A visão é a maneira mais importante de perceber a realidade. Visualmente, obtemos a maior parte das informações sobre o mundo exterior. Nossos olhos são um mecanismo surpreendentemente complexo e perfeito, apresentado a nós pela natureza. Mas, infelizmente, suas possibilidades são um pouco limitadas.
Uma pessoa é capaz de perceber apenas uma faixa ótica muito estreita de todo o espectro da radiação eletromagnética (também é chamada de parte visível do espectro); além disso, o olho só pode perceber a “imagem” em condições de iluminação suficiente. Por exemplo, se ele ficar abaixo do nível de 0,01 lux, perderemos a capacidade de distinguir as cores dos objetos e poderemos ver apenas objetos grandes próximos.
Isso é duplamente insultante, porque por causa dessa característica de nossa visão, nos tornamos quase cegos no escuro. O homem sempre invejou outros representantes do reino animal, para quem a névoa da noite não é um obstáculo: gatos, corujas, lobos, morcegos.
Especialmente não gostou desta limitação da visão humana nas forças armadas. Mas a situação foi drasticamente alterada apenas em meados do século passado, quando, graças às conquistas da física, apareceram dispositivos de visão noturna que tornaram possível ver à noite quase tão claramente quanto durante o dia.
Atualmente, os dispositivos de visão noturna não estão apenas nos arsenais do exército, eles são usados com prazer por equipes de resgate, caçadores, unidades de segurança, serviços especiais. E se falamos de termovisores, a lista de uso deles é ainda mais ampla.
Hoje, há uma enorme quantidade de uma grande variedade de tipos e tipos de dispositivos de visão noturna (NVD), feitos na forma de binóculos, monóculos (monóculos), miras ou óculos comuns. No entanto, antes de falarmos sobre o dispositivo do dispositivo de visão noturna, devemos dizer algumas palavras sobre os princípios físicos nos quais o trabalho de tais dispositivos é baseado.
Como isso funciona
A operação de dispositivos de visão noturna e termovisores é baseada nos fenômenos físicos do efeito fotoelétrico interno e externo.
A essência do efeito fotoelétrico externo (ou emissão de fotoelétrons) é que os corpos sólidos emitem elétrons sob a influência da luz, que são capturados pelo NVD. A base de qualquer dispositivo de visão noturna é um intensificador de imagem, um conversor ótico-eletrônico que capta a luz refletida fraca, amplifica-a e transforma-a em um sinal eletrônico. Isto é o que uma pessoa vê na lente de um dispositivo de visão noturna. Deve ser entendido que nenhum dispositivo de visão noturna é capaz de “ver” na escuridão absoluta. É verdade que também existem dispositivos ativos de visão noturna, que usam sua própria fonte de radiação infravermelha para iluminar objetos.
Qualquer dispositivo de visão noturna consiste em três componentes principais: óptico, eletrônico e outro óptico. A luz é recebida por uma lente, que então se concentra em um intensificador de imagem, onde os fótons se transformam em um sinal eletrônico. O sinal amplificado máximo é transmitido para a tela luminescente, onde novamente se torna a imagem familiar ao olho humano. O design acima é geralmente característico de qualquer geração de dispositivos de visão noturna, apenas modernos dispositivos de visão noturna (segunda e terceira geração) têm um sistema de amplificação de sinal mais avançado.
Os termovisores, por outro lado, capturam sua própria radiação de qualquer corpo ou objeto cuja temperatura é diferente do zero absoluto. A parte principal dos geradores de imagem são os chamados bolômetros - fotodetectores complexos que capturam ondas infravermelhas. Esses sensores são sensíveis aos comprimentos de onda correspondentes à faixa de temperatura de -50 a +500 graus Celsius.
Na verdade, os termovisores têm um design bastante simples. Cada um desses dispositivos consiste em uma lente, uma matriz de imagem térmica e uma unidade de processamento de sinal, bem como uma tela na qual a imagem final é exibida. Os termovisores são de dois tipos: com uma matriz refrigerada e não refrigerada. Os primeiros são os mais sensíveis, caros e maciços. Sua matriz é resfriada a uma temperatura de -210 a -170 o C, geralmente para este uso de nitrogênio líquido. Mais frequentemente, eles são usados em grandes equipamentos militares (por exemplo, qualquer dispositivo de visão noturna de tanque).
Os termovisores com uma matriz não refrigerada custam muito menos, são menores em tamanho, mas sua sensibilidade é muito menor. No entanto, a maioria dos termovisores que estão no mercado hoje (até 97%) pertencem a essa categoria.
Uma das principais características dos termovisores, que determinam em grande parte seu alto custo, são suas lentes. O fato é que o vidro comum usado na maioria dos dispositivos ópticos é completamente opaco à radiação infravermelha. Portanto, materiais tão raros como o germânio são usados para lentes de termovisores, cujo preço de mercado é de cerca de 2 mil dólares por quilo. A lente média de germânio para um termovisor custa cerca de 7 mil dólares, e o preço de um bom pode chegar a 20 mil dólares. Hoje, tanto na Rússia quanto no exterior, eles estão procurando ativamente por um substituto para a Alemanha, o que, em teoria, pode reduzir o custo de um termovisor em 40 a 50%.
História e classificação do NVD
A classificação dos dispositivos de visão noturna baseia-se na sensibilidade do fotocátodo, no grau de amplificação da luz e na resolução no centro da imagem resultante. Como regra geral, existem três gerações de NVD. Além disso, os dispositivos de visão noturna com uma fonte adicional de radiação infravermelha são freqüentemente referidos a uma geração separada. Nos sites dos fabricantes, você pode encontrar informações sobre os dispositivos de visão noturna das chamadas gerações intermediárias, como 1+ ou 2+. No entanto, essa gradação busca mais objetivos de marketing do que um reflexo de diferenças reais.
Melhorar o design do NVD e o surgimento de novas gerações desses dispositivos foram sequencialmente, um após o outro. Por isso, a classificação de dispositivos de visão noturna é mais conveniente considerar em conjunto com a história do seu desenvolvimento.
Em 23 de agosto de 1914, perto da cidade belga de Oostende, os alemães conseguiram encontrar um esquadrão britânico que consistia em cruzadores blindados e destróieres com a ajuda de localizadores de calor. E não é fácil descobrir - mas também corrigir o fogo de artilharia com esses dispositivos, impedindo que os navios inimigos se aproximem de um porto importante. Acredita-se que a partir daquele momento começou a história dos dispositivos de visão noturna.
Em 1934, houve um grande avanço nessa área: o holandês Holst criou o primeiro conversor ótico-eletrônico (EOC) do mundo. Dois anos depois, o expatriado russo Zvorykin desenvolveu um intensificador de imagem com foco em sinal eletrostático, que mais tarde se tornou o “coração” do primeiro dispositivo de visão noturna comercial da empresa norte-americana Radio Corporation of America.
O período de rápido desenvolvimento do NVD foi a Segunda Guerra Mundial. O líder em seu desenvolvimento e aplicação foi a Alemanha de Hitler. O primeiro protótipo da visão noturna foi criado pela empresa alemã Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) em 1936, foi projetado para ser instalado nas pistolas antitanque Pak 35/36 L / 45.
Em 1944, os canhões antitanque alemães Pak 40 podiam disparar usando dispositivos de visão noturna a uma distância de até 700 metros. Mais ou menos na mesma época, as forças de tanques da Wehrmacht receberam o dispositivo de visão noturna Sperber FG 1250, usando o qual a última grande ofensiva alemã ocorreu na Frente Oriental, perto do Lago Húngaro, na Hungria.
Todos os dispositivos de visão noturna acima pertencem à chamada geração zero. Esses dispositivos eram muito sensíveis, portanto, para sua operação normal, era necessária uma fonte adicional de luz infravermelha. Por exemplo, a cada cinco tanques alemães equipados com um Sperber FG 1250, acompanhados por um blindado de transporte de pessoal com um poderoso localizador de infravermelho Uhu ("Filin"). Além disso, os PNVs de geração zero tinham um intensificador de imagem sensível a flashes luminosos de luz. É por isso que, no final da guerra, as tropas soviéticas costumavam usar holofotes convencionais na ofensiva. Eles simplesmente cegaram o PNV alemão.
Os alemães tiveram tentativas de criar e dispositivos de visão noturna que proporcionariam um maior alcance de visão (até 4 km), mas devido ao tamanho considerável do iluminador IR, eles foram abandonados. Em 1944, um lote experimental (300 unidades) do Vampir PNV foi enviado para as tropas, destinado à instalação nos fuzis alemães de assalto Sturmgever. Além da visão em si, consistia em um iluminador infravermelho e uma bateria recarregável. O peso total do dispositivo ultrapassou 30 kg, o alcance - 100 metros e o tempo de operação foi de apenas 20 minutos. Apesar dessas figuras modestas, os alemães usaram ativamente o “Vampiro” nas batalhas noturnas do estágio final da guerra.
As tentativas de criar NVD de geração zero estavam na União Soviética. Mesmo antes da guerra, o complexo Dudka foi desenvolvido para a família de tanques BT, mais tarde um sistema similar apareceu para o T-34. Você também pode se lembrar do dispositivo doméstico de visão noturna Ts-3, que foi desenvolvido para metralhadoras PPSh-41. Armas semelhantes foram planejadas para equipar unidades de assalto. No entanto, o NVD não recebeu amplo uso no Exército Vermelho. Naquela época, os dispositivos de visão noturna ainda eram exóticos, e a União Soviética durante a Segunda Guerra Mundial definitivamente não estava à altura.
A experiência da Segunda Guerra Mundial mostrou que os dispositivos de visão noturna têm excelentes perspectivas. Ficou claro que essa tecnologia pode mudar seriamente o modo de conduzir as operações de combate não apenas em terra, mas também no ar e no mar. No entanto, para isso, o NVD de geração zero teve que se livrar de um grande número de falhas inerentes, a principal delas foi sua baixa sensibilidade. Ele não apenas limitou o alcance do NVD, mas também forçou o uso de um iluminador IR volumoso e muito energético com o dispositivo. No geral, o design dos primeiros dispositivos de visão noturna era muito complicado e não diferia em confiabilidade suficiente.
Logo, os dispositivos de primeira geração baseados em tubos eletroquímicos com foco eletrostático substituíram os dispositivos de visão noturna primitivos do período militar. Eles conseguiram amplificar o sinal de entrada milhares de vezes. Isso, por sua vez, tornou possível recusar iluminação adicional. Os iluminadores IR não só tornaram o sistema desnecessariamente mais pesado, mas também desmascararam o caça no campo de batalha. O pico de sua perfeição da primeira geração de NVGs alcançada na década de 60 do século passado, os americanos utilizaram ativamente durante a Guerra do Vietnã.
Aparelhos de visão noturna de segunda geração apareceram devido ao surgimento de uma tecnologia revolucionária de microcanais, isso aconteceu nos anos 70. A essência disso era que agora as placas ópticas eram cravejadas com tubos ocos de canal com um diâmetro de 10 μm e um comprimento não superior a 1 mm. Seu número determinou a resolução da placa guia de luz. Um fóton de luz, caindo em cada um desses canais, faz com que toda uma cascata de elétrons seja eliminada, o que aumenta bastante a sensibilidade do dispositivo. Para a segunda geração de NVG, o ganho pode chegar a 40 mil vezes. Sua sensibilidade é 240-400 mA / lm e a resolução - 32-56 linhas / mm.
Na União Soviética, os óculos de visão noturna "Quaker" foram criados com base nessa tecnologia e nos EUA - AN / PVS-5B.
Mais tarde, surgiram dispositivos de visão noturna nos quais a lente eletrostática está ausente e ocorre a transferência direta de elétrons para a placa de microcanais. Tais dispositivos de visão noturna são geralmente referidos como geração 2+. Na base de tal esquema, os óculos domésticos "Eyecup" ou o seu análogo americano AN / PVS-7 fizeram-se.
Outros esforços dos cientistas para melhorar os dispositivos de visão noturna foram destinados a melhorar o fotocátodo. Os engenheiros da Philips se ofereceram para produzir um novo material semicondutor - arsenieto de gálio.
Foi assim que surgiram os dispositivos de visão noturna de terceira geração. Em comparação com os fotocátodos multi-alcalinos tradicionais, a sua sensibilidade aumentou em 30%, o que possibilitou a realização de observações, mesmo numa noite sem lua sem nuvens. O único problema era que o novo material poderia ser feito apenas em condições de alto vácuo, e esse processo acabou sendo muito trabalhoso. Portanto, o custo de tal fotocátodo acabou sendo uma ordem de magnitude maior do que a de seus predecessores. ao mesmo tempo, a terceira geração de NVGs pode amplificar a luz que chega em 100 mil vezes. Você também pode acrescentar que apenas dois países podem produzir arsenieto de gálio em escala industrial - os Estados Unidos e a Rússia.
Se você vir informações sobre a venda de NVG de quarta geração em algum lugar, lembre-se: muito provavelmente, você está sendo enganado. Ainda não existe, nem é claro quais critérios usar para determinar esse grupo. Embora, é claro, pesquisas para melhorar as "luzes noturnas" existentes sejam realizadas em dezenas de países ao redor do mundo. Para os termovisores, eles estão procurando por uma substituição do vidro da Alemanha, o principal problema dos dispositivos de visão noturna é a busca por um análogo mais barato dos fotocátodos de arsenieto de gálio. No início dos anos 2000, os americanos anunciaram a criação de uma nova geração de NVGs, mas alguns especialistas acreditam que ela pode ser chamada de geração 3+.
Aplicações e Perspectivas
Dispositivos que permitem que uma pessoa veja à noite, todos os anos estão se tornando mais populares e encontram novas áreas de aplicação. Dispositivos de visão noturna "civis" modernos têm um preço acessível, então caçadores, estruturas de segurança e outras categorias de cidadãos que precisam de visão noturna podem pagar por eles.
O mais interessante é que hoje todas as três gerações de dispositivos de visão noturna estão presentes no mercado. Muitos dispositivos de visão noturna para caça pertencem à primeira geração ou mesmo a zero e possuem iluminação por infravermelho, o que é absolutamente inaceitável para NVGs militares. No "cidadão" também são usados e dispositivos de terceira geração (eles podem ser vistos até mesmo no porão). As tecnologias usadas para criá-las não são secretas há muito tempo, apenas os dispositivos são muito caros. Escopo O NVD também pode ser feito usando elementos de diferentes gerações.
O uso de termovisores também deixou de ser a exclusiva prerrogativa dos militares. Além da caça e da observação no escuro, dispositivos semelhantes são cada vez mais usados em pesquisas científicas. Com a ajuda deles, por exemplo, eles verificam a espaçonave antes do lançamento: o imager mostra perfeitamente vários vazamentos que podem levar a uma catástrofe. Câmara termográfica e energia indispensáveis. Este dispositivo pode mostrar facilmente onde o calor está escapando mais ativamente de um edifício, e também permitirá que ele detecte locais com cargas máximas em redes elétricas. Os termógrafos e a medicina são usados: de acordo com o mapa de temperatura do corpo humano, você pode até fazer alguns diagnósticos. Todos os anos, esses dispositivos estão se tornando mais baratos, por isso seu escopo de aplicação está em constante expansão.
