Visi adalah cara paling penting untuk memahami realitas. Secara visual, kami mendapatkan sebagian besar informasi tentang dunia luar. Mata kita adalah mekanisme yang sangat kompleks dan sempurna, yang secara alami disajikan kepada kita. Namun, sayangnya, kemungkinan mereka agak terbatas.
Seseorang hanya dapat merasakan jangkauan optik yang sangat sempit dari seluruh spektrum radiasi elektromagnetik (juga disebut bagian spektrum yang terlihat), apalagi mata dapat melihat "gambar" hanya dalam kondisi penerangan yang cukup. Misalnya, jika jatuh di bawah level 0,01 lux, maka kita kehilangan kemampuan untuk membedakan warna objek dan kita hanya dapat melihat objek besar yang ada di dekatnya.
Ini dua kali menghina, karena fitur penglihatan kita ini, kita menjadi hampir buta dalam gelap. Manusia selalu iri dengan perwakilan kerajaan hewan lainnya, yang bagi mereka kabut malam bukanlah halangan: kucing, burung hantu, serigala, kelelawar.
Terutama tidak suka keterbatasan penglihatan manusia di militer. Tetapi situasinya berubah drastis hanya di pertengahan abad terakhir, ketika, berkat pencapaian fisika, perangkat penglihatan malam muncul yang memungkinkan untuk melihat di malam hari hampir sejelas di siang hari.
Saat ini, alat penglihatan malam tidak hanya ada di gudang senjata tentara, mereka digunakan dengan senang hati oleh penyelamat, pemburu, unit keamanan, layanan khusus. Dan jika kita berbicara tentang pencitra termal, daftar penggunaannya bahkan lebih luas.
Saat ini, ada banyak sekali jenis dan tipe night-vision devices (NVD), yang dibuat dalam bentuk teropong, mono-kacamata (monoculars), pemandangan atau kacamata biasa. Namun, sebelum kita berbicara tentang perangkat perangkat night vision, kita harus mengatakan beberapa kata tentang prinsip-prinsip fisik yang menjadi dasar kerja perangkat tersebut.
Bagaimana cara kerjanya
Pengoperasian perangkat penglihatan malam dan pencitraan termal didasarkan pada fenomena fisik dari efek fotolistrik internal dan eksternal.
Inti dari efek fotolistrik eksternal (atau emisi fotoelektron) adalah benda padat memancarkan elektron di bawah pengaruh cahaya, yang ditangkap oleh NVD. Dasar dari setiap alat penglihatan malam adalah penguat gambar, konverter elektron-optik yang menangkap cahaya yang dipantulkan lemah, menguatkannya dan mengubahnya menjadi sinyal elektronik. Inilah yang dilihat seseorang di lensa alat penglihatan malam. Harus dipahami bahwa tidak ada alat penglihatan malam yang dapat "melihat" dalam kegelapan mutlak. Benar, ada juga perangkat penglihatan malam aktif, yang menggunakan sumber radiasi infra merah sendiri untuk menerangi objek.
Perangkat night vision terdiri dari tiga komponen utama: optik, elektronik, dan optik lainnya. Cahaya diterima oleh lensa, yang kemudian memfokuskannya pada penguat gambar, di mana foton berubah menjadi sinyal elektronik. Sinyal amplifikasi maksimum ditransmisikan ke layar luminescent, di mana lagi menjadi gambar yang akrab bagi mata manusia. Desain di atas umumnya merupakan karakteristik dari setiap generasi perangkat night vision, hanya perangkat night vision modern (generasi kedua dan ketiga) yang memiliki sistem amplifikasi sinyal yang lebih maju.
Sebaliknya, pencitra panas menangkap radiasi mereka sendiri dari benda atau benda apa pun yang suhunya berbeda dari nol absolut. Bagian utama dari pencitraan adalah apa yang disebut bolometer - fotodetektor kompleks yang menangkap gelombang inframerah. Sensor semacam itu sensitif terhadap panjang gelombang yang sesuai dengan kisaran suhu dari -50 hingga +500 derajat Celcius.
Bahkan, pencitraan termal memiliki desain yang cukup sederhana. Setiap perangkat tersebut terdiri dari lensa, matriks pencitraan termal, dan unit pemrosesan sinyal, serta layar tempat gambar akhir ditampilkan. Pencitra termal terdiri dari dua jenis: dengan matriks yang didinginkan dan tidak didinginkan. Yang pertama adalah yang paling sensitif, mahal dan masif. Matriks mereka didinginkan hingga suhu -210 hingga -170 o C, biasanya untuk ini menggunakan nitrogen cair. Lebih sering digunakan pada peralatan militer besar (misalnya, perangkat penglihatan malam tank).
Pencitra termal dengan matriks yang tidak didinginkan harganya jauh lebih murah, ukurannya lebih kecil, tetapi sensitivitasnya jauh lebih rendah. Namun, sebagian besar pencitraan termal yang ada di pasaran saat ini (hingga 97%) termasuk dalam kategori ini.
Salah satu fitur utama pencitra termal, yang sangat menentukan biayanya yang tinggi, adalah lensa mereka. Faktanya adalah kaca biasa yang digunakan pada sebagian besar perangkat optik benar-benar buram terhadap radiasi inframerah. Oleh karena itu, bahan langka seperti germanium digunakan untuk lensa pencitra termal, yang harganya sekitar 2 ribu dolar per kg. Lensa germanium rata-rata untuk imager termal harganya sekitar 7 ribu dolar, dan harga yang bagus bisa mencapai hingga 20 ribu dolar. Saat ini, baik di Rusia maupun di luar negeri, mereka secara aktif mencari pengganti Jerman, yang secara teori dapat mengurangi biaya imager termal sebesar 40-50%.
Sejarah dan klasifikasi NVD
Klasifikasi perangkat night vision didasarkan pada sensitivitas photocathode, tingkat amplifikasi cahaya, dan resolusi di tengah gambar yang dihasilkan. Sebagai aturan, ada tiga generasi NVD. Selain itu, perangkat penglihatan malam dini dengan sumber tambahan radiasi inframerah sering disebut generasi terpisah. Di situs web produsen, Anda dapat menemukan informasi tentang perangkat night vision dari apa yang disebut generasi menengah, seperti 1+ atau 2+. Namun, gradasi seperti itu mengejar lebih banyak tujuan pemasaran daripada refleksi perbedaan nyata.
Meningkatkan desain NVD dan munculnya generasi baru dari perangkat ini berjalan berurutan, satu demi satu. Oleh karena itu, klasifikasi perangkat night vision lebih nyaman untuk dipertimbangkan bersama dengan sejarah perkembangannya.
Pada tanggal 23 Agustus 1914, di dekat kota Belgia Oostende, Jerman berhasil menemukan skuadron Inggris yang terdiri dari kapal penjelajah lapis baja dan kapal perusak dengan bantuan pencari panas. Dan tidak mudah untuk mengetahuinya - tetapi juga untuk memperbaiki tembakan artileri dengan perangkat ini, mencegah kapal musuh mendekati pelabuhan penting. Diyakini bahwa sejak saat itu mulai sejarah perangkat penglihatan malam.
Pada tahun 1934 ada terobosan nyata di bidang ini: Dutchman Holst menciptakan converter elektron-optik (EOC) pertama di dunia. Dua tahun kemudian, ekspatriat Rusia Zvorykin mengembangkan penguat gambar dengan pemfokusan sinyal elektrostatik, yang kemudian menjadi "jantung" perangkat penglihatan malam komersial pertama dari perusahaan Amerika Radio Corporation of America.
Periode perkembangan cepat NVD adalah Perang Dunia Kedua. Pemimpin dalam pengembangan dan aplikasi mereka adalah Jerman Hitler. Prototipe pertama dari penglihatan malam diciptakan oleh perusahaan Jerman Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) pada tahun 1936, itu dimaksudkan untuk instalasi pada senjata anti-tank Pak 35/36 L / 45.
Pada tahun 1944, senapan anti-tank Pak 40 Jerman dapat menembak menggunakan perangkat penglihatan malam pada jarak hingga 700 meter. Pada waktu yang hampir bersamaan, pasukan tank Wehrmacht menerima perangkat penglihatan malam Sperber FG 1250, yang menggunakan serangan utama Jerman terakhir terjadi di Front Timur dekat Danau Balaton Hongaria.
Semua perangkat night-vision di atas milik generasi nol. Perangkat semacam itu sangat sensitif, sehingga untuk pengoperasian normal diperlukan sumber cahaya inframerah tambahan. Sebagai contoh, setiap lima tank Jerman dilengkapi dengan Sperber FG 1250, disertai dengan pengangkut personel lapis baja dengan pelacak inframerah Uhu ("Filin"). Selain itu, PNV generasi nol memiliki gambar yang lebih peka terhadap kilatan cahaya yang terang. Itulah sebabnya pada akhir perang, pasukan Soviet sering menggunakan lampu sorot konvensional dalam ofensif. Mereka hanya membutakan PNV Jerman.
Jerman telah berupaya membuat dan memfokuskan perangkat penglihatan malam yang akan memberikan jangkauan penglihatan yang lebih besar (hingga 4 km), tetapi karena ukuran yang cukup besar dari iluminator IR, mereka ditinggalkan. Pada tahun 1944, batch eksperimental (300 pcs.) Dari Vampir PNV dikirim ke pasukan, dimaksudkan untuk instalasi pada senapan serbu Sturmgever Jerman. Selain penglihatan itu sendiri, itu terdiri dari iluminator inframerah dan baterai yang dapat diisi ulang. Berat total perangkat melebihi 30 kg, kisaran - 100 meter, dan waktu operasinya hanya 20 menit. Meskipun angka-angka yang agak sederhana ini, Jerman secara aktif menggunakan "Vampir" dalam pertempuran malam tahap akhir perang.
Upaya untuk membuat NVD nol-generasi ada di Uni Soviet. Bahkan sebelum perang, kompleks Dudka dikembangkan untuk keluarga tank BT, kemudian sistem yang serupa muncul untuk T-34. Anda juga dapat mengingat perangkat night-vision domestik Ts-3, yang dikembangkan untuk senapan mesin ringan PPSh-41. Senjata serupa direncanakan untuk melengkapi unit penyerangan. Namun, NVD tidak menerima penggunaan luas di Tentara Merah. Pada saat itu, alat penglihatan malam masih eksotis, dan Uni Soviet selama Perang Dunia II jelas tidak sanggup melakukannya.
Pengalaman Perang Dunia Kedua menunjukkan bahwa perangkat penglihatan malam memiliki prospek yang sangat baik. Menjadi jelas bahwa teknologi ini dapat secara serius mengubah cara melakukan operasi tempur tidak hanya di darat, tetapi juga di udara dan di laut. Namun, untuk ini, NVD generasi nol harus menyingkirkan sejumlah besar cacat bawaan, yang utamanya adalah sensitivitasnya yang rendah. Ini tidak hanya membatasi rentang NVD, tetapi juga dipaksa untuk menggunakan iluminator IR besar dan sangat intensif energi dengan perangkat. Secara keseluruhan, desain perangkat night vision pertama terlalu rumit dan tidak berbeda dalam keandalan yang cukup.
Segera, perangkat generasi pertama yang didasarkan pada tabung elektrokimia-elektro-opto dengan fokus elektrostatik menggantikan perangkat penglihatan malam primitif pada periode militer. Mereka mampu memperkuat sinyal input beberapa ribu kali. Ini, pada gilirannya, memungkinkan untuk menolak pencahayaan tambahan. Iluminator IR tidak hanya membuat sistem lebih berat, tetapi juga membuka kedok petarung di medan perang. Puncak kesempurnaan mereka pada generasi pertama NVG yang dicapai oleh 60-an abad terakhir, Amerika secara aktif menggunakannya selama Perang Vietnam.
Perangkat night-vision generasi kedua muncul karena munculnya teknologi microchannel revolusioner, ini terjadi pada tahun 70-an. Inti dari itu adalah bahwa sekarang pelat optik dipenuhi dengan tabung saluran berlubang dengan diameter 10 μm dan panjangnya tidak lebih dari 1 mm. Jumlah mereka menentukan resolusi pelat panduan cahaya. Sebuah foton cahaya, yang jatuh ke masing-masing saluran ini, menyebabkan kaskade seluruh elektron menjadi padam, yang sangat meningkatkan sensitivitas perangkat. Untuk NVG generasi kedua, keuntungannya bisa mencapai 40 ribu kali. Sensitivitas mereka adalah 240-400 mA / lm, dan resolusi - 32-56 baris / mm.
Di Uni Soviet, kacamata penglihatan malam "Quaker" diciptakan berdasarkan teknologi ini, dan di AS - AN / PVS-5B.
Kemudian, perangkat night-vision muncul di mana lensa elektrostatik tidak ada sama sekali dan transfer elektron langsung ke pelat microchannel berlangsung. Perangkat penglihatan malam seperti itu biasanya disebut sebagai generasi 2+. Atas dasar skema seperti itu, kacamata dalam negeri "Eyecup" atau analog Amerika mereka AN / PVS-7 dibuat.
Upaya lebih lanjut dari para ilmuwan untuk meningkatkan perangkat penglihatan malam bertujuan untuk meningkatkan fotocathode. Insinyur Philips telah menawarkan untuk membuatnya dari bahan semikonduktor baru - gallium arsenide.
Itulah bagaimana perangkat night vision generasi ketiga muncul. Dibandingkan dengan photocathodes multi-alkali tradisional, sensitivitasnya menjadi lebih tinggi sebesar 30%, yang memungkinkan dilakukannya pengamatan bahkan di malam tanpa bulan yang tak berawan. Satu-satunya masalah adalah bahwa bahan baru hanya dapat dibuat dalam kondisi vakum tinggi, dan proses ini ternyata sangat melelahkan. Oleh karena itu, biaya fotocathode semacam itu adalah urutan besarnya lebih tinggi daripada pendahulunya. pada saat yang sama, generasi ketiga NVGs dapat memperkuat cahaya yang masuk sebanyak 100 ribu kali. Anda juga dapat menambahkan bahwa hanya dua negara yang dapat memproduksi gallium arsenide dalam skala industri - Amerika Serikat dan Rusia.
Jika Anda melihat informasi tentang penjualan NVG generasi keempat di suatu tempat, maka perlu diingat: kemungkinan besar, Anda ditipu. Belum ada, bahkan tidak jelas kriteria apa yang digunakan untuk menentukan grup ini. Meskipun, tentu saja, penelitian untuk meningkatkan "lampu malam" yang ada dilakukan di puluhan negara di seluruh dunia. Untuk pencitra termal, mereka mencari pengganti kaca dari Jerman, masalah utama perangkat penglihatan malam adalah mencari analog yang lebih murah dari fotokatoda gallium arsenide. Pada awal tahun 2000-an, orang Amerika mengumumkan penciptaan generasi baru NVGs, tetapi beberapa ahli percaya bahwa itu bisa disebut generasi 3+.
Aplikasi dan Prospek
Perangkat yang memungkinkan seseorang untuk melihat di malam hari, setiap tahun menjadi lebih populer dan menemukan area aplikasi baru. Perangkat penglihatan malam "sipil" modern memiliki harga yang terjangkau, sehingga pemburu, struktur keamanan, dan kategori warga negara lain yang membutuhkan penglihatan malam dapat membelinya.
Yang paling menarik adalah bahwa saat ini ketiga generasi perangkat night vision hadir di pasaran. Banyak perangkat penglihatan malam untuk berburu milik generasi pertama atau bahkan nol dan memiliki penerangan IR, yang sama sekali tidak dapat diterima untuk NVG militer. Pada "warga" juga digunakan dan perangkat generasi ketiga (mereka dapat dilihat bahkan di ruang bawah tanah). Teknologi yang digunakan untuk membuatnya belum rahasia untuk waktu yang lama, hanya saja perangkat sangat mahal. Ruang lingkup NVD juga dapat dibuat menggunakan elemen-elemen dari generasi yang berbeda.
Penggunaan pencitra termal juga telah lama tidak lagi menjadi hak prerogatif eksklusif militer. Selain berburu dan pengamatan dalam gelap, perangkat serupa semakin banyak digunakan dalam penelitian ilmiah. Dengan bantuan mereka, misalnya, mereka memeriksa pesawat ruang angkasa sebelum diluncurkan: imager dengan sempurna menunjukkan berbagai kebocoran yang dapat menyebabkan bencana. Imager termal dan energi yang sangat diperlukan. Perangkat ini dapat dengan mudah menunjukkan di mana panas paling aktif keluar dari gedung, dan juga akan memungkinkannya untuk mendeteksi tempat-tempat beban maksimum di jaringan listrik. Pencitra termal dan obat-obatan digunakan: sesuai dengan peta suhu tubuh manusia, Anda bahkan dapat membuat beberapa diagnosa. Setiap tahun, perangkat ini menjadi lebih murah, sehingga cakupan aplikasinya terus berkembang.
