Взгляд во тьме: как устроены приборы ночного видения — Naked Science
Партнерский материал

Взгляд во тьме: как устроены приборы ночного видения

Прибор ночного видения — вещь, необходимая всем любителям ночной охоты. Даже при очень слабом освещении он позволяет выследить добычу. Но очень многие из тех, кто пользуется ПНВ, не имеют понятия о том, как он работает. В этой статье мы подробно расскажем об устройствах, которые позволяют видеть в ночной тьме.
Рассказываем обо всем подробно / The Gun Zone

Первые и громоздкие

Приборы ночного видения — детище военных времен. Первые подобные устройства появились как раз в годы Второй мировой. Они были громоздкими, не слишком «дальнобойными» (обеспечивали видимость не более чем на 200 метров) и обеспечивали передвижение танковых колонн в ночное время. В 1944 году немецкие инженеры разработали первый прообраз такого ПНВ для снайперов, каким мы привыкли его видеть. Однако при относительно небольшой дальности — около 100 метров — прибор вместе со всем дополнительным снаряжением и батареями весил почти 35 килограмм!

Работа этих приборов основывалась на принципе «стакана Холста» — изобретения датчанина Жиля Холста, создавшего устройство из двух вложенных друг в друга стаканов, донья которых покрыты фото­катодом и люминофором. На фотокатод попадает слабое инфракрасного излучение и инициирует высвобождение электронов. Эти электроды попадают на люминофор, который начинает светиться в видимом диапазоне.


Схема стакана Холста / © Oyla

Такая схема была довольно простой, но обладала множеством недостатков. Главные из них — низкое качество изображения на выходе и высокий уровень шумов фотокатода, из-за которого его нужно было охлаждать примерно до −40 °C. К тому же «стаканы Холста» были чрезмерно чувствительны к вспышкам яркого освещения и легко выводились из строя при помощи прожекторов.

Развитие идеи

В 1960 — 1970 годы на смену ПНВ первого поколения пришли приборы с электростатической фокусировкой при помощи специальных линз. Хотя такая система тоже оказалась в конечном итоге «тупиковым решением», но давала гораздо лучшее разрешение на выходе и не так сильно демаскировала солдат за счет отказа от вспомогательной внешней ИК-подсветки. ПНВ с электростатическими линзами довольно успешно использовались американскими войсками во время Вьетнамской войны.

Американский пехотинец с прибором ночного видения во время войны во Вьетнаме / © HistoryNet

Настоящим прорывом в этой области стало изобретение микроканальных пластинок, или же МКП. Их название говорит само за себя: это очень узкие стеклянные пластины с огромным множеством каналов диаметром около 10 мкм; сами стенки этих каналов покрыты йодидом меди или йодидом цезия.

Эти самые каналы играют роль усилителя сигналов: электрон, влетающий внутрь, выбивает один или несколько вторичных электронов, а те, в свою очередь, тоже выбивают частицы из стенок. Таким образом, на люминофорный слой попадает целая лавина электронов, благодаря которой и формируется изображение.

Схема умножения электронов в МКП / © Д.Ильин

Использование микроканальной технологии позволило добиться невероятных по тем временам результатов: получить приборы с коэффициентом усиления порядка 20000 и вместе с тем компактные настолько, чтобы об их наличии на своем оружии можно было вспоминать лишь тогда, когда прицеливаешься. Именно технология МКП открыла приборам ночного видения путь в «гражданскую сферу»: их начали использовать кинооператоры, спасатели и охранные службы.

Но описанный выше принцип — далеко не вершина развития приборов ночного видения. Стоит упомянуть еще как минимум одну инновацию, позволившую значительно улучшить чувствительность этих устройств: арсенид-галлиевые фотокатоды. Их применение дает возможность различать объекты при освещенности порядка 10 микролюкс — то есть прибор работает даже в безлунную глубокую ночь при достаточно плотной облачности.

ПНВ по-простому

После такого экскурса в историю ПНВ можно подробнее рассказать о том, как все же устроены такие приборы. В их основе лежит устройство, воспринимающее излучение в невидимой части спектра (например, ультрафиолетовое или инфракрасное) и превращающее его в видимое; также возможен вариант, когда улавливается очень слабое видимое излучение и усиливается до той степени, в которой человеческий глаз готов его воспринять. Эта часть прибора ночного видения называется электронно-оптическим преобразователем.

Современные ПНВ позволяют видеть объекты даже при очень низкой освещенности / © Military Arms

Излучение от объекта, за которым можно наблюдать через прибор ночного видения, первым делом попадает на объектив и с его помощью проецируется на фотокатод. Это приводит к тому, что на поверхности фотокатода стартует эмиссия электронов. Интенсивность этого процесса на отдельных участках фотокатода зависит от яркости спроецированного изображения объекта.

Частицы, выброшенные с поверхности фотокатода, попадают в усилитель. В современных приборах эту роль, как мы уже писали выше, выполняет МКП — микроканальная пластина. В ее каналах количество электронов, летящих к люминофору, увеличивается в сотни тысяч раз. Затем эти частицы попадают на люминофорный экран, где и формируют изображение.

Схема достаточно простая. Однако у пытливого читателя тут же возникнет вопрос: а как будет работать ПНВ в условиях столь низкой освещенности, что прибор не сможет уловить излучение и преобразовать его в различимое изображение объекта? Для таких случаев многие приборы ночного видения снабжаются специальной инфракрасной подсветкой. Она как раз и дает необходимое излучение, которое помогает увидеть обстановку в полной темноте.

Инфракрасная подсветка помогает рассмотреть объекты даже при минимальной освещенности / ©Oyla

Атрибут ночной охоты

Сегодня прибор ночного видения — вовсе не секретное устройство, а вещь почти что обыденная. Вовсе не обязательно быть военным, чтобы подержать ПНВ в руках и поработать с ним. Впрочем, если вы увлекаетесь охотой, то должны об этом знать.

Две основные разновидности современных приборов ночного видения — монокулярные и бинокулярные: последние иногда называют просто биноклями. Как понятно из названия, различаются они количеством окуляров в приборе. Какой лучше выбрать — зависит от ваших целей и опыта. Монокуляры значительно легче, дешевле и компактнее, но при помощи бинокулярного ПНВ легче определить расстояние до объекта, да и дальность наблюдения у него заметно выше.

Бинокулярный прибор ночного видения / © Pulsar

Выбор брендов ПНВ на рынке огромен, в названиях легко запутаться. Но есть марки, продукция которых уже давно считается эталоном качества среди аналогов. К таким, например, относятся приборы ночного видения Pulsar-NV производства Yukon Advanced Optics Worldwid. Чтобы вы понимали масштабы бренда, приведем всего лишь один факт: в определенные годы 21-го века каждый второй из проданных в мире гражданских приборов ночного видения был произведен именно на предприятиях этой компании.

Параметров, по которым можно выбрать себе ПНВ, великое множество, и описывать их все мы здесь не будем. Охота — занятие, требующее заметной выдержки и терпения, ровно как и подбор аксессуаров для нее. Но мы надеемся, что после этой статьи вы, по крайней мере, поймете, как же работает «волшебное ночное око».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Позавчера, 13:49
2 минуты
Илья Ведмеденко

На Иркутский авиационный завод доставили первую консоль крыла перспективного авиалайнера МС-21-300, которую выполнили из композиционных материалов, созданных в России.

14 мая
5 минут
Ольга Иванова

Исследователи из Нидерландов определили, какие области мозга задействованы при возникновении чувства любопытства.

14 мая
6 минут
Сергей Васильев

Анализ пород, поднятых со дна Тихого океана, показал, что появление ядер плутония не совпадает со взрывами сравнительно близких к Земле сверхновых — похоже, их создали совсем другие космические катастрофы, такие как гибель нейтронных звезд.

Вчера, 12:51
39 минут
Александр Березин

В июне 2020 года канадские астрономы рассчитали, что в Млечном Пути может быть пять миллиардов планет, похожих на Землю и вращающихся вокруг звезд, похожих на Солнце. Однако это лишь видимая часть айсберга обитаемых планет. Дело не только в том, что вокруг звезд других типов их больше: и сами условия на экзопланетах в других системах могут быть куда благоприятнее для жизни, чем у нас с вами. Попробуем понять почему.

Вчера, 10:05
2 минуты
Sergei Sobol

Обращаете внимание, какой творческий подход проявляют дизайнеры при создании электрических мотоциклов? Каждый из них уникален своими особенностями, и наш сегодняшний фаворит – концептуальный электрический байк BMW Motorrad – не исключение. Он создан дизайнером из Валенсии Яго Валино (Iago Valino), вдохновившимся кастомными мотоциклами мастерской El Solitario. А эстетика байка навеяна культовыми мотоциклами Ural, в которые советские инженеры добавили собственный взгляд на традиции BMW.

14 мая
2 минуты
Илья Ведмеденко

Как следует из обнародованных материалов, дальность действия перспективной американской системы гиперзвукового оружия Long Range Hypersonic Weapon превышает 2775 километров.

23 апреля
11 минут
Василий Парфенов

Действующий глава NASA в рамках общения с прессой ответил на ряд вопросов, касающихся недавних заявлений российских политиков и главы «Роскосмоса» о скором отказе от собственного сегмента МКС. Администратор заверил всех, что агентство находится в хороших отношениях с Россией, а также поделился информацией о согласовании обмена местами для астронавтов и космонавтов в пилотируемых миссиях двух стран.

25 апреля
17 минут
Александр Березин

На этой неделе СМИ выдали новость, от которой можно впасть в шок: «Ранее из России уезжало около 14 тысяч исследователей [в год], теперь — 70 тысяч». Мы внимательно разобрались в ситуации и вынуждены отметить, что ничего подобного не было и нет. В реальности речь вовсе не об ученых и даже не о высококвалифицированных специалистах. Проблемы с учеными в России есть. Но в этом случае речь идет не о них, а о том, что отдельные бывшие комсомольские вожаки, удачно устроившиеся в РАН, перепутали утечку мозгов из России с отъездом из нее гастарбайтеров. Разбираемся, как это у них получилось.

24 апреля
9 минут
Мария Азарова

Американские ученые показали обратную связь всех конечных точек смертности с содержанием омега-3-полиненасыщенных жирных кислот. Согласно их выводам, более высокие уровни некоторых основных ПНЖК в тканях и крови могут снижать вероятность смерти от всех причин в среднем на 13% и в итоге замедлять процесс старения.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: