Прогресс

Как найти черную кошку или все о приборах ночного видения

Человек – это исключительно дневное существо. Мы очень плохо приспособлены к ночной жизни. Зрение – наш основной канал получения информации об окружающем мире – после захода солнца становится практически бесполезным. Глаз человека – это удивительно сложный и совершенный механизм, но, к сожалению, функционал его серьезно ограничен.

Возможно, что именно поэтому мы завидуем другим представителям животного царства, которые имеют отличное ночное зрение: волкам, совам, летучим мышам и кошкам.

Такое несовершенство человеческого организма всегда сильно досаждало военным. Не то чтобы ночью совсем уж невозможно воевать, но боевые возможности темнота ограничивает значительно.

Только в середине прошлого столетия данную проблему удалось частично решить. Было создано специальное устройство, которое позволило видеть ночью, почти также ясно, как и днем. Речь идет о приборах ночного видения (ПНВ).

В наши дни эти оптико-электронные устройства получили широкое распространение. Они используются не только военными, но и спасателями, охотниками, работниками охранных структур.

Сегодня в продаже можно найти огромное количество типов и видов ПНВ. Это монокли и очки ночного видения, бинокли, армейские прицелы ночного видения... Однако прежде чем перейти к их детальному описанию, хотелось бы сказать буквально пару слов про устройство прибора ночного видения, а также о физических принципах, на основе которых работает этот удивительный «девайс».

О физических принципах

Человеческий глаз содержит более 125 млн клеток, способных улавливать фотоны света. Несмотря на это, мы можем воспринимать довольно узкий спектр электромагнитного излучения, все, что находится за его пределами, для нас невидимо. Но это еще полбеды. Наш орган зрения может полноценно работать только при достаточно высоком уровне освещения. При его снижении, например, до 0,01 люкса мы теряем способность различать цвета предметов и можем видеть только крупные объекты на сравнительно близком расстоянии.

Как найти черную кошку или все о приборах ночного видения Дмитрий Егоров

Приборы ночного видения позволяют решить эту проблему. Эти оптико-электронные устройства способны многократно усилить слабый видимый свет и дать оператору адекватное изображение местности, объекта, цели и т. д. Современные ПНВ могут дать изображение даже при уровне освещенности в 0,0005 люкса. Однако существует и другой принцип устройств ночного видения. Он заключается в фиксации волн инфракрасного диапазона, которые излучают все без исключения нагретые тела. Так работают тепловизоры.

Действие всех приборов ночного видения основано на явлении внешнего и внутреннего фотоэффекта. Основой любого ПНВ является электронно-оптический преобразователь (ЭОП), который улавливает рассеянный слабый свет, усиливает его и превращает в электронный сигнал, отображаемый потом на дисплее. Следует сразу отметить одну важную деталь: ни один, даже самый «навороченный» прибор ночного видения не способен отображать картинку в полной темноте. Правда, и бывает она крайне редко. Мерцание звезд, слабый свет луны, отблески автомобильных фар или открытого огня – подобных очень слабых источников освещения достаточно для работы большинства ПНВ.

Схему прибора ночного видения можно изобразить так: оптическая часть – электронный преобразователь – оптическая часть. Объектив (первая оптическая часть) собирает рассеянный свет и фокусирует его на ЭОП, в котором фотоны преобразуются в электроны, сигнал усиливается и посылается на люминесцентный экран. На нем мы уже можем видеть готовое изображение. Данный принцип работы и конструкция характерна для любого поколения ПНВ, просто современные приборы отличаются от своих предшественников более продвинутыми преобразователями, способными значительно усиливать даже очень слабый сигнал.

Тепловизоры способны улавливать тепловое излучение объекта, которое испускается любым нагретым телом. Их «сердцевиной» являются болометры – весьма сложные устройства, способные реагировать на электромагнитные волны инфракрасной части спектра.

Конструкция любого тепловизора включает в себя объектив, матрицу, улавливающую ИК-излучение и преобразователя, который обрабатывает сигнал. Затем он передается на экран.

Тепловизоры можно разделить на две большие группы: с охлаждаемой и неохлаждаемой матрицей. Последние более бюджетны, но их чувствительность оставляет желать лучшего. Для охлаждения матрицы используется жидкий азот, ее рабочая температура может достигать -210 C.

Однако высокая стоимость тепловизоров обусловлена не столько матрицей, сколько оптической составляющей этих устройств. Дело в том, что обычное стекло практически непрозрачно для инфракрасного излучения. По этой причине для объективов используется весьма редкие и дорогие материалы, такие как, например, германий. Он стоит около 2 тыс. долларов за один килограмм. Сегодня и на Западе, и у нас ведутся активные поиски более дешевого материала, что сможет снизить стоимость тепловизоров на 40-50%.

Из истории ночного видения

Выделяют три поколения приборов ночного видения, которые отличаются чувствительностью фотокатода, разрешением центральной части изображения, а также степенью усиления света. Иногда на сайтах производителей можно найти информацию о ПНВ поколений 1+ или 2+, но подобная классификация весьма сомнительна и больше напоминает хитрый маркетинговый прием.

История приборов ночного видения началась еще во время Первой мировой войны. 23 августа 1914 года немцы, используя теплопеленгаторы, сумели обнаружить британскую эскадру. Более того, с помощью этих приборов они даже смогли корректировать артиллерийский огонь.

Долгое время подобные устройства были скорее любопытной научной диковинкой, практически не находившей себе практического применения. Но в 1934 году в этой области произошел настоящий прорыв: голландский инженер Холст создал первый электронно-оптический преобразователь. А через два года выходец из России Зворыкин придумал преобразователь с электростатической фокусировкой, на основе которого позже был создан первый коммерческий прибор ночного видения.

Настоящий всплеск интереса к подобным устройствам произошел во время Второй мировой войны. Лидером в этой области была гитлеровская Германия. Еще в 1936 году немецкой компанией AEG был разработан прицел ночного видения для противотанковых пушек Pak 35/36 L/45. Уже в ходе войны был создан танковый прибор ночного видения Sperber FG 1250, который был массово использован во время последнего немецкого крупного наступления у озера Балатон.

Все вышеописанные устройства сегодня относят к так называемому нулевому поколению ПНВ. Чувствительность этих устройств оставляла желать лучшего, поэтому их работы была нужна дополнительная подсветка. Для этой цели использовались мощные ИК-прожекторы (например, Uhu). Еще одним недостатком ЭОП приборов ночного видения нулевого поколения была чрезмерная чувствительность к ярким вспышкам света. Советское командование это быстро поняло, поэтому при наступлении наши войска часто использовали обычные прожекторы, которые гарантировано выводили из строя немецкие ПНВ.

Были у немцев попытки создания прицелов на основе ПНВ для стрелкового оружия. Примером подобного устройства может служить прибор ночного видения Vampir, который устанавливался на автоматическую винтовку «Штурмгевер». Кроме самого прицела, в состав этого комплекса также входил ИК-прожектор и аккумулятор. Все это имело вес около 30 кг, а время работы «Вампира» составляло всего 20 минут. Несмотря на весьма скромные характеристики и значительный вес, эти приборы ночного видения активно использовались немцами на завершающем этапе войны.

В СССР также занимались темой ПНВ, причем работы начались задолго до начала войны. В середине 30-х годов для танков БТ был разработан прибор ночного видения «Дудка», позже ее аналог был создан и для «тридцатьчетверки». Был и отечественный прицел Ц-3 для пистолета-пулемета Шпагина, но все вышеперечисленное можно назвать опытными работами, которые практически не доходили до действующей армии.

Вторая мировая война четко показала перспективность новой технологии. Стало понятно, что приборы ночного видения могут серьезно изменить привычный способ ведения боевых действий, как на суше, так и на море, и в воздухе. Но для этого устройства нуждались в значительной доработке и усовершенствовании. Главным недостатком ранних моделей ПНВ была их низкая чувствительность, что не только ухудшало «картинку», но и требовало использовать вместе с прибором источник ИК-излучения, который был тяжел и очень энергоемок.

После войны было разработано первое поколения приборов ночного видения, на которых было установлен ЭОП с электростатической фокусировкой. Подобные преобразователи могли усиливать входящий сигнал в несколько тысяч раз, поэтому устранялась необходимость в дополнительной подсветке. Примерами приборов данного поколения можно назвать американский AN/PVS-2 или советские очки ночного видения ПНВ-57. Конечно, они были куда более совершенными, чем устройства военного периода, но все еще отличались внушительными размерами и были довольно чувствительны к ярким вспышкам света, которые могли вывести ПНВ из строя.

В 70-е годы появилась микроканальная технология, которая привела к настоящей революции в развитии подобных устройств и созданию ПНВ второго поколения. Ее суть заключается в том, что поверхность фотоприёмной пластины усеяна многочисленными микроскопическими полыми трубками. Попадая в один из таких каналов, фотон света выбивает сразу целый каскад электронов, что приводит к значительному усилению сигнала. В ПНВ второго поколения оно может достигать 40 тыс. раз.

Одним из основных направлений дальнейшего развития ПНВ стал поиск возможностей увеличения чувствительности фотоприёмной пластины. И, в конце концов, решение было найдено. Специалисты голландской компании Philips предложили изготавливать ее из специального материала – арсенида галлия. Так появилось третье поколение приборов ночного видения. По сравнению с фотокатодом предыдущего поколения чувствительность пластины из арсенида галлия была значительно больше (примерно на 30%), правда и стоимость ее была выше. Еще одним недостатком подобных катодов является малое время их работы. Хотя, ПНВ третьего поколения способны усиливать входящий свет в 100 тыс. раз. Также можно добавить, что технологией получения арсенида галлия в промышленных масштабах сегодня в мире обладают только две страны: США и Россия.

Если вам будут предлагать прибор ночного видения четвертого поколения, то, скорее всего, вас просто обманывают. Пока их просто не существует. Хотя, конечно, работы в области дальнейшего совершенствования ПНВ активно ведутся во многих странах. Самым любопытным является тот факт, что сегодня в продаже имеются устройства всех трех поколений. Первое поколение ПНВ в основном используется для различных гражданских целей, второе – как для военных, так и для гражданских (например, приборы ночного видения для охоты), а третье применяется исключительно в военных целях, причем довольно ограничено из-за большой стоимости. В последние годы инженерам удалось значительно улучшить чувствительность ЭОП второго поколения с мультищелочным катодом. Именно для этих ПНВ было «придумано» поколение 2+. Они стоят в два-три раза дешевле, чем преобразователи третьего поколения, но при этом вплотную приближаются к ним по характеристикам.

Типы ПНВ

Все устройства подобного типа можно разделить на четыре большие группы:

приборы наблюдения;
прицелы;
очки ночного видения;
устройства, которые позволяют записывать изображение.

К приборам наблюдения относятся различные бинокли, перископы, монокли. Они предназначены для ведения разведки, наблюдения, ориентации на местности. При этом абсолютно не подходят для использования во время стрельбы. Для одновременного ведения огня и наблюдения необходимо применение других видов ПНВ.

Прицелы устанавливаются на стрелковое или любое иное оружие и служат для ведения огня в темное время суток. Они могут быть и чисто ночными, и комбинированными, то есть позволяющими вести огонь, как днем, так и ночью. Подобные прицелы больше подходят для выполнения боевых задач в статическом положении, то есть в обороне, дозоре, при ведении снайперского огня. Если же вам приходится самому перемещаться и вести огонь, то использовать ночной прицел довольно затруднительно. Разве что для ориентации на местности по ходу движения. И это можно назвать главным недостатком подобных «девайсов».

Очки ночного видения крепятся на уровне глаз с помощью ремней или на шлеме, при этом руки бойца остаются свободными. То есть человек может одновременно и осматривать местность и вести огонь. Правда, для этого оружие необходимо оснастить дополнительным лазерным прицельным приспособлением. Существуют как бинокулярные, так и монокулярные очки ночного видения. Их можно использовать не только вместе с огнестрельным оружием, но и при вождении транспортных средств и даже пилотировании летательных аппаратов.

В отдельную группу ПНВ обычно выделяют устройства, способные фиксировать изображение (фото или видео) в ночью. Самым простым решением этой задачи, конечно же, является простое присоединение обычной видеокамеры к ПНВ, часть из которых для этой цели комплектуются адаптерами. Однако обычно для фиксации изображения в темное время суток используются специальные устройства, которые не только записывают получаемый видеосигнал, но и транслируют его на один или несколько мониторов. Подобные видеокамеры с ПНВ чаще всего применяют при охране различных объектов.