La visione è il modo più importante per percepire la realtà. Visivamente, otteniamo la maggior parte delle informazioni sul mondo esterno. I nostri occhi sono un meccanismo sorprendentemente complesso e perfetto, presentato per natura. Ma, sfortunatamente, le loro possibilità sono piuttosto limitate.
Una persona è in grado di percepire solo una gamma ottica molto ristretta dell'intero spettro di radiazioni elettromagnetiche (è anche chiamata la parte visibile dello spettro), inoltre, l'occhio può percepire il "quadro" solo in condizioni di illuminazione sufficiente. Ad esempio, se scende al di sotto del livello di 0,01 lux, perdiamo la capacità di distinguere i colori degli oggetti e possiamo vedere solo gli oggetti di grandi dimensioni che si trovano nelle vicinanze.
Questo è doppiamente offensivo, perché a causa di questa caratteristica della nostra visione, diventiamo quasi ciechi nell'oscurità. L'uomo ha sempre invidiato altri rappresentanti del regno animale, per i quali la nebbia notturna non è un ostacolo: gatti, gufi, lupi, pipistrelli.
Soprattutto non gli piaceva questa limitazione della visione umana nelle forze armate. Ma la situazione fu drasticamente cambiata solo verso la metà del secolo scorso, quando, grazie alle conquiste della fisica, apparvero dispositivi di visione notturna che rendevano possibile vedere la notte quasi chiaramente come durante il giorno.
Attualmente, i dispositivi per la visione notturna non sono solo negli arsenali dell'esercito, sono usati con piacere da soccorritori, cacciatori, unità di sicurezza, servizi speciali. E se parliamo di termocamere, l'elenco del loro uso è ancora più ampio.
Oggi, esiste un'enorme quantità di un'ampia varietà di tipi e tipi di dispositivi per visione notturna (NVD), realizzati sotto forma di binocoli, mono-occhiali (monoculari), mirini o occhiali normali. Tuttavia, prima di parlare del dispositivo del dispositivo per la visione notturna, dovremmo dire alcune parole sui principi fisici su cui si basa il lavoro di tali dispositivi.
Come funziona
Il funzionamento dei dispositivi per la visione notturna e degli imager termici si basa sui fenomeni fisici dell'effetto fotoelettrico interno ed esterno.
L'essenza dell'effetto fotoelettrico esterno (o emissione del fotoelettrone) è che i corpi solidi emettono elettroni sotto l'influenza della luce, che vengono catturati dal NVD. La base di qualsiasi dispositivo per la visione notturna è un intensificatore di immagini, un convertitore elettronico-ottico che cattura la debole luce riflessa, la amplifica e la trasforma in un segnale elettronico. Questo è ciò che una persona vede nell'obiettivo di un dispositivo per la visione notturna. Dovrebbe essere chiaro che nessun dispositivo di visione notturna è in grado di "vedere" nell'oscurità assoluta. È vero, ci sono anche dispositivi attivi per la visione notturna, che utilizzano la propria fonte di radiazione infrarossa per illuminare gli oggetti.
Qualsiasi dispositivo di visione notturna è costituito da tre componenti principali: ottico, elettronico e un altro ottico. La luce viene ricevuta da una lente, che poi la focalizza su un intensificatore d'immagine, dove i fotoni diventano un segnale elettronico. Il segnale massimo amplificato viene trasmesso allo schermo luminescente, dove diventa nuovamente l'immagine familiare all'occhio umano. Il design sopra descritto è generalmente caratteristico di qualsiasi generazione di dispositivi per la visione notturna, solo i moderni dispositivi di visione notturna (di seconda e terza generazione) hanno un sistema di amplificazione del segnale più avanzato.
Le termocamere, d'altra parte, catturano la propria radiazione da qualsiasi corpo o oggetto la cui temperatura è diversa dallo zero assoluto. La parte principale degli imager sono i cosiddetti bolometri: complessi fotorivelatori che catturano le onde a infrarossi. Tali sensori sono sensibili alle lunghezze d'onda corrispondenti alla gamma di temperature da -50 a +500 gradi Celsius.
In effetti, le termocamere hanno un design abbastanza semplice. Ciascuno di questi dispositivi è costituito da una lente, una matrice di imaging termico e un'unità di elaborazione del segnale, nonché una schermata sulla quale viene visualizzata l'immagine finale. Le termocamere sono di due tipi: con una matrice raffreddata e non raffreddata. I primi sono i più sensibili, costosi e massicci. La loro matrice viene raffreddata ad una temperatura da -210 a -170 ° C, solitamente per questo uso azoto liquido. Più spesso vengono utilizzati su grandi attrezzature militari (ad esempio, qualsiasi dispositivo di visione notturna del serbatoio).
Le termocamere con una matrice non raffreddata costano molto meno, sono di dimensioni più ridotte, ma la loro sensibilità è molto più bassa. Tuttavia, la maggior parte delle termocamere presenti sul mercato (fino al 97%) appartiene a questa categoria.
Una delle principali caratteristiche delle termocamere, che determinano in gran parte il loro alto costo, sono le lenti. Il fatto è che il vetro normale utilizzato nella maggior parte dei dispositivi ottici è completamente opaco alla radiazione infrarossa. Pertanto, materiali rari come il germanio sono usati per lenti di termocamere, il cui prezzo di mercato è di circa 2 mila dollari per kg. La lente di germanio medio per una termocamera costa circa 7 mila dollari, e il prezzo di una buona può arrivare a 20 mila dollari. Oggi, sia in Russia che all'estero, stanno attivamente cercando un sostituto per la Germania, che in teoria può ridurre il costo di una termocamera del 40-50%.
Storia e classificazione di NVD
La classificazione dei dispositivi per la visione notturna si basa sulla sensibilità del fotocatodo, sul grado di amplificazione della luce e sulla risoluzione al centro dell'immagine risultante. Di norma, ci sono tre generazioni di NVD. Inoltre, i dispositivi per la visione notturna in anticipo con un'ulteriore fonte di radiazione infrarossa sono spesso riferiti a una generazione separata. Nei siti Web dei produttori è possibile trovare informazioni sui dispositivi per la visione notturna delle cosiddette generazioni intermedie, come 1+ o 2+. Tuttavia, tale gradazione persegue più obiettivi di marketing di quanto non sia un riflesso delle reali differenze.
Migliorare il design di NVD e l'emergere di nuove generazioni di questi dispositivi è andato in sequenza, uno dopo l'altro. Pertanto, la classificazione dei dispositivi di visione notturna è più conveniente da considerare insieme alla storia del loro sviluppo.
Il 23 agosto 1914, vicino alla città belga di Ostenda, i tedeschi riuscirono a trovare uno squadrone britannico composto da incrociatori corazzati e cacciatorpediniere con l'aiuto di cercatori di calore. E non è facile scoprirlo - ma anche correggere il fuoco dell'artiglieria con questi dispositivi, impedendo alle navi nemiche di avvicinarsi a un porto importante. Si ritiene che da quel momento iniziò la storia dei dispositivi per la visione notturna.
Nel 1934 ci fu una vera svolta in quest'area: l'olandese Holst creò il primo convertitore elettronico-ottico al mondo (EOC). Due anni dopo, l'espatriato russo Zvorykin sviluppò un intensificatore d'immagine con messa a fuoco del segnale elettrostatico, che divenne in seguito il "cuore" del primo dispositivo di visione notturna commerciale della compagnia americana Radio Corporation of America.
Il periodo di rapido sviluppo di NVD fu la seconda guerra mondiale. Il leader nel loro sviluppo e applicazione era la Germania di Hitler. Il primo prototipo del mirino notturno fu creato dalla società tedesca Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) nel 1936, era destinato all'installazione sui cannoni anticarro da 35/36 L / 45 Pak.
Nel 1944, i cannoni anticarro tedeschi Pak 40 potevano sparare usando dispositivi per la visione notturna a una distanza massima di 700 metri. All'incirca nello stesso periodo, le forze armate della Wehrmacht ricevettero il dispositivo di visione notturna Sperber FG 1250, con il quale l'ultima grande offensiva tedesca avvenne sul Fronte Orientale vicino al Lago Balaton ungherese.
Tutti i dispositivi di visione notturna sopra elencati appartengono alla cosiddetta generazione zero. Tali dispositivi erano molto sensibili, quindi per il loro normale funzionamento era necessaria una fonte aggiuntiva di luce infrarossa. Ad esempio, ogni cinque carri armati tedeschi dotati di uno Sperber FG 1250, accompagnati da una corazzata blindata con un potente localizzatore a infrarossi Uhu ("Filin"). Inoltre, i PNV di generazione zero avevano un intensificatore di immagine sensibile a lampi luminosi di luce. Ecco perché alla fine della guerra le truppe sovietiche usavano spesso i proiettori convenzionali nell'offensiva. Hanno semplicemente accecato il PNV tedesco.
I tedeschi avevano tentativi di creare e dispositivi per la visione notturna che fornissero un campo visivo più ampio (fino a 4 km), ma a causa delle notevoli dimensioni dell'illuminatore IR, furono abbandonati. Nel 1944, un gruppo sperimentale (300 pezzi) del Vampir PNV fu inviato alle truppe, destinato all'installazione sui fucili d'assalto tedeschi Sturmgever. Oltre alla vista stessa, consisteva in un illuminatore a infrarossi e una batteria ricaricabile. Il peso totale del dispositivo ha superato i 30 kg, l'intervallo - 100 metri e il tempo di funzionamento è stato di soli 20 minuti. Nonostante queste cifre piuttosto modeste, i tedeschi hanno usato attivamente "Vampiro" nelle battaglie notturne della fase finale della guerra.
I tentativi di creare NVD di generazione zero erano nell'Unione Sovietica. Anche prima della guerra, il complesso Dudka fu sviluppato per la famiglia BT di carri armati, in seguito un sistema simile apparve per il T-34. È inoltre possibile richiamare il dispositivo di visione notturna domestico Ts-3, che è stato sviluppato per i fucili mitragliatori PPSh-41. Sono state progettate armi simili per equipaggiare unità d'assalto. Tuttavia, il NVD non ha ricevuto un uso diffuso nell'Armata Rossa. A quel tempo, i dispositivi per la visione notturna erano ancora esotici e l'Unione Sovietica durante la seconda guerra mondiale non era assolutamente all'altezza.
L'esperienza della seconda guerra mondiale ha mostrato che i dispositivi per la visione notturna hanno ottime prospettive. È diventato chiaro che questa tecnologia può cambiare seriamente il modo di condurre operazioni di combattimento non solo a terra, ma anche in aria e in mare. Tuttavia, per questo, il NVD di generazione zero ha dovuto eliminare un gran numero di difetti intrinseci, il principale dei quali era la loro bassa sensibilità. Non solo ha limitato la portata del NVD, ma ha anche forzato l'uso di un illuminatore IR ingombrante e molto energivoro con il dispositivo. Nel complesso, il design dei primi dispositivi di visione notturna era troppo complicato e non si differenziava in sufficiente affidabilità.
Ben presto, i dispositivi di prima generazione basati su tubi elettro-opto-elettrochimici con messa a fuoco elettrostatica sostituirono i primitivi dispositivi di visione notturna del periodo militare. Sono stati in grado di amplificare il segnale di ingresso diverse migliaia di volte. Questo, a sua volta, ha permesso di rifiutare un'ulteriore illuminazione. Gli illuminatori IR non solo rendevano il sistema più pesante, ma smascheravano anche il combattente sul campo di battaglia. Il picco della loro perfezione della prima generazione di NVG raggiunti negli anni '60 del secolo scorso, gli americani li usarono attivamente durante la guerra del Vietnam.
I dispositivi di visione notturna di seconda generazione sono apparsi a causa dell'emergere di una tecnologia rivoluzionaria a microcanali, questo è avvenuto negli anni '70. L'essenza di ciò era che ora le piastre ottiche erano costellate di tubi a canale cavo con un diametro di 10 μm e una lunghezza non superiore a 1 mm. Il loro numero determinava la risoluzione della piastra di guida della luce. Un fotone di luce, che cade in ciascuno di questi canali, provoca l'abbattimento di un'intera cascata di elettroni, il che aumenta notevolmente la sensibilità del dispositivo. Per la seconda generazione di NVG, il guadagno può raggiungere 40 mila volte. La loro sensibilità è 240-400 mA / lm e la risoluzione - 32-56 linee / mm.
In Unione Sovietica, gli occhiali per la visione notturna "Quaker" sono stati creati sulla base di questa tecnologia, e negli Stati Uniti - AN / PVS-5B.
Più tardi, sono comparsi dispositivi per la visione notturna in cui la lente elettrostatica è completamente assente e si verifica il trasferimento diretto degli elettroni sulla piastra del microcanale. Tali dispositivi per la visione notturna sono generalmente definiti generazione 2+. Sulla base di tale schema, sono stati realizzati occhiali da vista per uso domestico "Eyecup" o il loro analogo americano AN / PVS-7.
Ulteriori sforzi degli scienziati per migliorare i dispositivi di visione notturna erano finalizzati a migliorare il fotocatodo. Gli ingegneri di Philips si sono offerti di realizzare un nuovo materiale semiconduttore: l'arsenuro di gallio.
È così che sono apparsi i dispositivi per la visione notturna di terza generazione. Rispetto ai tradizionali fotocatodi multi-alcalini, la loro sensibilità è aumentata del 30%, il che ha permesso di effettuare osservazioni anche in una notte senza luna senza nuvole. L'unico problema era che il nuovo materiale poteva essere prodotto solo in condizioni di alto vuoto, e questo processo si è rivelato molto laborioso. Pertanto, il costo di un tale fotocatodo si è rivelato essere un ordine di grandezza superiore a quello dei suoi predecessori. allo stesso tempo, la terza generazione di NVG può amplificare la luce in arrivo di 100 mila volte. Si può anche aggiungere che solo due paesi possono produrre arseniuro di gallio su scala industriale: Stati Uniti e Russia.
Se vedi informazioni sulla vendita di NVG di quarta generazione da qualche parte, tieni presente: molto probabilmente, ti stanno ingannando. Non esiste ancora, non è nemmeno chiaro quali criteri utilizzare per determinare questo gruppo. Sebbene, naturalmente, le ricerche per migliorare le "luci notturne" esistenti siano condotte in dozzine di paesi in tutto il mondo. Per le termocamere, sono alla ricerca di una sostituzione del budget di vetro dalla Germania, il problema principale dei dispositivi di visione notturna è la ricerca di un analogo più economico di fotocatodi all'arseniuro di gallio. All'inizio degli anni 2000, gli americani hanno annunciato la creazione di una nuova generazione di NVG, ma alcuni esperti ritengono che possa essere definita la generazione 3+.
Applicazioni e prospettive
I dispositivi che consentono a una persona di vedere di notte, ogni anno stanno diventando più popolari e trovano nuove aree di applicazione. I moderni dispositivi di visione notturna "civili" hanno un prezzo accessibile, quindi i cacciatori, le strutture di sicurezza e altre categorie di cittadini che hanno bisogno della visione notturna possono permetterseli.
La cosa più interessante è che oggi tutte e tre le generazioni di dispositivi per la visione notturna sono presenti sul mercato. Molti dispositivi di visione notturna per la caccia appartengono alla prima generazione o addirittura a zero e hanno un'illuminazione a infrarossi, il che è assolutamente inaccettabile per gli NVG militari. Sul "cittadino" si usano anche i dispositivi di terza generazione (possono essere visti anche nel seminterrato). Le tecnologie utilizzate per crearle non sono state segrete per molto tempo, solo i dispositivi sono molto costosi. Scope NVD può anche essere realizzato utilizzando elementi di generazioni diverse.
L'uso di termocamere ha cessato a lungo di essere la prerogativa esclusiva dei militari. Oltre alla caccia e all'osservazione al buio, dispositivi simili sono sempre più utilizzati nella ricerca scientifica. Con il loro aiuto, ad esempio, controllano la navicella prima del lancio: il riproduttore di immagini mostra perfettamente varie perdite che possono portare a una catastrofe. Termocamera e energia termica indispensabili. Questo dispositivo può facilmente mostrare dove il calore è più attivamente in fuga da un edificio, e permetterà anche di rilevare i luoghi di massimo carico nelle reti elettriche. Le termocamere e la medicina sono utilizzate: secondo la mappa della temperatura del corpo umano, puoi persino fare delle diagnosi. Ogni anno questi dispositivi stanno diventando più economici, quindi il loro campo di applicazione è in costante espansione.
