La visión es la forma más importante de percibir la realidad. Visualmente, obtenemos la mayor parte de la información sobre el mundo exterior. Nuestros ojos son un mecanismo sorprendentemente complejo y perfecto, que nos presenta la naturaleza. Pero, desafortunadamente, sus posibilidades son algo limitadas.
Una persona es capaz de percibir solo un rango óptico muy estrecho de todo el espectro de radiación electromagnética (también se le conoce como la parte visible del espectro); además, el ojo puede percibir la "imagen" solo en condiciones de suficiente iluminación. Por ejemplo, si cae por debajo del nivel de 0.01 lux, entonces perdemos la capacidad de distinguir los colores de los objetos y solo podemos ver los objetos grandes que están cerca.
Esto es doblemente insultante, debido a esta característica de nuestra visión, nos volvemos casi ciegos en la oscuridad. El hombre siempre ha envidiado a otros representantes del reino animal, para quienes la niebla de la noche no es un obstáculo: gatos, búhos, lobos, murciélagos.
Especialmente no le gustó esta limitación de la visión humana en el ejército. Pero la situación cambió drásticamente solo a mediados del siglo pasado, cuando, gracias a los logros de la física, aparecieron dispositivos de visión nocturna que permitían ver la noche casi tan claramente como durante el día.
Actualmente, los dispositivos de visión nocturna no solo se encuentran en arsenales del ejército, sino que son usados con placer por rescatistas, cazadores, unidades de seguridad, servicios especiales. Y si hablamos de imágenes térmicas, la lista de su uso es aún más amplia.
Hoy en día, existe una gran cantidad de una amplia variedad de tipos y tipos de dispositivos de visión nocturna (NVD), fabricados en forma de binoculares, monofasculares (monoculares), visores o anteojos comunes. Sin embargo, antes de hablar sobre el dispositivo del dispositivo de visión nocturna, debemos decir algunas palabras sobre los principios físicos en los que se basa el trabajo de dichos dispositivos.
Como funciona
El funcionamiento de los dispositivos de visión nocturna e imágenes térmicas se basa en los fenómenos físicos del efecto fotoeléctrico interno y externo.
La esencia del efecto fotoeléctrico externo (o emisión fotoelectrónica) es que los cuerpos sólidos emiten electrones bajo la influencia de la luz, que son capturados por el NVD. La base de cualquier dispositivo de visión nocturna es un intensificador de imagen, un convertidor electrónico-óptico que captura la luz reflejada débil, la amplifica y la convierte en una señal electrónica. Esto es lo que una persona ve en la lente de un dispositivo de visión nocturna. Debe entenderse que ningún dispositivo de visión nocturna es capaz de "ver" en la oscuridad absoluta. Es cierto que también hay dispositivos de visión nocturna activos, que utilizan su propia fuente de radiación infrarroja para iluminar objetos.
Cualquier dispositivo de visión nocturna consta de tres componentes principales: óptico, electrónico y otro óptico. La luz es recibida por una lente, que luego la enfoca en un intensificador de imagen, donde los fotones se convierten en una señal electrónica. La máxima señal amplificada se transmite a la pantalla luminiscente, donde nuevamente se convierte en la imagen familiar para el ojo humano. El diseño anterior es generalmente característico de cualquier generación de dispositivos de visión nocturna, solo los modernos dispositivos de visión nocturna (segunda y tercera generación) tienen un sistema de amplificación de señal más avanzado.
Por otra parte, las cámaras termográficas capturan su propia radiación de cualquier cuerpo u objeto cuya temperatura es diferente del cero absoluto. La parte principal de los lectores de imágenes son los denominados bolómetros, fotodetectores complejos que capturan las ondas infrarrojas. Dichos sensores son sensibles a las longitudes de onda correspondientes al rango de temperatura de -50 a +500 grados Celsius.
De hecho, las cámaras termográficas tienen un diseño bastante simple. Cada uno de estos dispositivos consiste en una lente, una matriz de imagen térmica y una unidad de procesamiento de señales, así como una pantalla en la que se muestra la imagen final. Las cámaras termográficas son de dos tipos: con una matriz refrigerada y no enfriada. Los primeros son los más sensibles, caros y masivos. Su matriz se enfría a una temperatura de -210 a -170 ° C, generalmente para este uso de nitrógeno líquido. Más a menudo se usan en equipos militares grandes (por ejemplo, cualquier dispositivo de visión nocturna de tanques).
Las cámaras termográficas con una matriz sin enfriar cuestan mucho menos, son más pequeñas en tamaño, pero su sensibilidad es mucho menor. Sin embargo, la mayoría de las cámaras termográficas que están en el mercado hoy (hasta un 97%) pertenecen a esta categoría.
Una de las características principales de las cámaras termográficas, que determina en gran medida su alto costo, son sus lentes. El hecho es que el vidrio ordinario utilizado en la mayoría de los dispositivos ópticos es completamente opaco a la radiación infrarroja. Por lo tanto, materiales raros como el germanio se usan para lentes de cámaras termográficas, cuyo precio de mercado es de aproximadamente 2 mil dólares por kg. El promedio de lentes de germanio para una cámara termográfica cuesta alrededor de 7 mil dólares, y el precio de una buena puede alcanzar hasta 20 mil dólares. Hoy, tanto en Rusia como en el extranjero, están buscando activamente un reemplazo para Alemania, que en teoría puede reducir el costo de una cámara termográfica en un 40-50%.
Historia y clasificación de NVD
La clasificación de los dispositivos de visión nocturna se basa en la sensibilidad del fotocátodo, el grado de amplificación de la luz y la resolución en el centro de la imagen resultante. Como regla general, hay tres generaciones de NVD. Además, los dispositivos de visión nocturna temprana con una fuente adicional de radiación infrarroja a menudo se refieren a una generación separada. En los sitios web de los fabricantes puede encontrar información sobre los dispositivos de visión nocturna de las llamadas generaciones intermedias, como 1+ o 2+. Sin embargo, tal graduación persigue más objetivos de marketing que un reflejo de diferencias reales.
La mejora del diseño de NVD y la aparición de nuevas generaciones de estos dispositivos se realizó de manera secuencial, una tras otra. Por lo tanto, es más conveniente considerar la clasificación de los dispositivos de visión nocturna junto con la historia de su desarrollo.
El 23 de agosto de 1914, cerca de la ciudad belga de Ostende, los alemanes lograron encontrar un escuadrón británico formado por cruceros blindados y destructores con la ayuda de los buscadores de calor. Y no es fácil descubrirlo, sino también corregir el fuego de artillería con estos dispositivos, evitando que las naves enemigas se acerquen a un puerto importante. Se cree que a partir de ese momento comenzó la historia de los dispositivos de visión nocturna.
En 1934 se produjo un gran avance en esta área: el holandés Holst creó el primer convertidor de electrónica y óptica (EOC) del mundo. Dos años después, el expatriado ruso Zvorykin desarrolló un intensificador de imagen con enfoque de señal electrostática, que luego se convirtió en el "corazón" del primer dispositivo comercial de visión nocturna de la compañía estadounidense Radio Corporation of America.
El período de rápido desarrollo de NVD fue la Segunda Guerra Mundial. El líder en su desarrollo y aplicación fue la Alemania de Hitler. El primer prototipo de la visión nocturna fue creado por la compañía alemana Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) en 1936, y estaba destinado a la instalación en las pistolas antitanque Pak 35/36 L / 45.
Para 1944, los cañones antitanques German Pak 40 podían dispararse utilizando dispositivos de visión nocturna a una distancia de hasta 700 metros. Casi al mismo tiempo, las fuerzas de tanques de la Wehrmacht recibieron el dispositivo de visión nocturna Sperber FG 1250, mediante el cual se llevó a cabo la última gran ofensiva alemana en el frente oriental, cerca del lago Balaton, en Hungría.
Todos los dispositivos de visión nocturna mencionados anteriormente pertenecen a la llamada generación cero. Tales dispositivos eran muy sensibles, por lo que para su funcionamiento normal se necesitaba una fuente adicional de luz infrarroja. Por ejemplo, cada cinco tanques alemanes equipados con un Sperber FG 1250, acompañados por un transporte blindado de personal con un poderoso localizador de infrarrojos Uhu ("Filin"). Además, los PNV de generación cero tenían un intensificador de imagen sensible a los destellos de luz brillante. Es por eso que al final de la guerra, las tropas soviéticas a menudo usaban reflectores convencionales en la ofensiva. Simplemente cegaron al PNV alemán.
Los alemanes intentaron crear dispositivos de visión nocturna que proporcionaran un mayor rango de visión (hasta 4 km), pero debido al tamaño considerable del iluminador IR, fueron abandonados. En 1944, se envió a las tropas un lote experimental (300 unidades) del Vampir PNV, destinado a la instalación en los fusiles de asalto alemanes Sturmgever. Además de la vista en sí, consistía en un iluminador infrarrojo y una batería recargable. El peso total del dispositivo superó los 30 kg, el rango - 100 metros y el tiempo de funcionamiento fue de solo 20 minutos. A pesar de estas figuras bastante modestas, los alemanes utilizaron activamente "vampiro" en las batallas nocturnas de la etapa final de la guerra.
Los intentos de crear NVD de generación cero fueron en la Unión Soviética. Incluso antes de la guerra, el complejo Dudka fue desarrollado para la familia de tanques BT, más tarde apareció un sistema similar para el T-34. También puede recordar el dispositivo doméstico de visión nocturna Ts-3, que fue desarrollado para metralletas PPSh-41. Armas similares fueron planeadas para equipar a las unidades de asalto. Sin embargo, el NVD no recibió un uso generalizado en el Ejército Rojo. En ese momento, los dispositivos de visión nocturna todavía eran exóticos, y la Unión Soviética durante la Segunda Guerra Mundial definitivamente no era capaz de hacerlo.
La experiencia de la Segunda Guerra Mundial mostró que los dispositivos de visión nocturna tienen excelentes perspectivas. Quedó claro que esta tecnología puede cambiar seriamente la forma de realizar operaciones de combate no solo en tierra, sino también en el aire y en el mar. Sin embargo, para esto, la NVD de generación cero tuvo que deshacerse de una gran cantidad de fallas inherentes, la principal de las cuales era su baja sensibilidad. No solo limitó el alcance del NVD, sino que también forzó el uso de un iluminador IR voluminoso y de gran consumo de energía con el dispositivo. En general, el diseño de los primeros dispositivos de visión nocturna era demasiado complicado y no difería en la fiabilidad suficiente.
Pronto, los dispositivos de primera generación basados en tubos electro-opto-electroquímicos con enfoque electrostático reemplazaron a los primitivos dispositivos de visión nocturna del período militar. Pudieron amplificar la señal de entrada varios miles de veces. Esto, a su vez, hizo posible rechazar la iluminación adicional. Los iluminadores IR no solo hicieron que el sistema fuera más pesado sino que también desenmascararon al luchador en el campo de batalla. La cima de su perfección de la primera generación de NVG alcanzada en los años 60 del siglo pasado, los estadounidenses los utilizaron activamente durante la Guerra de Vietnam.
Aparecieron dispositivos de visión nocturna de segunda generación debido a la aparición de una revolucionaria tecnología de microcanales, esto sucedió en los años 70. La esencia de esto era que ahora las placas ópticas estaban tachonadas con tubos de canales huecos con un diámetro de 10 μm y una longitud de no más de 1 mm. Su número determinó la resolución de la placa guía de luz. Un fotón de luz, que cae en cada uno de estos canales, hace que se elimine toda una cascada de electrones, lo que aumenta considerablemente la sensibilidad del dispositivo. Para la segunda generación de NVG, la ganancia puede llegar a 40 mil veces. Su sensibilidad es de 240-400 mA / lm, y la resolución - 32-56 líneas / mm.
En la Unión Soviética, las gafas de visión nocturna "Quaker" se crearon sobre la base de esta tecnología, y en los Estados Unidos - AN / PVS-5B.
Más tarde, aparecieron dispositivos de visión nocturna en los que la lente electrostática está ausente por completo y se lleva a cabo la transferencia directa de electrones a la placa de microcanal. Dichos dispositivos de visión nocturna generalmente se denominan generación 2+. Sobre la base de dicho esquema, se fabricaron las gafas domésticas "Eyecup" o su análogo estadounidense AN / PVS-7.
Los esfuerzos adicionales de los científicos para mejorar los dispositivos de visión nocturna tenían como objetivo mejorar el fotocátodo. Los ingenieros de Philips se han ofrecido a salir de un nuevo material semiconductor: el arseniuro de galio.
Así es como aparecieron los dispositivos de visión nocturna de tercera generación. En comparación con los fotocátodos multialcalinos tradicionales, su sensibilidad aumentó en un 30%, lo que permitió realizar observaciones incluso en una noche sin luna sin nubes. El único problema era que el nuevo material solo podía fabricarse en condiciones de alto vacío, y este proceso resultó ser muy laborioso. Por lo tanto, el costo de dicho fotocátodo resultó ser un orden de magnitud superior al de sus antecesores. al mismo tiempo, la tercera generación de NVG puede amplificar la luz entrante por 100 mil veces. También puede agregar que solo dos países pueden producir arseniuro de galio a escala industrial: Estados Unidos y Rusia.
Si ve información sobre la venta de NVG de cuarta generación en algún lugar, tenga en cuenta que lo más probable es que lo estén engañando. Todavía no existe, ni siquiera está claro qué criterios usar para determinar este grupo. Aunque, por supuesto, la investigación para mejorar las "luces nocturnas" existentes se lleva a cabo en docenas de países de todo el mundo. Para las cámaras termográficas, están buscando un reemplazo económico de vidrio de Alemania, el principal problema de los dispositivos de visión nocturna es la búsqueda de un análogo más barato de los fotocátodos de arseniuro de galio. A principios de la década de 2000, los estadounidenses anunciaron la creación de una nueva generación de NVG, pero algunos expertos creen que puede llamarse la generación 3+.
Aplicaciones y perspectivas
Los dispositivos que permiten a una persona ver por la noche, cada año son más populares y encuentran nuevas áreas de aplicación. Los modernos dispositivos de visión nocturna "civiles" tienen un precio asequible, por lo que los cazadores, las estructuras de seguridad y otras categorías de ciudadanos que necesitan visión nocturna pueden pagarlos.
Lo más interesante es que hoy en día las tres generaciones de dispositivos de visión nocturna están presentes en el mercado. Muchos dispositivos de visión nocturna para la caza pertenecen a la primera generación o incluso a cero y tienen iluminación IR, lo que es absolutamente inaceptable para los NVG militares. En el "ciudadano" también se utilizan dispositivos de tercera generación (se pueden ver incluso en el sótano). Las tecnologías que se utilizan para crearlas no han sido secretas durante mucho tiempo, solo los dispositivos son muy caros. Scope NVD también se puede hacer utilizando elementos de diferentes generaciones.
El uso de cámaras termográficas también ha dejado de ser una prerrogativa exclusiva de los militares. Además de la caza y la observación en la oscuridad, los dispositivos similares se utilizan cada vez más en la investigación científica. Con su ayuda, por ejemplo, comprueban la nave espacial antes de su lanzamiento: el generador de imágenes muestra perfectamente varias fugas que pueden llevar a una catástrofe. Impresora térmica y energía indispensables. Este dispositivo puede mostrar fácilmente dónde se escapa más activamente el calor de un edificio y también le permitirá detectar lugares con cargas máximas en las redes eléctricas. Se utilizan imágenes térmicas y medicamentos: según el mapa de temperatura del cuerpo humano, incluso puede hacer algunos diagnósticos. Cada año, estos dispositivos son cada vez más baratos, por lo que su ámbito de aplicación está en constante expansión.
