của NVD và sự xuất hiện của các thế hệ mới của các thiết bị này diễn ra liên tục, lần lượt từng cái một. Do đó, việc phân loại các thiết bị nhìn đêm sẽ thuận tiện hơn để xem xét cùng với lịch sử phát triển của chúng.
Vào ngày 23 tháng 8 năm 1914, gần thành phố Oostende của Bỉ, người Đức đã tìm được một phi đội Anh gồm các tàu tuần dương và tàu khu trục bọc thép với sự trợ giúp của các công cụ tìm nhiệt. Và không dễ để tìm ra - nhưng cũng để điều chỉnh hỏa lực pháo binh bằng các thiết bị này, ngăn chặn tàu địch tiếp cận một cảng quan trọng. Người ta tin rằng từ thời điểm đó bắt đầu lịch sử của các thiết bị nhìn đêm.
Năm 1934 đã có một bước đột phá thực sự trong lĩnh vực này: Người Hà Lan Holst đã tạo ra bộ biến đổi quang điện tử (EOC) đầu tiên trên thế giới. Hai năm sau, Zvorykin, người nước ngoài người Nga, đã phát triển bộ tăng cường hình ảnh với khả năng tập trung tín hiệu tĩnh điện, sau này trở thành thiết bị quan sát ban đêm thương mại đầu tiên của công ty Radio Corporation of America của Mỹ.
Thời kỳ phát triển nhanh chóng của NVD là Chiến tranh thế giới thứ hai. Người đi đầu trong sự phát triển và ứng dụng của họ là Đức của Hitler. Nguyên mẫu đầu tiên của tầm nhìn ban đêm được tạo ra bởi công ty Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) của Đức vào năm 1936, nó được thiết kế để lắp đặt trên súng chống tăng Pak 35/4 L / 45.
Đến năm 1944, súng chống tăng Pak 40 của Đức có thể khai hỏa sử dụng các thiết bị nhìn đêm ở khoảng cách lên tới 700 mét. Cũng trong khoảng thời gian đó, lực lượng xe tăng Wehrmacht Khan đã nhận được thiết bị nhìn đêm Sperber FG 1250, sử dụng cuộc tấn công lớn cuối cùng của Đức diễn ra ở Mặt trận phía Đông gần Hồ Balaton của Hungary.
Tất cả các thiết bị nhìn đêm ở trên thuộc về cái gọi là thế hệ không. Các thiết bị như vậy rất nhạy cảm, vì vậy để hoạt động bình thường, cần có thêm một nguồn ánh sáng hồng ngoại. Ví dụ, cứ năm xe tăng Đức được trang bị Sperber FG 1250, đi kèm với một tàu sân bay bọc thép có bộ định vị hồng ngoại mạnh mẽ Uhu ("Filin"). Ngoài ra, PNV thế hệ 0 có bộ tăng cường hình ảnh nhạy cảm với các tia sáng chói. Đó là lý do tại sao vào cuối cuộc chiến, quân đội Liên Xô thường sử dụng đèn rọi thông thường trong cuộc tấn công. Họ chỉ đơn giản là bịt mắt PNV Đức.
Người Đức đã cố gắng tạo ra và các thiết bị nhìn đêm sẽ cung cấp phạm vi tầm nhìn lớn hơn (lên tới 4 km), nhưng do kích thước đáng kể của đèn chiếu sáng hồng ngoại, chúng đã bị bỏ rơi. Năm 1944, một lô thử nghiệm (300 chiếc.) Của Vampir PNV đã được gửi đến quân đội, dự định lắp đặt trên súng trường tấn công Sturmgever của Đức. Ngoài tầm nhìn, nó bao gồm một đèn chiếu sáng hồng ngoại và pin sạc. Tổng trọng lượng của thiết bị vượt quá 30 kg, phạm vi - 100 mét và thời gian hoạt động của nó chỉ là 20 phút. Bất chấp những con số khá khiêm tốn này, người Đức vẫn tích cực sử dụng Ma cà rồng Ma cà rồng trong các trận chiến đêm của giai đoạn cuối của cuộc chiến.
Nỗ lực tạo ra NVD thế hệ 0 đã ở Liên Xô. Ngay cả trước chiến tranh, tổ hợp Dudka đã được phát triển cho gia đình xe tăng BT, sau đó, một hệ thống tương tự đã xuất hiện cho T-34. Bạn cũng có thể nhớ lại thiết bị nhìn đêm trong nước Ts-3, được phát triển cho súng tiểu liên PPSh-41. Vũ khí tương tự đã được lên kế hoạch để trang bị cho các đơn vị tấn công. Tuy nhiên, NVD không được sử dụng rộng rãi trong Hồng quân. Vào thời điểm đó, các thiết bị nhìn đêm vẫn còn kỳ lạ, và Liên Xô trong Thế chiến II chắc chắn không phụ thuộc vào nó.
Kinh nghiệm của Chiến tranh thế giới thứ hai cho thấy các thiết bị nhìn đêm có triển vọng tuyệt vời. Rõ ràng là công nghệ này có thể thay đổi nghiêm trọng cách thức tiến hành các hoạt động chiến đấu không chỉ trên đất liền, mà cả trên không và trên biển. Tuy nhiên, để làm được điều này, NVD thế hệ 0 đã phải loại bỏ một số lượng lớn các lỗ hổng vốn có, trong đó chính là độ nhạy thấp. Nó không chỉ giới hạn phạm vi của NVD, mà còn buộc phải sử dụng đèn chiếu sáng hồng ngoại cồng kềnh và rất tốn năng lượng với thiết bị. Nhìn chung, thiết kế của các thiết bị nhìn đêm đầu tiên quá phức tạp và không khác biệt về độ tin cậy.
Chẳng mấy chốc, các thiết bị thế hệ đầu tiên dựa trên các ống điện-quang điện với sự tập trung tĩnh điện đã thay thế các thiết bị nhìn đêm nguyên thủy của thời kỳ quân sự. Họ có thể khuếch đại tín hiệu đầu vào vài nghìn lần. Điều này, đến lượt nó, có thể từ chối ánh sáng bổ sung. Các đèn chiếu sáng hồng ngoại không chỉ không cần thiết làm cho hệ thống nặng hơn mà còn lột mặt nạ máy bay chiến đấu trên chiến trường. Đỉnh cao của sự hoàn hảo của họ về thế hệ NVG đầu tiên đạt được vào thập niên 60 của thế kỷ trước, người Mỹ đã tích cực sử dụng chúng trong Chiến tranh Việt Nam.
Các thiết bị nhìn đêm thế hệ thứ hai xuất hiện do sự xuất hiện của công nghệ vi kênh mang tính cách mạng, điều này đã xảy ra vào những năm 70. Bản chất của nó là bây giờ các tấm quang được gắn với các ống kênh rỗng có đường kính 10 m và chiều dài không quá 1 mm. Số lượng của chúng xác định độ phân giải của tấm dẫn sáng. Một photon ánh sáng, rơi vào mỗi kênh này, khiến toàn bộ dòng electron bị đánh bật ra, điều này làm tăng đáng kể độ nhạy của thiết bị. Đối với thế hệ thứ hai của NVG, mức tăng có thể đạt tới 40 nghìn lần. Độ nhạy của chúng là 240-400 mA / lm và độ phân giải - 32-56 dòng / mm.
Ở Liên Xô, kính bảo hộ nhìn đêm "Quaker" đã được tạo ra trên cơ sở công nghệ này và tại Hoa Kỳ - AN / PVS-5B.
Sau đó, các thiết bị nhìn đêm xuất hiện trong đó ống kính tĩnh điện hoàn toàn không có và việc chuyển điện tử trực tiếp sang tấm vi kênh diễn ra. Các thiết bị nhìn đêm như vậy thường được gọi là thế hệ 2+. Trên cơ sở sơ đồ như vậy, kính mắt trong nước "Eyecup" hoặc AN / PVS-7 tương tự của họ đã được chế tạo.
Những nỗ lực tiếp theo của các nhà khoa học để cải thiện các thiết bị nhìn đêm đã nhằm cải thiện tế bào quang điện. Các kỹ sư của Philips đã đề nghị chế tạo nó từ một vật liệu bán dẫn mới - gallium arsenide.
Đó là cách các thiết bị nhìn đêm thế hệ thứ ba xuất hiện. So với các máy quang điện đa kiềm truyền thống, độ nhạy của chúng trở nên cao hơn 30%, điều này giúp chúng ta có thể thực hiện các quan sát ngay cả trong một đêm không trăng. Vấn đề duy nhất là vật liệu mới chỉ có thể được chế tạo trong điều kiện chân không cao, và quá trình này hóa ra rất tốn công sức. Do đó, chi phí của một photathode như vậy hóa ra là một thứ tự cường độ cao hơn so với những người tiền nhiệm của nó. đồng thời, thế hệ thứ ba của NVG có thể khuếch đại ánh sáng tới 100 nghìn lần. Bạn cũng có thể thêm rằng chỉ có hai quốc gia có thể sản xuất gallium arsenide ở quy mô công nghiệp - Hoa Kỳ và Nga.
Nếu bạn thấy thông tin về việc bán NVG thế hệ thứ tư ở đâu đó, thì hãy ghi nhớ: rất có thể, bạn đang bị lừa dối. Nó chưa tồn tại, thậm chí còn không rõ tiêu chí nào để sử dụng để xác định nhóm này. Mặc dù, tất nhiên, nghiên cứu để cải thiện "đèn ngủ" hiện có được thực hiện ở hàng chục quốc gia trên thế giới. Đối với các nhà tưởng tượng nhiệt, họ đang tìm kiếm một sự thay thế ngân sách từ thủy tinh từ Đức, vấn đề chính của các thiết bị nhìn đêm là việc tìm kiếm một loại tương tự rẻ hơn của các máy phát quang gallium arsenide. Vào đầu những năm 2000, người Mỹ tuyên bố tạo ra một thế hệ NVG mới, nhưng một số chuyên gia tin rằng nó có thể được gọi là thế hệ 3+.
Ứng dụng và triển vọng
Các thiết bị cho phép một người nhìn thấy vào ban đêm, hàng năm đang trở nên phổ biến hơn và tìm các lĩnh vực ứng dụng mới. Các thiết bị nhìn đêm "dân sự" hiện đại có giá cả phải chăng, vì vậy thợ săn, cấu trúc an ninh và các loại công dân khác cần tầm nhìn ban đêm có thể mua được.
Điều thú vị nhất là ngày nay cả ba thế hệ thiết bị nhìn đêm đều có mặt trên thị trường. Nhiều thiết bị nhìn đêm để săn bắn thuộc thế hệ đầu tiên hoặc thậm chí bằng không và có đèn chiếu sáng hồng ngoại, điều này hoàn toàn không thể chấp nhận được đối với các NVG quân sự. Trên "công dân" cũng được sử dụng và các thiết bị thế hệ thứ ba (chúng có thể được nhìn thấy ngay cả trong tầng hầm). Các công nghệ được sử dụng để tạo ra chúng đã không còn bí mật trong một thời gian dài, chỉ là các thiết bị rất đắt tiền. Phạm vi NVD cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các yếu tố của các thế hệ khác nhau.
Việc sử dụng các hình ảnh nhiệt cũng từ lâu đã không còn là đặc quyền riêng của quân đội. Ngoài việc săn bắn và quan sát trong bóng tối, các thiết bị tương tự ngày càng được sử dụng nhiều trong nghiên cứu khoa học. Chẳng hạn, với sự giúp đỡ của họ, họ kiểm tra tàu vũ trụ trước khi phóng: thiết bị chụp ảnh hiển thị hoàn hảo các rò rỉ khác nhau có thể dẫn đến thảm họa. Không thể thiếu hình ảnh nhiệt và năng lượng. Thiết bị này có thể dễ dàng hiển thị nơi nhiệt thoát ra từ tòa nhà một cách tích cực nhất và cũng sẽ cho phép nó phát hiện những nơi có tải tối đa trong lưới điện. Các hình ảnh nhiệt và thuốc được sử dụng: theo bản đồ nhiệt độ của cơ thể người, bạn thậm chí có thể đưa ra một số chẩn đoán. Hàng năm, các thiết bị này đang trở nên rẻ hơn, vì vậy phạm vi ứng dụng của chúng đang dần mở rộng.
