الرؤية هي أهم طريقة لإدراك الواقع. بصريا ، نحصل على معظم المعلومات عن العالم الخارجي. أعيننا هي آلية معقدة ومثيرة للدهشة ، تقدم لنا الطبيعة. ولكن للأسف ، فإن إمكاناتها محدودة نوعًا ما.
لا يستطيع أي شخص إدراك سوى نطاق ضوئي ضيق للغاية لطيف الإشعاع الكهرومغناطيسي بأكمله (كما يطلق عليه الجزء المرئي من الطيف) ، وعلاوة على ذلك ، يمكن للعين أن تدرك "الصورة" فقط في ظروف الإضاءة الكافية. على سبيل المثال ، إذا انخفض عن مستوى 0.01 لوكس ، فإننا نفقد القدرة على تمييز ألوان الكائنات ويمكننا رؤية الكائنات الكبيرة فقط القريبة.
وهذا أمر مهين على نحو مضاعف ، لأنه بسبب هذه الميزة في رؤيتنا ، أصبحنا أعمى تقريبا في الظلام. يحسد الإنسان دائماً ممثلين آخرين للمملكة الحيوانية ، الذين لا يشكل ضباب الليل عقبة لهم: القطط ، البوم ، الذئاب ، الخفافيش.
لا سيما لم يعجب هذا الحد من الرؤية البشرية في الجيش. ولكن لم يتغير الوضع بشكل جذري إلا في منتصف القرن الماضي ، عندما ظهرت أجهزة الرؤية الليلية بفضل إنجازات الفيزياء التي جعلت رؤيتنا ليلاً بنفس الوضوح كما في النهار.
حاليا ، ليست أجهزة الرؤية الليلية في ترسانات الجيش فحسب ، بل تُستخدم بسرور من قبل عمال الإنقاذ ، والصيادين ، ووحدات الأمن ، والخدمات الخاصة. وإذا تحدثنا عن أجهزة التصوير الحراري ، فستكون قائمة استخدامها أوسع.
اليوم ، هناك كمية هائلة من مجموعة متنوعة من أنواع وأنواع أجهزة الرؤية الليلية (NVD) ، المصنوعة في شكل مناظير ، نظارات أحادية (أحاديات العين) ، مشاهد أو نظارات عادية. ومع ذلك ، قبل أن نتحدث عن جهاز جهاز الرؤية الليلية ، ينبغي أن نقول بضع كلمات حول المبادئ الفيزيائية التي يقوم عليها عمل هذه الأجهزة.
كيف يعمل
يعتمد تشغيل أجهزة الرؤية الليلية وأجهزة التصوير الحراري على الظواهر الفيزيائية للتأثير الكهروضوئي الداخلي والخارجي.
إن جوهر التأثير الكهروضوئي الخارجي (أو انبعاث الضوء الكهروضوئي) هو أن الأجسام الصلبة تنبعث منها إلكترونات تحت تأثير الضوء ، والتي يتم التقاطها بواسطة NVD. أساس أي جهاز للرؤية الليلية هو مكبس الصورة ، محول إلكترون بصري يلتقط الضوء المنعكس الضعيف ، يضخمه ويحوله إلى إشارة إلكترونية. هذا ما يراه الشخص في عدسة جهاز الرؤية الليلية. يجب أن يكون مفهوما أنه لا يوجد جهاز للرؤية الليلية قادر على "رؤية" في الظلام المطلق. صحيح ، هناك أيضا أجهزة رؤية ليلية نشطة ، والتي تستخدم المصدر الخاص بها من الأشعة تحت الحمراء لإلقاء الضوء على الأشياء.
يتكون أي جهاز للرؤية الليلية من ثلاثة مكونات رئيسية: البصرية والإلكترونية والأخرى البصرية. يتم التقاط الضوء بواسطة عدسة ، والتي تركز بعد ذلك على مكثف الصورة ، حيث تتحول الفوتونات إلى إشارة إلكترونية. تنتقل الإشارة المكبرة القصوى إلى شاشة الإنارة ، حيث تصبح مرة أخرى صورة مألوفة للعين البشرية. التصميم أعلاه مميز بشكل عام لأي جيل من أجهزة الرؤية الليلية ، فقط أجهزة الرؤية الليلية الحديثة (الجيل الثاني والثالث) لديها نظام تضخيم إشارة أكثر تقدما.
من ناحية أخرى ، يقوم جهاز التصوير الحراري بالتقاط إشعاعاته الخاصة من أي جسم أو جسم تختلف درجة حرارته عن الصفر المطلق. الجزء الرئيسي من أجهزة التصوير هو ما يطلق عليه bolometers - أجهزة تصوير ضوئية معقدة تلتقط موجات الأشعة تحت الحمراء. هذه المجسات حساسة للأطوال الموجية المقابلة لمدى درجة الحرارة من -50 إلى +500 درجة مئوية.
في الواقع ، تتميز أجهزة التصوير الحراري بتصميم بسيط. يتكون كل جهاز من العدسة ، مصفوفة التصوير الحراري ووحدة معالجة الإشارات ، بالإضافة إلى شاشة يتم عرض الصورة النهائية عليها. الصور الحرارية هي من نوعين: مع مصفوفة مبردة وغير مطلية. الأولى هي الأكثر حساسية ، غالية وواسعة. يتم تبريد مصفوفة بهم إلى درجة حرارة -210 إلى -170 درجة مئوية ، وعادة لهذا النيتروجين السائل الاستخدام. في كثير من الأحيان يتم استخدامها على معدات عسكرية كبيرة (على سبيل المثال ، أي جهاز الرؤية الليلية للدبابات).
تكلفة أجهزة التصوير الحراري مع مصفوفة غير مغلفة أقل بكثير ، فهي أصغر في الحجم ، ولكن حساسيتها أقل بكثير. ومع ذلك ، فإن معظم أجهزة التصوير الحراري الموجودة في السوق اليوم (تصل إلى 97٪) تنتمي إلى هذه الفئة.
واحدة من السمات الرئيسية للمكبرات الحرارية ، والتي تحدد إلى حد كبير تكلفتها العالية ، هي عدساتهم. والحقيقة هي أن الزجاج العادي المستخدم في معظم الأجهزة البصرية غير شفاف تمامًا للأشعة تحت الحمراء. ولذلك ، فإن مواد نادرة مثل الجرمانيوم تستخدم في عدسات أجهزة التصوير الحراري ، التي يبلغ سعرها السوقي نحو ألفي دولار للكيلوغرام الواحد. يبلغ متوسط عدسات الجيرمانيوم لمصمم حراري حوالي 7 آلاف دولار ، وسعر جيد يمكن أن يصل إلى 20 ألف دولار. اليوم ، سواء في روسيا أو في الخارج ، يبحثون بنشاط عن بديل لألمانيا ، والتي من الناحية النظرية يمكن أن تقلل من تكلفة التصوير الحراري بنسبة 40-50 ٪.
تاريخ وتصنيف NVD
يعتمد تصنيف أجهزة الرؤية الليلية على حساسية الصمامات الضوئية ودرجة تضخيم الضوء والقرار في مركز الصورة الناتجة. كقاعدة عامة ، هناك ثلاثة أجيال من NVD. بالإضافة إلى ذلك ، غالباً ما يشار إلى أجهزة الرؤية الليلية المبكرة مع مصدر إضافي من الأشعة تحت الحمراء إلى جيل منفصل. على مواقع الشركات المصنعة ، يمكنك العثور على معلومات حول أجهزة الرؤية الليلية للأجيال المتوسطة المعروفة ، مثل 1+ أو 2+. ومع ذلك ، فإن هذا التدرج يسعى إلى تحقيق أهداف تسويقية أكثر مما يعكس اختلافات حقيقية.
ذهب تحسين تصميم NVD وظهور أجيال جديدة من هذه الأجهزة بالتتابع ، واحدا تلو الآخر. ولذلك ، فإن تصنيف أجهزة الرؤية الليلية أكثر ملاءمة للنظر مع تاريخ تطورها.
في 23 أغسطس 1914 ، بالقرب من مدينة أوستند البلجيكية ، تمكن الألمان من العثور على سرب بريطاني مكون من طرادات ومدمرات مدرعة بمساعدة من مكتشف الحرارة. وليس من السهل معرفة ذلك - ولكن أيضا لتصحيح نيران المدفعية مع هذه الأجهزة ، ومنع سفن العدو من الاقتراب من ميناء مهم. ويعتقد أنه من تلك اللحظة بدأ تاريخ أجهزة الرؤية الليلية.
في عام 1934 كان هناك اختراق حقيقي في هذا المجال: أنشأ الهولندي هولست أول محول الكتروني - بصري في العالم (EOC). بعد ذلك بعامين ، طور المغترب الروسي Zvorykin صورة مكبرة مع تركيز الإشارات الالكتروستاتيكية ، والتي أصبحت فيما بعد "قلب" أول جهاز للرؤية الليلية التجارية لشركة Radio Corporation الأمريكية.
كانت فترة التطور السريع للـ NVD هي الحرب العالمية الثانية. كان الزعيم في تطويرها وتطبيقها ألمانيا هتلر. تم إنشاء أول نموذج أولي للرؤية الليلية من قبل شركة Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) الألمانية في عام 1936 ، وقد تم تصميمها للتركيب على مدافع Pak-35/36 L / 45 المضادة للدبابات.
وبحلول عام 1944 ، كان بإمكان المدافع المضادة للدبابات من طراز "باك 40" الألمانية إطلاق النار باستخدام أجهزة الرؤية الليلية على مسافة تصل إلى 700 متر. في نفس الوقت تقريباً ، استلمت قوات الدبابات في فيرماخت جهاز الرؤية الليلية Sperber FG 1250 ، والذي استخدم آخر هجوم ألماني كبير على الجبهة الشرقية بالقرب من بحيرة بالاتون المجرية.
كل أجهزة الرؤية الليلية المذكورة تنتمي إلى ما يسمى جيل الصفر. كانت هذه الأجهزة حساسة للغاية ، لذلك بالنسبة لتشغيلها الطبيعي ، هناك حاجة إلى مصدر إضافي من الأشعة تحت الحمراء. على سبيل المثال ، كل خمس دبابات ألمانية مزودة بـ Sperber FG 1250 ، مصحوبة بحاملة جنود مدرعة مع محدد قوي للأشعة تحت الحمراء Uhu ("Filin"). بالإضافة إلى ذلك ، كان لجيل PNVs من جيل صفر صورة مكثفة حساسة لمضات الضوء الساطعة. وهذا هو السبب في أنه في نهاية الحرب ، غالباً ما استخدمت القوات السوفيتية كشافات تقليدية في الهجوم. انهم ببساطة أعمى PNV الألمانية.
كان لدى الألمان محاولات لإنشاء وأجهزة الرؤية الليلية التي من شأنها توفير نطاق رؤية أكبر (حتى 4 كيلومترات) ، ولكن بسبب الحجم الكبير لمصباح الأشعة تحت الحمراء ، تم التخلي عنها. في عام 1944 ، أرسلت دفعة تجريبية (300 جهاز كمبيوتر) من Vampir PNV إلى القوات ، المعدة للتركيب على بنادق Sturmgever الألمانية. بالإضافة إلى البصر نفسه ، كان يتألف من ضوء الأشعة تحت الحمراء وبطارية قابلة لإعادة الشحن. تجاوز الوزن الإجمالي للجهاز 30 كجم ، النطاق - 100 متر ، وكان وقت تشغيله 20 دقيقة فقط. على الرغم من هذه الأرقام المتواضعة ، استخدم الألمان بنشاط "مصاص دماء" في المعارك الليلية في المرحلة الأخيرة من الحرب.
كانت محاولات خلق الجيل الجديد من NVD في الاتحاد السوفياتي. حتى قبل الحرب ، تم تطوير مجمع Dudka لعائلة BT من الدبابات ، وفي وقت لاحق ظهر نظام مماثل لـ T-34. يمكنك أيضًا تذكر جهاز الرؤية الليلية المحلي Ts-3 ، الذي تم تطويره من أجل مدافع رشاشة PPSh-41. تم تخطيط أسلحة مشابهة لتجهيز وحدات الاعتداء. ومع ذلك ، لم يتلق NVD الاستخدام على نطاق واسع في الجيش الأحمر. في ذلك الوقت ، كانت أجهزة الرؤية الليلية لا تزال غريبة ، ولم يكن الاتحاد السوفييتي خلال الحرب العالمية الثانية مرتاحًا لها.
أظهرت تجربة الحرب العالمية الثانية أن أجهزة الرؤية الليلية لديها آفاق ممتازة. أصبح من الواضح أن هذه التكنولوجيا يمكن أن تغير بشكل خطير طريقة إجراء العمليات القتالية ليس فقط على الأرض ، ولكن أيضا في الجو وفي البحر. ومع ذلك ، لهذا ، كان على الجيل الجديد من NVD التخلص من عدد كبير من العيوب المتأصلة ، وكان السبب الرئيسي في ذلك هو حساسيتها المنخفضة. فهي لا تقتصر على نطاق NVD فحسب ، بل إنها تُجبر أيضًا على استخدام جهاز إضاءة الأشعة تحت الحمراء شديد الكثافة والمجهد للغاية مع الجهاز. على العموم ، كان تصميم أجهزة الرؤية الليلية الأولى معقدًا للغاية ولم يختلف من حيث الموثوقية الكافية.
وسرعان ما استبدلت أجهزة الجيل الأول القائمة على الأنابيب الكهرو-كهروكيميائية بالتركيز الكهروستاتيكي أجهزة الرؤية الليلية البدائية في الفترة العسكرية. كانوا قادرين على تضخيم إشارة الدخل عدة آلاف من المرات. وهذا بدوره ، جعل من الممكن رفض الإضاءة الإضافية. لم تضيء إشارات الأشعة تحت الحمراء دون داعٍ النظام الثقيل فحسب ، بل فضحت المقاتل أيضًا في ساحة المعركة. في ذروة الكمال من الجيل الأول من NVGs التي تم التوصل إليها في 60s من القرن الماضي ، استخدمها الأمريكيون بنشاط خلال حرب فيتنام.
ظهرت أجهزة الرؤية الليلية من الجيل الثاني بسبب ظهور تكنولوجيا microchannel ثورية ، وهذا حدث في 70s. وكان جوهر ذلك هو أن اللوحات الضوئية أصبحت الآن مرصعة بأنابيب قناة مجوفة بقطر 10 ميكرومتر وبطول لا يزيد عن 1 مم. يحدد عددهم دقة لوحة التوجيه الضوئي. يؤدي فوتون الضوء الساقط في كل من هذه القنوات إلى خروج سلسلة كاملة من الإلكترونات ، مما يزيد من حساسية الجهاز. بالنسبة للجيل الثاني من NVG ، يمكن أن تصل المكاسب إلى 40 ألف مرة. حساسيتهم هي 240-400 مللي أمبير / lm ، والقرار - 32-56 خطوط / مم.
في الاتحاد السوفياتي ، تم إنشاء نظارات الرؤية الليلية "كويكر" على أساس هذه التكنولوجيا ، وفي الولايات المتحدة الأمريكية - AN / PVS-5B.
في وقت لاحق ، ظهرت أجهزة الرؤية الليلية التي تكون فيها العدسات الكهروستاتيكية غائبة تمامًا ويتم النقل المباشر للإلكترونات إلى الصفيحة المتناهية الصغر. يشار إلى أجهزة الرؤية الليلية هذه عادةً باسم الجيل 2+. على أساس مثل هذا المخطط ، تم إجراء النظارات المحلية "Eyecup" أو نظيرتها الأمريكية AN / PVS-7.
كانت الجهود الإضافية للعلماء لتحسين أجهزة الرؤية الليلية تهدف إلى تحسين الصورة الضوئية. عرض مهندسو Philips إخراج المادة الجديدة من أشباه الموصلات - زرنيخيد الغاليوم.
هكذا ظهر الجيل الثالث من أجهزة الرؤية الليلية. بالمقارنة مع photocathodes متعددة القلوية التقليدية ، أصبحت حساسيتها أعلى بنسبة 30 ٪ ، الأمر الذي جعل من الممكن إجراء الملاحظات حتى في ليلة قاتمة صافية. كانت المشكلة الوحيدة هي أن المواد الجديدة يمكن أن تتم فقط في ظروف فراغ عالية ، وتبين أن هذه العملية شاقة للغاية. لذلك ، تبين أن تكلفة مثل هذه الصورة الضوئية هي مرتبة من حيث الحجم أعلى من سابقاتها. في الوقت نفسه ، يمكن للجيل الثالث من NVGs تضخيم الضوء الوارد بمقدار 100 ألف مرة. يمكنك أيضًا أن تضيف أنه يمكن لبلدين فقط إنتاج زرنيخيد الغاليوم على مستوى صناعي - الولايات المتحدة وروسيا.
إذا رأيت معلومات حول بيع الجيل الرابع من NVG في مكان ما ، فضع في اعتبارك: على الأرجح ، يتم خداعك. لم يكن موجودًا حتى الآن ، ليس من الواضح حتى المعايير التي يجب استخدامها لتحديد هذه المجموعة. وبالرغم من أن الأبحاث لتحسين "أضواء الليل" الحالية تتم في عشرات البلدان حول العالم. بالنسبة إلى أجهزة التصوير الحراري ، يبحثون عن استبدال موازنة زجاجية من ألمانيا ، تتمثل المشكلة الرئيسية لأجهزة الرؤية الليلية في البحث عن تناظر أرخص من photocathodes التي تحتوي على زرنيخيد ال gallاليوم. في بداية 2000s ، أعلن الأميركيون عن إنشاء جيل جديد من NVGs ، لكن بعض الخبراء يعتقدون أنه يمكن بدلاً من ذلك تسمية الجيل 3+.
التطبيقات والآفاق
فالأجهزة التي تسمح لشخص بمشاهدته في الليل ، كل عام تزداد شعبية وتجد مناطق جديدة للتطبيق. إن أجهزة الرؤية الليلية "المدنية" الحديثة لها سعر في المتناول ، لذلك يمكن للصيادين ، والهياكل الأمنية ، وفئات أخرى من المواطنين الذين يحتاجون للرؤية الليلية أن يتحملوها.
الشيء الأكثر إثارة للاهتمام هو أن اليوم جميع الأجيال الثلاثة من أجهزة الرؤية الليلية موجودة في السوق. العديد من أجهزة الرؤية الليلية للصيد تنتمي إلى الجيل الأول أو حتى صفر ولديها إضاءة IR ، وهو أمر غير مقبول على الإطلاق للـ NVGs العسكرية. على "المواطن" وتستخدم أيضا وأجهزة الجيل الثالث (يمكن رؤيتها حتى في الطابق السفلي). لم تكن التقنيات المستخدمة في إنشائها سرية لفترة طويلة ، فالأجهزة مكلفة للغاية. يمكن أيضًا استخدام نطاق NVD باستخدام عناصر من أجيال مختلفة.
كما توقف استخدام أجهزة التصوير الحراري لفترة طويلة ليكون من الحقوق الحصرية للجيش. بالإضافة إلى الصيد والملاحظة في الظلام ، يتم استخدام الأجهزة المماثلة بشكل متزايد في البحث العلمي. وبمساعدتهم ، على سبيل المثال ، يقومون بفحص المركبة الفضائية قبل الإطلاق: يعرض المصور بشكل مثالي العديد من التسريبات التي يمكن أن تؤدي إلى كارثة. تصوير حراري لا غنى عنه والطاقة. يمكن لهذا الجهاز أن يُظهر بسهولة أين تهرب الحرارة من المبنى بشكل أكثر فاعلية ، كما سيسمح له بالكشف عن أماكن الأحمال القصوى في شبكات الكهرباء. يستخدم التصوير الحراري والدواء: وفقا لخريطة درجة حرارة الجسم البشري ، يمكنك حتى إجراء بعض التشخيصات. كل عام ، تصبح هذه الأجهزة أرخص ، وبالتالي فإن نطاق تطبيقها يتوسع بشكل مطرد.
