Меню Рубрики

Когда были изобретены очки ночного видения

На протяжении всей истории своего развития, человек стремился стать совершеннее. Не имея крыльев, он построил крылатые машины, и стал летать как птица. Он изобрел акваланг и научился плавать и погружаться в пучины океана, как рыба. Извечной мечтой человека оставалось видеть в темноте, как кошка. Но осуществление этой мечты стало одной из наиболее трудных задач, так как потребовало серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Предпосылкой для создания приборов ночного видения стало открытие в 19 веке инфракрасного (теплового) излучения. Однако, устройство, способное «видеть» предметы не в оптическом (видимом), а в инфракрасном (тепловом) диапазоне спектра было создано лишь в 1934 г. Этот момент принято считать началом эры ночного видения. Развитие приборов ночного видения можно разбить на ряд этапов, с которыми связано появление их определенных поколений. Каждое последующее поколение отличалось от предыдущего большей дальностью видения, лучшим качеством изображения, снижением массы и габаритов, увеличением времени работы, повышением стойкости к воздействию световых помех и целым рядом других преимуществ. Главным признаком, по которому различаются поколения приборов ночного видения (ПНВ), является их основной элемент – электронно-оптический преобразователь (ЭОП), предназначенный для преобразования невидимого глазом инфракрасного изображения в видимое и усиления его по яркости.

Первый работоспособный электронно-оптический преобразователь (ЭОП) был разработан Холстом с соавторами в исследовательском центре фирмы “Филипс” (Голландия) в 1934 году. Он остался известен как “стакан Холста”. Его схема, иллюстрирующая принцип действия, приведена на рис. 1.

Рис. 1. Принцип действия “стакана Холста”

Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоское дно которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к ним высоковольтное напряжение, создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. В качестве фоточувствительного слоя в “стакане Холста” использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод (или S-1), имевший довольно низкую чувствительность, хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 оС. Эти недостатки позволяли использовать ЭОП только в активном режиме, то есть с подсветкой наблюдаемого изображения инфракрасным (ИК) прожектором. Появление первых ЭОП в условиях предвоенной обстановки вызвало значительный интерес. “Стакан Холста” был доработан до уровня серийного производства фирмой EMI (Англия), и с 1942 по 1945 год их было выпущено несколько тысяч штук (рис.2).

Рис. 2. Первые серийные образцы “стакана Холста”.

Из-за недостатков первых ЭОП приборы ночного видения (ПНВ) отличались большой массой и габаритами, а также невысоким качеством изображения. Те не менее, на основе первых ЭОП было создано большое число приборов ночного видения: ночных прицелов, ночных биноклей, систем ночного вождения автотранспорта. В канун второй мировой войны в Германии появились ночные прицелы (бильдвандлер) (рис.3), которые давали возможность вести стрельбу по цели ночью на расстоянии 50-70 м.

Рис. 3 Немецкий электронно-оптический прицел (бильдвандлер), (1942 г.).

Весьма успешно Германия применяла ПНВ для обеспечения действий своих танков и боевых машин. В результате Советская армия понесла серьезные потери в боях в районе венгерского озера Балатон. Чтобы уравнять шансы и лишить противника возникшего преимущества, советское командование вынуждено было подсветить зенитными прожекторами поле боя при форсировании реки Одер. Именно желание «засветить» ночные прицелы противника, а не пресловутая «психическая» атака была истинной причиной применения зенитных прожекторов в ночном танковом бою. Последующее развитие приборов ночного видения привело к открытию “мультищелочного фотокатода” (S-20), состоящего из арсенидов натрия и калия, активированных цезием. Такой фотокатод уже 40 лет служит основой большинства ЭОП практически всех типов. Сегодня ЭОП нулевого поколения сняты с производства во всем мире и заменены более эффективными, но и более дорогими преобразователями последующих поколений. Только в России и некоторых странах СНГ еще можно купить ПНВ 0-го поколения. Их стоимость обычно составляет $100-200. Слабые характеристики позволяют рассматривать такие приборы только как сувениры или игрушки. Тем не менее, они нашли свою нишу на рынке, определив нижний ценовой диапазон ПНВ.

источник

Здравствуйте, друзья. Я неоднократно читал о, якобы первом, испытании приборов ночного видения для танков только в 44-м или 45-м на «Пантерах». Если внимательно изучить историю,
то ещё в предвоенные годы в нашей стране велись работы по созданию различных приборов, повышавших огневую мощь танка и расширявших возможности его боевого использования в любое время суток и в различных климатических условиях.
С 1935 г. в лаборатории В. И. Архангельского началась разработка приборов ночного видения (ПНВ) на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП). Такой преобразователь в ту пору состоял из «фотокатода, испускающего электроны при освещении его инфракрасным светом, и люминесцирующего экрана, светящегося видимым светом при ударе об его поверхность электронов, излучаемых фотокатодом». Объект наблюдения освещался инфракрасным прожектором, свет которого был невидим простым глазом. Подобные работы велись и за рубежом, технология везде была засекречена. Советские ученые самостоятельно весьма успешно решали сложные задачи получения полупрозрачных фотокатодов, экранов, источников питания и т. д. В середине 30-х годов из открытой печати исчезли публикации по ИК технике — началось предвоенное соревнование ведущих держав в области ночного видения. И вновь, как и в случае с телевидением, талант В. И. Архангельского, П. В. Тимофеева и их соратников вывел их на передовой уровень разработки ПНВ.
Так, на НИБТ полигоне в 1937 г. на танке БТ-7 были испытаны и рекомендованы к серийному производству прожекторы для ведения стрельбы ночью. Несмотря на ряд недостатков и в целом сырую конструкцию, военных прибор устроил.

В 1939–1940 гг. прошли испытания на танке БТ-7 отечественных инфракрасных приборов ночного видения, получивших наименования «Шип» и «Дудка». Основой комплекса «Шип» были перископические очки для экипажа танка, которые в сочетании с инфракрасной подсветкой обеспечивали возможность действия в условиях слабого освещения.

Испытания усовершенствованного комплекта «Дудка» прошли на НИБТ полигоне в июне 1940 г., а затем и в январе — феврале 1941 г. В комплект входили перископические инфракрасные очки для механика-водителя и командира танка, два инфракрасных прожектора мощностью по 1 кВт диаметром 140 мм, блок-пульт, отдельный инфракрасный сигнальный фонарь и комплект электрокабелей к прожекторам и очкам.

Масса очков без нашлемного крепления (налобный щиток, боковые растяжки и ремни) составляла 750 г, угол зрения — 24°, дальность видения — до 50 м. Приборы ночного видения были изготовлены заводом № 211 НКЭП. Эти приборы в основном, удовлетворяли ТТТ ГАБТУ РККА и обеспечивали возможность вождения машин в ночных условиях, однако громоздкость и несовершенство конструкции инфракрасных очков, а также трудность их использования, особенно в зимнее время, потребовали их дальнейшей конструктивной доработки, которая не была окончательно сделана из-за начавшейся Великой Отечественной войны.

На протяжении всей войны для облегчения движения танков в условиях плохой видимости, заводом №237, совместно с Государственным оптическим институтом (ГОИ) и Всероссийским электротехническим институтом велись работы по созданию ночных активных инфракрасных приборов — подсветочных светосигнальных приборов для вождения танков в колоннах. С конца 1942 г. и до осени 1944 г. конструкторами завода №237 Коневым и Гладилиным, совместно с ГОИ велись работы по созданию «приборов ночного вождения к танкам Т-34».

Осенью 1944 г. инфракрасный прибор ночного видения механика-водителя ИКН-8, установленный в танке Т-34-85 прошёл испытания на НИБТ полигоне. Полученные при проектировании, изготовлении и испытаниях результаты. Были использованы при создании приборов ночного видения в первом послевоенном периоде советского танкостроения. Одновременно с испытаниями системы для танков БТ-7 сотрудники ВЭИ разрабатывали приборы ночного видения для кораблей. Их размеры позволяли не ужимать габариты аппаратуры до потери всех качеств, поэтому в том же 37-м удалось сделать прототип системы с дальностью действия порядка 500 метров. И снова инфракрасные прожектора и фотоэлектроника не позволили использовать их в бою. Зато ИК-лучи превосходно подходили для корабельной навигации. Началось мелкосерийное производство корабельных инфракрасных систем.

По окончании Великой Отечественной войны советские инженеры и ученые получили возможность сравнить свои разработки и их немецкие аналоги. Как оказалось, немецкая аппаратура по своим показателям практически не отличалась от отечественной. И это не удивительно: перед войной обе страны находились в примерно равных технологических условиях. Поэтому качественных отличий между разработками практически не было. Зато имелись количественные. На территорию Германии война пришла только в 45-м, поэтому им не было нужно эвакуировать предприятия, налаживать выпуск продукции или даже отстраивать заводы с нуля.

источник

Советские «ночники» начинались без всякого импорта, в СССР приборы ночного видения были созданы одновременно с немцами.

Приборы ночного видения (ПНВ) и тепловизоры для российской армии долгое время собирались на базе иностранных элементов. Лишь недавно предприятиям корпорации «Ростех» удалось наладить производство отечественных матриц для бронетехники и других родов войск.

Но в истории нашей страны был период, когда с нуля создавались «ночники» силами советских конструкторов. При этом советские ученые в 1930-х гг. шли «ноздря в ноздрю» с немецкими конструкторами, которые были мировыми лидерами технологических решений.


Советский прибор ночного видения «Дудка» для механика-водителя

Первый прибор ночного видения был изобретен практически одновременно с немецкими конструкторами в 1935 году. Испытания «ночников» противоборствующим странам пришлось проводить уже на фронте.

За семь лет до начала войны в лаборатории В.И. Архангельского советские ученые начали разработку приборов ночного видения для военной техники. Опыт Первой мировой войны показал растущую роль ночных боев, скрытных перемещений сухопутных и морских группировок для внезапных ударов. Красной армии нужны были «ночные глаза». Разработка наведения и прицеливания велась по принципу электронно-оптического преобразователя (ЭОП). Объект освещался инфракрасным прожектором, невидимым человеческому глазу. Размеры прожектора для танков достигали 15–20 сантиметров. Первый испытательный макет был создан в 1937 г. для кораблей, где размер прожектора был не важен. Прибор позволял морской эскадре перемещаться в темноте, указывая инфракрасными датчиками друг другу безопасный путь, а также наблюдать за судами противника на расстоянии 500 метров. Приборы носили название Ц-1 и Ц-2.

В это же время инженер-конструктор Соломон Валк разработал концепцию планирующих торпед с самолетов, наводящихся инфракрасным лучом с самолетов на цель. Система получила название «Квант», и в 1938 г. испытания были успешно пройдены.

Еще раньше, в 1927 г., советские конструкторы начали разрабатывать первый тепловизор для обнаружения военно-морской техники. В то время их называли теплопеленгаторами. Уже в середине 1930-х гг. теплообнаружители применялись для охраны базы торпедных катеров в Ленинградской области. Одновременно советские тепловизоры испытывали на выявление самолетов и танков вероятного противника. Так, полутораметровый пеленгатор улавливал сторожевые корабли за 15 км, миноносцы за 20 км, подводные лодки при всплытии за 4 километра. В поиске танков успехов достигнуто не было. Это было связано со слабым сигналом пеленгатора, которого хватало для водной глади, но было недостаточно для суши при наличии брони вокруг двигателя.
Советские ученые решили сосредоточиться на разработке приборов ночного видения для бронетехники и стрелкового оружия.

За два года до начала войны на полигоне прошли испытания ПНВ «Шип» и «Дудка» на танке БТ-7. Комплект состоял из перископических инфракрасных очков для механика-водителя и командира, двух инфракрасных прожекторов мощностью по 1кВт и диаметром 14 см, блок-пульта, инфракрасного сигнального фонаря и толстого кабеля, соединяющего очки и прожектор. Дальность видения была небольшой и составляла 50 метров. Такие ограничения позволяли использовать прибор только для управления танком в темноте. Но громоздкость очков и неудобство их использования во время движения вынудило военный комитет отправить в январе 1941 г. ПНВ на доработку.

Начало войны через полгода внесло свои коррективы, изменив приоритеты. Сил и ресурсов на ПНВ для танков выделялось меньше, а цель прибора свелась к использованию инфракрасного прожектора для ночной координации танковой колонны во время передислокации. С конца 1942 по 1945 г. Государственный оптический институт и Всероссийский электротехнический институт вели работы по созданию ПНВ для Т-34. Испытания проходили не на полигонах, а сразу в прифронтовой зоне, и курировались лично главнокомандующим Сталиным.

По воспоминаниям генерала Н.И. Бирюкова, после того как один из испытательных танков был захвачен немцами на Западном фронте, товарищ Сталин заявил виновникам: «Вам обоим по „Железному кресту“ от Гитлера».
Массовое производство ПНВ во время войны не состоялось. Приборы поступали на флот и танковые дивизии в качестве испытательных образцов. Так, Черноморский флот летом 1941 г. располагал 15 комплектами корабельных систем ночного видения, а к осени получил еще 18 приборов. Сухопутные бронетанковые войска начали получать ПНВ только к 1943 г. малыми испытательными партиями, которые запрещалось применять в боях. Дальность действия приборов не превышала 150–200 м и годилась только для перемещения колонн.

В ходе войны немцы также работали над созданием ПНВ для танков, но процесс двигался медленно. Только в 1939 г. немецкая фирма AEG представила фюреру первый образец инфракрасного прицела для войск. Испытания на артиллерийской пушке PaK 35/36 не удовлетворили военных. Только в 1944 г. AEG смогла создать ПНВ для пушки PaK 40 с прицеливанием на 400 м и выпустить 1 тысячу приборов для армии. Генерал танковых войск Г. Гудериан, оценив в 1943 г. «ночники» на испытаниях, распорядился оснастить ими новые танки «Пантера».

Если советским конструкторам удалось создать прибор наблюдения, то немцы смогли продвинуться чуть дальше, разработав ПНВ для прицеливания. Но времени для внедрения катастрофически не хватало. В 1945 г. было оснащено 54 танка «Пантера» из опытной партии приборов в количестве 310 штук. После войны практически все немецкие разработки получили в свое распоряжение британцы и американцы. В США были вывезены все военные конструкторы для продолжения разработок, в том числе доктор Х. Гертнер, создавший WaPruf 8 для сухопутных войск.

Советская армия активно использовала испытательные образцы в инженерных войсках и разведке. В первую очередь велось наблюдение за передним краем обороны, обеспечение переправ, наблюдение из дзотов. В 1943 г. появился первый прибор ночного видения для разведчиков Ц-3, который крепился на пистолет-пулемет Шпагина (ППШ). Секретное оружие получали штурмовые инженерно-саперные бригады и СМЕРШ НКВД под расписку о неразглашении.

В то же время начали испытывать инфракрасные приборы для авиации. Маяк с самолета был виден группе локации с земли на расстоянии до 40 км, а кодовые мигающие огни — до 8 километров. Приборы давали возможность проводить в будущем диверсионные высадки и распознавать свои самолеты с тайных аэродромов в тылу врага. Массовое производство приборов ночного видения началось только в середине 1950-х годов. По воспоминаниям конструктора Игоря Землянского, первые ПНВ получил новый танк Т-54, на котором штатно были установлены приборы ночного видения для водителя, командира и наводчика.

источник

Если возникает необходимость усилить видимость в темноте, сделать тот или иной объект настолько четким, чтобы его можно было наблюдать и даже изучать, то на помощь придет прибор ночного видения (night vision). Изначально он разрабатывался для оборонных целей, однако в последнее время ПНВ, как его еще называют, используется для многих других нужд.

Это устройство, работа которого основана на способности преобразовывать неразличимое инфракрасное излучение в видимое для человеческого глаза. Кроме этого, прибор усиливает низкий уровень яркости на наблюдаемом объекте, который создается свечением ночного неба, Луны или звезд. Используют ПНВ пограничные, таможенные, спасательные службы, спецподразделения ФСБ, МВД и так далее. Такие приборы находят применение в производственном технологическом контроле, при добыче полезных ископаемых, для наблюдений за астрономическими объектами и ночного ориентирования на местности.

Читайте также:  Xbox live карта оплаты 4200 очков

Разработки этих приборов велись еще до начала Второй мировой войны в разных странах. Первый прибор ночного видения появился в нацистской Германии в 1936 г. Это устройство применялось на противотанковых пушках. К окончанию Великой Отечественной войны прототипы подобных приборов, обеспечивающих ночное видение, появились и на вооружении Красной армии. Поначалу эти устройства использовались на танках, затем на флоте, в авиации, в прицелах к стрелковому оружию.

Специалисты классифицируют приборы ночного видения по типу установленного ЭОП:

  1. 0 поколение. Такие прототипы night vision использовались в немецкой армии и устанавливались на противотанковых пушках.
  2. 1 поколение. Эти приборы появились во время проведения военных действий во Вьетнаме. Они работали с рассеянным светом, усиливая его в 1000 раз. Позже, благодаря началу развития волоконной оптики, устройство было усовершенствовано.
  3. 2 поколение. В 80-х годах прошлого века американские ученые разработали улучшенный прибор с усилителем, имеющим микроканальную пластину. Со временем были разработаны ПВН, отличающиеся высокой частотой фотокатода, благодаря чему улучшилось качество изображения на всем экране.
  4. 3 поколение. Такой ЭОП имеет принципиальные отличия в фотокатоде, который сейчас изготавливается из арсенида галлия. Приборы ночного видения такого типа являются новой эволюционной ступенью в развитии ПВН.

Принцип работы прибора ночного видения заключается в следующем:

  1. Свет, попадая в объектив, фокусируется на стенке преобразователя точно так же, как и в любом фотоаппарате.
  2. Преобразователь усиливает полученное изображение, делая его четким и ярким.
  3. Пользователь видит в объективе необходимое изображение.

Преобразователь – это трубка с герметично запаянными концами, из которой откачан воздух. На ее передней стенке нанесен полупроводник, а на задней – люминофор. К передней стенке подключается минус, а к задней – плюс. После подачи напряжения слабо различимое изображение попадает на фотокатод, с которого выбиваются электроны и направляются к аноду. При попадании на люминофор, они вызывают его свечение. Здесь совсем неважно, какой электрон попадает на фотокатод: ультрафиолетовый или инфракрасный. Изображение в любом случае будет черно-зеленым.

Если сравнить прибор ночного видения с тепловизором, то можно заметить, что эти устройства различаются между собой по техническим характеристикам, назначению, по принципу действия и ценовой доступности. ПНВ усиливает изображения, имеющие слабую яркость. С его помощью человек может видеть картинки в диапазоне от темно-красного до фиолетового и воспринимать только отраженный свет. В темноте ПНВ будет работать с инфракрасной подсветкой. Используется прибор ночного видения для охоты, при охране различных объектов, для других гражданских и военных нужд.

Тепловизоры предназначены для визуализации теплового излучения. Они помогают увидеть, какая температура того или иного участка изучаемого объекта по сравнению с соседними, более холодными или теплыми. Тепловизор будет работать только, если есть тепловой контраст с определенным фоном. Такое устройство будет полезно при дневном свете, в сумерках и в полной темноте, позволяя обнаружить людей и технику, животных на фоне снега или листвы. Сильный дождь является помехой в работе тепловизора, поскольку водяные струи будут экранировать тепловое излучение от объектов.

Эти устройства могут использоваться при выполнении многих задач, особенно в тех случаях, когда нет солнечного освещения и невозможно воспользоваться электроприборами. Приборы ночного видения, их виды и классификация зависят от тех целей, которые они могут выполнять:

Это устройство схоже по внешнему виду с подзорной трубой и смотреть в такой прибор ПНВ можно только одним глазом. Зато этот доступный вариант имеет небольшой вес и размеры, его конструкция проста и надежна, а цена невысока. Монокуляр может крепиться на специальном оголовье или шлеме-каске. Устройство обеспечивает видение при ночной освещенности без подсветки. Используют его в туризме, на охоте, для охраны территорий и проведения ремонтных работ.

В этом устройстве, в отличие от предыдущего, присутствует бинокулярное зрение, что позволяет пользователю реальнее и точнее оценить увиденное изображение. Бинокли – приборы ночного видения с двумя монокулярами, которые соединены в общую конструкцию. В них есть возможность многократно увеличивать картинку, которая при этом остается отчетливо видной. Используется бинокль как для гражданских, так и для военных целей для наблюдения за далеко расположенными объектами.

В очках используется один ЭОП, но благодаря оптике зрительный сигнал разводится отдельно на каждый глаз. Такой комплект, состоящий из объектива и двух окуляров крепится на шлеме или голове с помощью ремней, при этом руки у человека остаются свободными. Такие очки ночного видения для водителей и охотников становятся все более популярными и востребованными. Из-за того, что в очках ночного видения отсутствует функция приближения, расстояния до объектов оцениваются вполне адекватно. Используют такой прибор при вождении транспорта, ночной стрельбе.

Конструкция такого устройства схожа с монокулярами, однако прицел может накручиваться на оружие, а цель через него можно рассмотреть во всех мельчайших подробностях. Такой прицел зачастую применяют для гражданских целей, например, ими пользуются охотники для стрельбы в ночное время по движущимся целям. Кроме этого, военный прибор ночного видения сегодня используется во многих армиях мира. Прицелы бывают двух видов:

  • прибор ночного видения цифровой;
  • прицел на основе электронно-оптического преобразователя.

Прежде, чем приобрести ПНВ, каждый должен для себя решить, каким целям он должен отвечать и для чего будет использоваться. Выбирая прибор ночного видения для автомобиля или охоты, следует учитывать такие характеристики:

  1. Диаметр объектива. Линзовый должен собрать как можно больше света от наблюдаемого объекта, поэтому для получения яркой картинки нужно выбирать прибор с большим объективом.
  2. Поле зрения. Указывается в градусах, при этом, чем больший этот показатель, тем лучше будет работать прибор.
  3. Фокусировка. Этот показатель имеет определенный диапазон, который должен соответствовать требованиям потребителя. При проблемах со зрением необходимо уточнить, имеет ли прибор современного ночного видения диоптрийную коррекцию окуляра.
  4. Разрешающая способность. Она измеряется в количестве штрихов в одном миллиметре. Мелкие детали лучше рассмотреть в ПНВ с высоким разрешением.
  5. Габариты и вес. Особенно важен этот показателей для прицелов, которые могут существенно утяжелять винтовку. Оптимальную конструкцию будут иметь модели с более дорогим прибором.

Для того чтобы изготовить самодельный прибор ночного видения, надо заранее заготовить все необходимые составные части:

  1. Экран для наблюдения – его можно снять со старой видеокамеры.
  2. Видоискатель – может быть черно-белым или цветным.
  3. Камера – та, которая идет в комплекте с видеокамерой для изготавливаемого прибора не подойдет, нужную можно купить в магазине, где продаются системы видеонаблюдения.
  4. 4-6 инфракрасных излучателей – приобретаются в магазине радиотоваров.

Соединяем, припаивая, проводки: общий на камере и видеовыход с общим на видеоискателе и видеовходом. После этого подключаем инфракрасные излучатели. Остается вставить полученный самодельный ПНВ в корпус и включить питание. Помните, что камера и видоискатель должны работать на одном напряжении, зачастую это 5 или 12 В. Как видим, собрать прибор ночного или сумеречного видения, владея минимальными навыками, совсем просто.

источник

Первые прицелы ночного видения в интересах Вермахта начали разрабатываться фирмой AEG в 1939 году. По современной классификации эти устройства являлись активными приборами ночного видения «нулевого» поколения. Их отличало низкое качество изображения, так как электронно-оптические преобразователи ещё не могли усилить имеющийся свет в достаточном количестве. Наблюдение велось в ближнем ИК- диапазоне, особенностью которого является отсутствие естественных источников излучения, кроме солнца. Устройства в темноте ничего не видели без подсветки, поэтому требовался специальный источник освещения – инфракрасный прожектор.

В целом изделие представляло собой ночной прицел, совмещённый с обычным 30-см поисковым фонарем, снабженным инфракрасным фильтром. Устройство планировалось устанавливать на противотанковую 37-мм пушку Pak-35/36. Но с появлением у противника, в массовых количествах, танков с противоснарядной броней, боевая ценность орудия снизилась до нуля.

Осенью 1942 года была представлена новая версия прицела, для установки на 75-мм орудие Pak-40 и противотанковую самоходную установку «Мардер II». Повышение эффективности устройства достигалось за счёт увеличения диаметра, мощности прожектора и совмещения прибора с телескопическим дальномером. Устройство позволяло вести борьбу с бронетехникой противника на расстояниях до 400 метров. Но в целом, это была та же самая экспериментальная установка, отличавшаяся слабой чувствительностью и низким качеством изображения.

В 1943 году в войска поступила новая модификация прицелов ночного видения, получившая обозначение FG 1250. Устройство предназначалось для установки на новейшие боевые машины «Пантера» и состояло из 30-см осветительного фонаря и конвертера изображения, переводящего ИК-излучение в видимый свет. Приборы ночного видения размещались на технике в двух вариантах комплектации: вариант (А) Sperber («Ястреб-перепелятник») и Вариант (В) Biwa.

Существенным недостатком оборудования являлась его крайняя чувствительность к ярким вспышкам, приводившая к засветке аппаратуры и даже выходу её из строя. Кроме того, несмотря на то, что эффективную дальность действия прицела удалось повысить до 600-700 метров, даже такое расстояние сводило на нет все преимущества мощного 75-мм орудия «Пантеры».

В попытке исправить положение, компания Zeiss-Jena предложила повысить мощность прибора, увеличив размеры прожектора до 60 см. Попытка установить столь громоздкий осветитель на «Пантерах» не получила поддержки у танкистов. Но выход был найден. Мощный 60-см зенитный прожектор с поворотной установкой был размещён на бронетранспортёре поддержки SdKfz 251/20 «Falke» (Infrascheinwerfer). Система получила обозначение «UHU» («Филин»). Машина, подсвечивая ночную местность ИК-излучением, позволяла вести эффективный огонь по технике противника на расстоянии до полутора километров.

В ночных условиях три таких бронетранспортёра должны были составлять ядро боевой группы, состоящей из четырёх «Пантер» с ИК-приборами. Четвёртой машиной поддержки был обычный бронетранспортер, оборудованный приборами ночного видения. Он предназначался для перевозки отделения панцергренадеров вооружённых штурмовыми винтовками StG-44 «Штурмгевер» с инфракрасными прицелами «Вампир».

Учитывая общее состояние дел на фронтах, бронетранспортеры с прожекторными ИК-установками были выпущены в крайне ограниченном количестве и применялись на поле боя из расчёта один на пять танков.

По настоящему серийное производство приборов ночного видения (до 1000 единиц в месяц) немцам удалось развернуть только к концу 1944 года. В это время они стали входить в стандартную комплектацию выходящих с завода танков «Пантера». Кроме того, есть упоминания об оснащении ИК-прицелами самоходок «Ягдпантера».

Подразделения, оснащённые «Пантерами» с приборами ночного видения, в декабре 1944 – феврале 1945 года, в составе танковых дивизий СС, принимали участие в наступлении в районе озера Балатон. На направлениях главных ударов немцам удалось взломать мощную противотанковую оборону и глубоко вклиниться в советские боевые порядки. Командование Красной Армии особо отмечало применение противником новых тактических приёмов, ранее не характерных для германских танковых войск, прежде всего – ночные атаки.

Из воспоминаний участников войны известно, что «Пантеры» оснащённые специальными прицелами, вероятно 116-й танковой дивизии, можно было встретить во время немецкого наступления в Арденнских лесах.

В апреле 1945 года «Пантеры» с ИК-приборами в комплектации Biwa поступили на вооружение танковой дивизии «Клаузевиц». К слову сказать, танковые экипажи этой дивизии были укомплектованы не «зелёными» мальчиками, а инструкторами Путлосской танковой школы, что в сочетании с новейшей техникой давало неплохие результаты. Так, 12 апреля 1945 года в ночном бою у местечка Юльцен танкистам удалось уничтожить взвод английских крейсерских танков «Комета», считавшихся лучшими танками Королевских вооруженных сил.

Помимо своего непосредственного назначения – наведения на цель оружия, приборы в ночное время использовались для наблюдения за передним краем, определения дальности до целей, наблюдения за результатами огня и его корректирования. По мнению отдельных исследователей, именно наличие приборов ночного видения, стало одной из причин использования советскими войсками зенитных прожекторов, для создания эффекта «засветки», при ночном форсировании Одера и штурме Берлина.

В 1943 году на вооружение немецкой пехоты поступил инфракрасный прицел ночного видения, получивший обозначение Zielgerät 1229 (ZG 1229) Vampir («Вампир»). Изделие устанавливалось на штурмовую винтовку StG-44 «Штурмгевер» и пулемёты MG-34 и MG-42. В комплект устройства входили: прицел, ИК-фонарь, малая батарея питания прицела в противогазном футляре и батарея питания, в укупорке, размещавшаяся за спиной стрелка. Общий вес устройства составлял около 16 кг. Эффективная прицельная дальность устройства не превышала 100 метров. Время работы — 20 минут. Для подзарядки прибора во фронтовых условиях был предусмотрен небольшой генератор с ручным приводом. Перед выходом на «ночную охоту» необходимо было просто вручную подзарядить устройство.

Опытное мелкосерийное производство «Вампиров» удалось наладить к концу 1944 года, однако, первая партия, в количестве 310 экземпляров, поступила в армейские части только в феврале 1945 года. Очередное «вундерваффе» использовалось преимущественно на Восточном фронте. Появление диковинного оружия, вероятно, было замечено на отдельных участках фронта, но на общей картине боевых действий никак не сказалось.

Спасибо что дочитали до конца. Если понравилась публикация ставьте «лайк» и будете видеть посты чаще. И конечно же, подписывайтесь на канал, будет ещё много интересного.

источник

Тридцатые годы прошлого века стали одним из периодов особо бурного развития электроники. В частности, именно в это время появились первые пригодные для практического использования фотоэлектронные приборы. Одна ветвь развития этого направления породила телевидение и современное цифровое видео, а вторая привела к появлению электронно-оптических преобразователей (ЭОП), являющихся основой для приборов ночного видения. Кроме того, на основе ЭОП можно было создать немало полезной техники различного назначения, использующей в своей работе инфракрасное излучение.

Первые попытки применить ИК-лучи на практике относятся ко второй половине тридцатых. В 1938 году начались испытания самонаводящейся планирующей торпеды (ПТ). Этот боеприпас должен был сбрасываться с самолета ТБ-3 или подобного ему по размерам и грузоподъемности, после чего самостоятельно искать цель. Для обеспечения наведения на цель самолет оснащался комплексом «Квант». В фюзеляже испытательного самолета ТБ-3 разместили аппаратуру комплекса, а в носовой части была смонтирована платформа целеуказателя. На управляемой качающейся в двух плоскостях раме были установлены три инфракрасных прожектора. Предполагалось, что оператор системы будет держать их лучи на цели, а торпеда станет наводиться на отраженное излучение. Предварительные испытания системы «Квант» показали ее принципиальную работоспособность. Однако в дело вмешалось отсутствие современного носителя. Из-за установленной на самолете аппаратуры бомбардировщик ТБ-3 терял примерно 4-5% максимальной скорости, что при его летных данных было особенно ощутимо. Также нарекания вызывали габариты и масса самолетной части комплекса «Квант». Было рекомендовано до определенного времени не торопиться с принятием «Кванта» и ПТ на вооружение и доводить систему до ума. Со временем планировалось вместо ТБ-3 использовать в качестве носителя бомбардировщик ТБ-7 (Пе-8). Однако 19 июля 1940 года проект по разработке планирующих торпед и всей сопутствующей аппаратуры был свернут. Все участвовавшие в нем организации были «переброшены» на другие, более актуальные направления.

Одновременно с началом испытаний комплекса «Квант» сотрудники Всероссийского электротехнического института им. Ленина представили готовый прототип прибора ночного видения. Разработка лаборатории В. Архангельского имела в своей основе электронно-оптический преобразователь. Этот преобразователь имел фотокатод и люминисцирующий экран. Для работы прибора был необходим отраженный от окружающих объектов инфракрасный свет. Надо заметить, подобная система используется до сих пор, хотя и вынуждена конкурировать с другими типами приборов ночного видения.

Сначала, в 1937 году, на полигоне был испытан прототип прибора ночного видения и инфракрасного прожектора подсвета для танка БТ-7. Несмотря на ряд недостатков и в целом сырую конструкцию, военных прибор устроил. Наркомат обороны рекомендовал продолжить доводку собственно ПНВ, а прожектор для него разрешили запускать в серию. В 1939 году на полигон НИИ Бронетехники было отправлено сразу два комплекса аппаратуры для ночного вождения. Это были системы «Шип» и «Дудка». Основой комплекса «Шип» были перископические очки для экипажа танка, которые в сочетании с инфракрасной подсветкой обеспечивали возможность действия в условиях слабого освещения. Комплекс «Дудка» по своей идеологии был аналогичен «Шипу», но имел лучшие характеристики. Благодаря использованию сразу двух инфракрасных прожекторов мощностью по одному киловатту каждый, а также из-за новой версии ЭОП «Дудка» позволяла видеть объекты, находящиеся на расстоянии около 50 метров. Естественно, в бою от таких систем не было почти никакой пользы – 50 метров это явно не дистанция танкового боя. Тем не менее, военные увидели в «Шипе» и «Дудке» прекрасное средство облегчения перемещения войск в сложных условиях. Наркомат обороны распорядился продолжать совершенствование приборов ночного видения и начинать подготовку производственных мощностей для их серийного изготовления.

Читайте также:  Xbox one для чего нужны очки g

Одновременно с испытаниями системы для танков БТ-7 сотрудники ВЭИ разрабатывали приборы ночного видения для кораблей. Размеры плавсредств позволяли не ужимать габариты аппаратуры до потери всех качеств, поэтому в том же 37-м удалось сделать прототип системы с дальностью действия порядка 500 метров. И снова инфракрасные прожектора и фотоэлектроника не позволили использовать их в бою. Зато ИК-лучи превосходно подходили для корабельной навигации. Началось малосерийное производство корабельных инфракрасных систем.

Начало Великой Отечественной войны плохо сказалось на всей стране, в том числе и на ВЭИ. Потеря множества производственных мощностей сначала не позволила развернуть полноценное серийное производство, а затем были регулярные проблемы с доводкой новых конструкций. Тем не менее, к началу войны только Черноморский флот располагал 15-ю комплектами корабельных систем ночного видения. К середине осени моряки-черноморцы получат еще 18. Уже в самом начале войны на Черноморском флоте заметили одну интересную вещь: при использовании инфракрасных навигационных огней немцы не видели их и не начинали обстрел фарватера. Поэтому сначала на новую систему был переведен вход в порт Севастополя, а затем при первой же возможности ИК-огнями оснастили и другие порты Черного моря. К 1943 году весь Черноморский флот был оборудован пеленгационными системами «Омега-ВЭИ» и биноклями «Гамма-ВЭИ». Благодаря полному оснащению новой техникой в том же году инфракрасная подсветка стала основным средством ограждения фарватеров.

В том же 43-м году инфракрасная техника снова вернулась в авиацию. Весь год шли полигонные испытания, а в декабре в район Смоленска было отправлено несколько биноклей «Гамма-ВЭИ». Быстро выяснилось, что для обеспечения визуальной разведки с воздуха они пригодны не в полной мере. Зато ИК-аппаратура снова оказалась полезной для навигации. При помощи бинокля «Гамма-ВЭИ» оснащенный инфракрасным прожектором самолет был виден с расстояния до 40 километров. В свою очередь, летчики могли видеть подсвеченные инфракрасным излучением посадочные знаки на расстояниях до 4-5 км.

В середине 1944 года были начаты испытания инфракрасных наблюдательных приборов для танка Т-34. Первым был доведен прибор ночного видения ИКН-8, предназначенный для механика водителя. С прибором для командира и наводчика работы шли тяжелее – сказывались особенности их размещения внутри бронемашины. Поэтому первые аппараты со сносными характеристиками не только для механика-водителя появились только после войны.

Осенью 43-го сотрудники Всероссийского электротехнического института на основе бинокля «Гамма-ВЭИ» сделали ночной прицел для стрелкового оружия. По понятным причинам, его не удалось укомплектовать прожектором подсвета. Тем не менее, при использовании внешнего источника ИК-излучения система работала неплохо. Претензии снова вызывала небольшая дальность действия – даже в конце войны у лучших прототипов этот показатель не превышал 150-200 метров.

По окончании Великой Отечественной войны советские инженеры и ученые получили возможность сравнить свои разработки и их немецкие аналоги. Как оказалось, хваленая немецкая аппаратура по своим показателям практически не отличалась от отечественной. И это не удивительно: перед войной обе страны находились в примерно равных технологических условиях. Поэтому качественных отличий между разработками практически не было. Зато имелись количественные. На территорию Германии война пришла только в 45-м, поэтому нацистам не было нужно эвакуировать предприятия, налаживать выпуск продукции или даже отстраивать заводы с нуля. Вероятно, если бы не эти первоочередные задачи, на фронтах «Пантерам» с инфракрасными приборами противостояли бы Т-34 с не менее совершенным оборудованием.

По материалам сайтов:
http://russianengineering.narod.ru/
http://tsushima.su/
http://army-news.ru/

Заметили ош Ы бку Выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

источник

Источник: журнал «Специальная Техника»

Несовершенство собственной природы, компенсируемое гибкостью интеллекта, непрерывно толкало человека к поиску. Желание летать как птица, плавать как рыба, или, скажем, видеть ночью подобно кошке, воплощались в действительность по мере достижения требуемых знаний и технологий. Научные изыскания часто подстегивались нуждами военной деятельности, а результаты определялись существующим технологическим уровнем.

Расширение диапазона зрения для визуализации недоступной для глаз информации является одной из наиболее трудных задач, так как требует серьезной научной подготовки и значительной технико-экономической базы. Первые успешные результаты в этом направлении были получены в 30-х годах ХХ века. Особенную актуальность проблема наблюдения в условиях низкой освещенности приобрела в ходе Второй мировой войны. Ее практическая реализация предоставила возможность действовать в сумерках и ночью без использования источников видимого света.

Первые успехи применения техники ночного видения, еще не осознанные общественностью, сделали войну при свете звезд мечтой военных специалистов. На достижение результатов были затрачены колоссальные средства, выделяемые как правительствами, так и ведущими фирмами развитых стран. О “победе над ночью” заговорили уже во время войны в Персидском заливе. Последующие конфликты в Югославии и Чечне сделали ночной бой неизбежным атрибутом современной войны.

Естественно, усилия, затраченные в этом направлении, привели к прогрессу в научных исследованиях, медицине, техники связи и других областях. Адаптированные для индивидуального использования, аналоги военной техники находят все более широкое применение для нужд правоохранительных органов, служб охраны, спасения, задач навигации, среди любителей ночной охоты и т.п. Изменение конъюнктуры рынка, ставшей следствием глобальной реструктуризации экономики из-за падения ряда политических барьеров в последние десятилетия, привело к стремительной коммерциализации продукции современного высокотехнологичного производства. В итоге, результаты научно-технических разработок, основанные на знаниях о волнах оптического диапазона не только видимой области спектра, но и инфракрасного (ИК) излучения, сегодня стали доступными потребительским товарам.

К сожалению, вопросы техники ночного видения, открыто обсуждавшиеся в широких кругах развитых стран, в СССР (России) были ориентированы только на представителей ВПК и непосредственных разработчиков. Краткая ретроспектива истории приборов ночного видения (ПНВ) и обзор современного состояния данного сегмента рынка оптоэлектронной продукции призваны, отчасти, восполнить этот пробел.

Принцип действия классического ПНВ основан на преобразовании ИК-излучения, создаваемого на наблюдаемом объекте свечением ночного неба, звездами и луной, в видимый свет. Функциональная блок-схема оптического тракта современного ПНВ представлена на рис. 1.

Рис. 1. Функциональная блок-схема оптического тракта современного ПНВ

  1. Объект наблюдения
  2. Корпус ПНВ
  3. Объектив
  4. ЭОП со встроенными МКП, ВОЭ и ВИП
  5. Окуляр
  6. Элементы питания, обычно пальчиковые батарейки (типа АА)
  7. Встроенная ИК-подсветка

Изображение наблюдаемого объекта через объектив проецируется в перевернутом виде на входное стекло электронно-оптического преобразователя, представляющего собой “высоковакуумную лампу” с двумя плоскими торцами, входным и выходным окнами соответственно. На внутренней стороне входного окна нанесен тонкий полупрозрачный слой светочувствительного материала (фотокатод), испускающий электроны при поглощении квантов света. На внутренней стороне входного окна находится слой люминофора, материала, излучающего свет при попадании на него электрона (экран). Перенос электронов, эмитированных фотокатодом, обеспечивается электростатическим полем, для чего к фотокатоду и экрану приложено напряжение в несколько кВ. Полученное на экране изображение рассматривается через окуляр.

В современных конструкциях ЭОП для усиления изображения используется вторично-эмиссионный усилитель или микроканальная пластина (МКП), устанавливаемая между фотокатодом и экраном. МКП позволяет получить усиление в десятки тысяч раз, а в некоторых ЭОП специального назначения – до 10 7 раз, что достаточно для регистрации единичных фотонов.

Входное и выходное окна ЭОП выполняются на плоском стекле или на волоконно-оптической пластине (ВОП). Для оборота изображения на 180 о в качестве выходной ВОП используется волоконно-оптический оборачивающий элемент (ВОЭ), он же твистер. В более сложных конструкциях для оборота изображения используется бинокулярный окуляр или дополнительный линзовый оборачивающий элемент.

Несмотря на простоту конструкции и минимальное количество узлов, к каждому элементу ПНВ предъявляются довольно высокие и часто противоречивые требования. Очевидно, наиболее сложным и ответственным узлом ПНВ, определяющим как его предельные параметры, так и цену, является ЭОП. Историю рождения и совершенствования этого узла следует считать показательной для технократической эпохи.

Первый преобразователь был разработан Холстом с соавторами в исследовательском центре фирмы “Филипс” (Голландия) в 1934 году. Он остался известен как “стакан Холста”. Его схема, иллюстрирующая принцип действия, приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принцип действия “стакана Холста”

Этот ЭОП представлял собой два вложенных друг в друга стакана, на плоские донышки которых и наносились фотокатод и люминофор. Приложенное к этим слоям высоковольтное напряжение, создавало электростатическое поле, обеспечивающее прямой перенос электронного изображения с фотокатода на экран с люминофором. В качестве фоточувствительного слоя в “стакане Холста” использовался серебряно-кислородно-цезиевый фотокатод (или S-1), имевший довольно низкую чувствительность (рис. 3), хотя и работоспособный в диапазоне до 1,1 мкм. К тому же, этот фотокатод обладал высоким уровнем шумов, для устранения которых требовалось охлаждение до минус 40 о С.

Рис. 3. Кривые спектральной чувствительности фотокатодов ЭОП

1. S-1;
2. S-20;
3. S-25;
4. S-25R (2 + );
5.GaAs;
6. Near IR GaAs

Эти недостатки позволяли использовать ЭОП только в активном режиме, то есть с подсветкой наблюдаемого изображения ИК-прожектором. Кроме того, изображение на экране получалось нерезким. Расстояние между фотокатодом и экраном следовало делать возможно малым из-за разлета электронов, покидающих фотокатод под различными углами. В “стакане Холста” оно составляло несколько мм и сократить его было невозможно по технологическим причинам.

Появление первых ЭОП в условиях предвоенной обстановки вызвало значительный интерес. “Стакан Холста” был доработан до уровня серийного производства фирмой EMI (Англия), и с 1942 по 1945 год их было выпущено несколько тысяч штук (рис.4).

Рис. 4. Первые серийные образцы “стакана Холста”.

Из-за “букета” недостатков ранних ЭОП первые ПНВ отличались значительными массогабаритными параметрами и энергопотреблением, а также невысоким качеством изображения.

Тем не менее, они активно применялись в ходе Второй мировой войны всеми сторонами. Весьма успешным оказалось применение ПНВ с ИК-прожекторами Германией для обеспечения действий боевых машин. В результате Советская армия понесла серьезные потери в боях в районе венгерского озера Балатон. Стремление уравнять шансы и лишить противника возникшего преимущества вынудило советское командование подсветить зенитными прожекторами поле боля при форсировании реки Одер*. Следует отметить, что для нужд германской армии использовались более современные ЭОП с электронно-оптической фокусировкой, обеспечивающей разрешение на экране до 20 мкм, а в более сложных вариантах даже до 1 мкм.

Крупных успехов добились американские и английские фирмы. Хорошо известны ночные прицелы для стрелкового оружия “Снайперскоп”, удачно примененные при десанте американцев на остров Окинава. Раритетная фотография американских перископических очков показана на рис. 5.

Рис. 5. Раритетная фотография американских перископических очков

Примечание: * Мнение автора

Достижения электронной оптики середины 30-х годов позволили заменить прямой перенос изображения фокусировкой электростатическим полем. В этом направлении за рубежом активно работали Зворыкин, Фарнсворд, Мортон и фон Арденна, а в СССР – Г.А. Гринберг, А.А. Арцимович. В результате были разработаны трех-, а затем и двухэлектродная системы, обеспечивавшие усиление порядка сотен раз с одновременным оборачиванием изображения (рис. 6).

Рис. 6. Конструкция трехэлектродного ЭОП.

1 – фотокатод
2 – манжета
3 – корпус
4 – фокусирующий электрод
5 – анод
6 – экран

Последующие работы привели к открытию “мультищелочного фотокатода” (S-20), состоящего из арсенидов натрия и калия, активированных цезием. Такой фотокатод уже 40 лет служит основой большинства ЭОП практически всех типов. ЭОП с электронным переносом изображения и мультищелочным катодом сегодня относится к нулевому поколению, на сленге специалистов – “нулевка”. Наиболее распространенные представители этого семейства в России – В-8, знаменитая “восьмерка”, и К-4, представляющая интерес как простой преобразователь.

Эффективность таких ЭОП можно определить через усиление светового потока hф (коэффициент преобразования).

где
Sk – чувствительность катода, выражаемая обычно в мкА/лм;
U – приложенное напряжение, В;
g – светоотдача экрана, лм/Вт.

Например, для В-8 интегральная чувствительность многощелочного фотокатода может составлять 200 мкА/лм, U — порядка 20 кВ, g – порядка 30 лм/Вт. Усиление светового потока составит 120 раз. Аналогичным образом можно определить коэффициент преобразования монохроматического лучистого потока hф( l ) в лм/Вт, то есть на конкретной длине волны. Спектральная чувствительность так же указывается в лм/Вт.

ЭОП данного типа уже сняты с производства во всем мире и заменены более эффективными, но и более дорогими преобразователями последующих поколений. Сохранившееся в России производство “нулевок” поддержало национальную оптическую промышленность, лишившуюся рынка сбыта собственной продукции в период кризиса начала 90-х годов. Достаточно быстро был налажен массовый выпуск дешевых ПНВ, заполнивших прилавки. Сегодня преобразователи 0-го поколения можно приобрести по 20$ за штуку, а в сборке с высоковольтным источником питания (ВИП) приблизительно за 50$. В сочетании с невысокими требованиями к оптическим узлам таких ПНВ, их стоимость составляет $100-200. Недостаточные характеристики позволяют рассматривать такие приборы только как сувениры или игрушки, что часто бывает недооценено покупателями. Тем не менее, они нашли свою нишу на рынке, определив нижний ценовой диапазон ПНВ.

Наибольшим недостатком ЭОП с электростатическим переносом изображения является резкий спад разрешающей способности от центра поля зрения к краям из-за несовпадения криволинейного электронного изображения с плоским фотокатодом и экраном. Для решения этой проблемы их стали делать сферическими, что существенно усложнило конструкцию объективов, рассчитываемых обычно на плоские поверхности.

Развитие волоконной оптики в США в 60-е годы позволило усовершенствовать ЭОП. На базе волоконно-оптических пластин (ВОП), представляющих собой пакет из множества светодиодов, были разработаны плосковогнутые линзы, которые и стали устанавливать взамен входного и выходного окон. Оптическое изображение, спроецированное на плоскую поверхность ВОП, без искажений передается на вогнутую сторону, что и обеспечивает сопряжение плоских поверхностей фотокатода и экрана с криволинейным электронным полем.

В результате применения ВОП разрешающая способность стала по всему полю зрения такой же, как и в центре. ЭОП с ВОП и электростатической фокусировкой в массовом производстве относятся к I-поколению. При изготовлении этих ЭОП стал использоваться чувствительный фотокатод S-20. Кроме того, в конструкции ПНВ первого поколения стали применять зеркально-линзовые объективы, позволяющие улучшить массогабаритные параметры.

В настоящее время ЭОП первого поколения еще находят применение в ночных прицелах для охотничьих ружей и успешно используются там, где требуется только преобразование длин волн ближнего ИК-диапазона в видимый свет, например, для визуального контроля сборки оптических систем связи, в медицине, где применяются ИАГ-лазеры с длиной волны излучения 1,06 мкм.

В то время как за рубежом развивалась технология волоконной оптики, в СССР приоритетное направление получили каскадные ЭОП М.М. Бутслова. Схема одного из наиболее удачных образцов, У-72, представлена на рис. 7. В этой конструкции общее усиление равно произведению усилений всех камер и может достигать 10 7 раз.

Читайте также:  Xbox очки виртуальной реальности цена

Рис. 7. Конструкция двухкаскадного ЭОП с электростатической фокусировкой электронов типа У-72.

Производство таких ЭОП было сопряжено со значительными технологическими трудностями, в частности требовало использования труда стеклодувов только высокой квалификации. К тому же, разрешение по краям поля зрения ухудшалось до 2-3 штр./мм. Тем не менее, массовое применение каскадных преобразователей обеспечило тактическое превосходство вооруженных сил СССР в период 50-60 годов.

Использование ВОП для стыковки камер упростило сборку и позволило повысить качество изображения, применение металлокерамики взамен стекла существенно повысило прочность конструкции. Такие ЭОП успешно производились фирмами RCA, ITT (США), Philips (Нидерланды) и некоторыми другими. Они не боялись ярких засветок, и единственным их недостатком следует считать значительную длину по оптической оси.

Десятилетнее господство каскадных ЭОП сменилось стремительным отказом от их использования и вытеснением ЭОП следующих поколений. Сегодня эти преобразователи не имеют коммерческого применения, оставшаяся с периода СССР военная техника оснащается современными малогабаритными ЭОП. Преодоление возникшего технологического тупика в СССР смогли начать только с 80-х годов.

В 70-е годы на основе технологии ВОП фирмами США был разработаны вторично-эмиссионный усилитель в виде микроканальной пластины (МКП). Этот элемент представляет собой сито с регулярно расположенными каналами диаметром около 10 мкм и толщиной не более 1 мм. Число каналов равно числу элементов изображения и имеет порядок 10 6 . Обе поверхности МКП полируются и металлизируются, между ними прикладывается напряжение в несколько сотен вольт.

Принцип действия хорошо иллюстрирует рис. 8. Попадая в канал, электрон испытывает соударения со стенкой и выбивает вторичные электроны. В тянущем электрическом поле этот процесс многократно повторяется, позволяя получить коэффициент усиления Nх10 4 раз. Для получения каналов МКП используется разнородное по химическому составу оптическое волокно. После получения шайбы сердцевины волокон растворяются в химических реактивах.

Рис. 8. Принцип действия вторично-эмиссионного усилителя в виде микроканальной пластины.

Изготовление МКП, как и ВОП, относят к высоким технологиям, обеспечивающим выпуск малогабаритных и энерго-экономичных ЭОП, пригодных для применения в наголовных ПНВ, то есть очках и монокулярах. Оборот изображения в ЭОП с МКП, относимых к II-поколению, по прежнему осуществляется за счет электростатической фокусировки (рис. 9). Прологом удачного применения бинокулярных очков для обеспечения действий спецподразделений армий стран НАТО стала модель AN/PVS-5В фирмы Litton (США) (фото 1).

Рис. 9. Конструкция ЭОП с электростатической линзой

1 – фотокатод
2 – анод
3 – микроканальная пластина
4 – экран

Фото 1. Очки AN/PVS-5В фирмы Litton (США)

В конце 70-х годов были разработаны ЭОП с МКП бипланарной конструкции, то есть без электростатической линзы, своего рода технологический возврат к прямому, как и в “стакане Холста”, переносу изображения (рис. 10). Подобные конструкции, в том числе и много модальные, выпускает фирма “Praxitronic” (ФРГ). Полученные миниатюрные ЭОП, в современном исполнении, относимые уже к II+-поколению, позволили разработать очки ночного видения (ОНВ) псевдобинокулярной системы, где изображение с одного ЭОП разводится на два окуляра с помощью светоделительной призмы. Оборот изображения здесь осуществляется в дополнительных мини-объективах (фото 2).

Рис. 10. Конструкция плоского ЭОП

1 — фотокатод
2 — микроканальная пластина
3 — экран

Фото 2. Устройство ОНВ псевдобинокулярной схемы (на примере 1ПН74).

1 — корпус ОНВ
2 — окуляр
3 — оборачивающий объектив
4 — зеркало
5 — коллиматор (лупа) с призмой
6 — корпус ОНВ
7 — ИК-подсветка
8 — ЭОП
9 — корпус объектива
10 — объектив
11 — крышка объектива

Псевдобинокуляр — конструкция не только эргономичная, но и весьма экономичная, за счет использования одного ЭОП, являющегося наиболее дорогим узлом – около 50% стоимости. Вес таких ОНВ лежит в пределах 500-700 г. Сегодня это наиболее растиражированные ПНВ, применяемые в ВС и спецслужбах различных стран мира. Например, AN/PVS-7 в США и НАТО, 1ПН74 – в России. Следует заметить, что серийное производство таких систем началось в США с середины 80-х годов, а в России фактически только сейчас, хотя разработка отечественной модели была закончена в начале 90-х.

Следующий шаг в развитии ЭОП определился повышением чувствительности фотокатода. Он стал возможен вследствие чисто научных изысканий. В результате фундаментальных исследований, начатых еще в 70-х годах, было установлено, что оптимальным материалом для создания фотокатода является арсенид галлия, способный эффективно эмитировать электроны при начальном излучении с длиной волны 0,9 мкм и менее.

Однако реализации AsGa-ФК длительное время препятствовало наличие энергетического барьера, не позволявшего электронам оторваться от поверхности полупроводникового слоя (потенциального барьера электронного сродства). Эту проблему успешно решили Шер и Ван Лаар, сотрудники исследовательского центра “Филипс”, а также Вильямс и Сойман, предложив теорию ОЭС (отрицательного электронного сродства).

Получение AsGa-ФК возможно только в условиях сверхвысокого вакуума порядка 10 -10 – 10 -11 мм рт.ст., а весь процесс должен производиться под контролем сложной диагностической аппаратуры. Из-за быстрого окисления поверхности фотокатода на воздухе сборку ЭОП III-поколения требуется производить также в вакуумной камере с помощью манипуляторов. В итоге, для производства ЭОП третьего поколения требуется более 400 технологических операций. Все это определило чрезвычайно высокую стоимость этих преобразователей.

Первоначально, промышленная технология AsGa-ФК была разработана американской фирмой “Varian”, у которой ее приобрели для серийного производства компании ITT Night Vision и Litton, ведущие компании в США, производители ПНВ военного назначения для нужд НАТО.

Высокие характеристики ЭОП III позволили этим фирмам разработать авиационные бинокулярные ОНВ – ANVIS / AVS-6 для пилотирования вертолетов, и AVS-9 для самолетов в ночных условиях на малой высоте, это позволяет летать в тесном строю, распознавать цели и препятствия на местности.

Длительная научная разработка и сложная технология изготовления, определяющие высокую стоимость ЭОП третьего поколения, компенсируется предельно высокой чувствительностью фотокатода. Интегральная чувствительность некоторых образцов достигает 2000 мА/Вт, квантовый выход (отношение числа эмитированных электронов к числу падающих на фотокатод квантов с длиной волны в области максимальной чувствительности) превышает 30%! (рис. 3).

Разумеется, при разработке ЭОП III были применены достижения технологий всех предшествующих поколений, что позволило создать сверхминиатюрную конструкцию. Стандартный диаметр фотокатода/экрана составляет 18 мм, значительно реже 25 мм – для прицельных систем. В корпус таких ЭОП уже встроены высоковольтные источники питания (ВИП). Потребление тока не превышает 20 мА, при напряжении питания 3В, что позволяет современным ПНВ работать непрерывно почти сутки от двух обычных пальчиковых батареек. Кроме того, эти ЭОП имеют очень высокие показатели надежности (среднее время наработки на отказ составляет порядка 10 000 – 19 000 часов).

Высокая чувствительность нового фотокатода позволила видеть в наихудших условиях, называемых “пасмурный звездный свет”, что означает наличие облаков и отсутствие луны. Освещенность при этом составляет 5х10 -4 лк. ПНВ с ЭОП II были ориентированы на работу в условиях “естественной ночной освещенности” (ЕНО) – 5х10 -3 лк, то есть при свете звезд без облачности и света луны. С 1992 года фирмы ITT и Litton NV поставляют для нужд армий США и союзников очки PVS-7B и ANVIS с ЭОП III, согласно многолетним промышленным контрактам Omnibus III (Omni IV с 1996 года и Omni V – с 1998 года).

ЭОП III сегодня считаются ключевой военной технологией. Их наличие создает армии и авиации огромное преимущество перед потенциальным противником в боевых действиях в ночное время. В настоящий момент службы безопасности, охраны правопорядка, службы спасения развитых стран так же осуществляют широкомасштабные закупки этих ПНВ.

Кроме США производство преобразователей на основе AsGa-ФК имеет только Россия. Освоение ЭОП III сильно задерживалось из-за некоторой технологической отсталости, приведшей к кризису, ставшему очевидным с началом войны в Афганистане. Приобретению необходимого оборудования за рубежом мешало эмбарго. Тем не менее, существовавшие препятствия удалось преодолеть.

В настоящее время две российские фирмы “Катод” (Новосибирск) и “Геофизика-НВ” (Москва) производят ЭОП III, предлагая их по ценам порядка 1500 — 1800$ в зависимости от типа конструкции и характеристик. “Геофизика-НВ” также является наиболее продвинутой Российской фирмой в части разработки и производства авиационных очков. Используемые в Российской армии очки 1ПН74 с ЭОП III выпускает ГУП «Альфа» (Москва), разработка СКТБ ТНВ, для нужд авиации той же фирмой поставляются вертолётные очки «ОНВ-1». Необходимо отметить, что распространение такой высокотехнологичной продукции контролируется государством.

Отсутствие внутренних рынков, требуемых для реализации таких дорогостоящих компонентов, как ЭОП III, привело большинство производителей ПНВ к сомнению в возможностях возмещения издержек при запуске их в производство. Альтернативой являлось повышение эффективности существующих преобразователей. Разработка этого направления обусловила возврат к мультищелочному катоду, первоначально с повышенной чувствительностью в ИК области (S-25), при сохранении конструктивных решений, достигнутых в III поколении. В последствии был разработан фотокатод с особо высокой чувствительностью (S-25R) (рис. 3). На базе таких катодов сегодня производятся ЭОП II + и SUPER II + поколений соответственно. Подобная же классификация применяется и для I поколения.

Производители ЭОП III признают, что не существует принципиальных различий в эффективности между новыми системами Super II + и III поколений. Преимущества преобразователей третьего поколения становятся очевидными при старении этих устройств, так фотокатоды S II + теряют чувствительность (деградируют) по мере использования. Ресурс таких ЭОП составляет около 3 000 часов, стоимость от 600 до 900$, в зависимости от конструкции.

Знание принципов ЭОП и технологии их производства позволяет определить основные характеристики ПНВ и его ожидаемую стоимость. Для быстрого ориентирования в рамках рассмотренной классификации следует воспользоваться таблицей, в которой сведены основные характеристики ЭОП. Однако для более полной оценки необходимо получить представление о специфических требованиях, предъявляемых к оптическим узлам и конструкции таких приборов. Достигнутое качество оптических компонентов не лимитировало разработку ЭОП. Предел разрешения, определяющий минимальные угловые размеры доступного для наблюдения объекта, определяется разрешающей способностью применяемых МКП, то есть диаметром каналов. Сегодня ПНВ в среднем обеспечивает 30-40 штр./мм, лучшие образцы ЭОП III, предназначенные в основном для авиации, достигают 64 штр./мм. Диаметр пор в таких МКП составляет 5-6 мкм при толщине в сотые доли мм. В связи с высокой хрупкостью эти пластинки чрезвычайно сложны в изготовлении и обработке.

В конструкции ПНВ используют только сверхсветосильные объективы. Оптимальным является объектив с относительным отверстием (F-фактор) 1:1,4 , лучшие модели имеют 1:1,1 (для наголовных систем с увеличением изображения равным 1 крат, т. е. очков, монокуляров). Зная стандартный диаметр фотокатода, 18мм для II + и выше, нетрудно определить и другие основные параметры современных ОНВ: угол поля зрения 40° , фокусное расстояние 25мм. Сегодня выпускаются объективы и с углом поля 50° , и даже 60° , с пропорциональным уменьшением фокусного расстояния, что соответствует углу поля зрения высокой чёткости глаза. Эргономические требования к минимизации массогабаритных параметров ПНВ и качеству изображения вынуждают разрабатывать многокомпонентные (до 10, как правило, тонких линз), сложные в производстве и, следовательно, дорогие объективы. Исключением являются объективы «нулёвок» — обычно недорогие четырёхкомпонентные конструкции. Различия в антропометрическом строении головы вынуждает разработчиков вводить механизм выверки по базе глаз (расстояние между оптическими осями глаз различных людей варьируется от 56 до72 мм), или добиваться значительных диаметров выходных зрачков окуляров, более 14 мм, что также усложняет конструкцию наголовных ПНВ.

Свои проблемы существуют и при разработке прицелов ночного видения. В частности, необходимо введение прицельной марки и обеспечение удаления выходного зрачка окуляра более 50 мм, что приводит к увеличению габаритов и массы в стекле; высоки требования к механической прочности. Современные ночные прицелы и бинокли обеспечивают 3-х -5-ти кратное увеличение изображения при фокусных расстояниях 75-120 мм и относительном отверстии около 1:1,5. Для использования очков псевдобинокулярной схемы в качестве бинокля применяют афокальные насадки, устанавливаемые на основной объектив (поставляются в комплекте или по спецзаказу). Для снижения веса ПНВ часто используют зеркально-линзовые объективы, хотя традиционные линзовые схемы остаются наиболее распостранёнными.

В заключение следует отметить, что история ПНВ не исчерпывается достигнутым уровнем. Непрерывное расширение объёмов производства и продаж, повышенный интерес к новым продуктам со стороны всех участников высокотехнологического рынка свидетельствуют о широких перспективах техники ночного видения. Не смотря на то, что ПНВ с ЭОП III способны обеспечить выполнение задач в самые тёмные ночи, в настоящее время ведутся активные работы по разработке как ЭОП IV поколения, так и в направлении улучшения схемотехники самих ПНВ. Большинство работ связанно с совершенствованием энергономических характеристик, конструкции и расширением функциональных возможностей приборов. Существенный интерес представляет и разработка фотокатодов с чувствительностью, продлённой в длинноволновую область ИК-диапазона. Хорошего результата здесь достиг Litton, разработавший «продвинутый в ИК» ЭОП III, применяя который можно детектировать излучение ИАГ-лазера с длинной волны 1,06 мкм, применяемого во всех армиях для нужд дальнометрии.

Таблица 1. Основные характеристики ЭОП (выборочно*)

Поколения ЭОП Тип фотокатода Интегральная чувствительность, мкА/лм Чувствительность на длинах волн 830-850 нм, мА\Вт Коэффициент усиления,

усл. ед.

Доступная дальность распознования фигуры человека в условиях ЕНО***, м
“Стакан Холста” S-1 20-40 около 1, ИК подсветка
S-20 150-200 только при свете луны или ИК осветителе До 100 40
SUPER 0 100-200 40
I** I S-20 150-200 250-500 60
I+ S-25 150-200 до 10 500-1000 90
Super I + S-25R 250-350 25-35 110
II II S-25 220-300 18-25 (2,5-3,0)x10 4 150
II + 200
Super II + или II ++ S-25R 350-500 30-40 250
III III Ga-As 1000-1350 70-120 (3,0-4,0)x10 4 250
Mil-Spec III Ga-As 1550-1800 80-190 (3,0-5,5)x10 4 300

* В данной таблице не приведен ряд важнейших характеристик, например, предел разрешения (штр/мм), ток потребления (мА) и прочие. Эти характеристики можно учесть аналогичным образом или в составе изделия.

** Не учитываются многокамерные ЭОПы и ЭОП с увеличенным диаметром фотокатода (25 мм против 18 мм), они предполагают специальные конструкции ПНВ.

*** ЕНО — нормированная «естественная ночная освещённость», 5х10 -3 лк, свет звёзд без света луны и облаков; ЭОП III — тоже, но при 5х10 -4 лк, «пасмурном» свете звёзд, небо в облаках.

К сожалению, ограниченный объем журнальной статьи, не позволяет более подробно осветить многочисленные, часто драматические события, сопровождавшие этапы развития и совершенствования техники ночного видения. Не соприкасавшийся с миром приборов ночного видения читатель, несомненно поразится, узнав о масштабах влияния этих знаменитых произведений технокультуры на многие военные и политические решения второй половины ХХ столетия. Не меньшее удивление могут вызвать даже у специалистов масштабы затрат на разработку и производство как традиционных, так и новейших образцов ПНВ с применением практически всех типов описанных ЭОП. Широчайшая номенклатура однотипных по конструкции ОНВ, например, свидетельствует об отсутствии квалифицированного маркетинга на ставшем интернациональным рынке ПНВ, за исключением представителей США, разумеется. Вполне возможно, что возникшие проблемы помогут преодолеть те несколько статей, посвященных отечественному и зарубежному парку ночной техники, а также перспективам ее развития, которые автор планирует предложить в следующих номерах журнала.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Курбатов Л.Н. Краткий очерк истории разработок приборов ночного видения на основе электронных оптических преобразователей и усилителей изображения// Вопр. Оборон. Техники. Сер. 11. — 1994 — Вып. 3(142) — 4(143).
  2. Кощавцев Н.Ф., Волков В.Г. Приборы ночного видения// Вопр. Оборон. Техники. Сер. 11. — 1993 — Вып. 3(138).
  3. Гудман Г. Современные очки ночного видения, применяемые в армии США.// Перевод статьи в журн. Armed Force Journal International, июль 1998, стр. 42-45.

источник