नाइट विजन डिवाइस और थर्मल इमेजर्स, या अंधेरे कमरे में एक काली बिल्ली को कैसे खोजना है

वास्तविकता को समझने के लिए दृष्टि सबसे महत्वपूर्ण तरीका है। नेत्रहीन, हम बाहरी दुनिया के बारे में अधिकांश जानकारी प्राप्त करते हैं। हमारी आँखें एक आश्चर्यजनक रूप से जटिल और परिपूर्ण तंत्र हैं, जो हमें प्रकृति द्वारा प्रस्तुत की जाती हैं। लेकिन, दुर्भाग्य से, उनकी संभावनाएं कुछ हद तक सीमित हैं।

एक व्यक्ति केवल विद्युत चुम्बकीय विकिरण के पूरे स्पेक्ट्रम की एक बहुत ही संकीर्ण ऑप्टिकल रेंज का अनुभव करने में सक्षम है (इसे स्पेक्ट्रम का दृश्य भाग भी कहा जाता है), इसके अलावा, आंख केवल पर्याप्त रोशनी की स्थिति में "चित्र" का अनुभव कर सकती है। उदाहरण के लिए, यदि यह 0.01 लक्स के स्तर से नीचे आता है, तो हम वस्तुओं के रंगों को अलग करने की क्षमता खो देते हैं और हम केवल बड़ी वस्तुओं को देख सकते हैं जो पास में हैं।

यह दोगुना अपमानजनक है, क्योंकि हमारी दृष्टि की इस विशेषता के कारण, हम अंधेरे में लगभग अंधे हो जाते हैं। मनुष्य ने हमेशा जानवरों के साम्राज्य के अन्य प्रतिनिधियों की कल्पना की है, जिनके लिए रात की धुंध एक बाधा नहीं है: बिल्लियों, उल्लू, भेड़िये, चमगादड़।

विशेषकर सेना में मानवीय दृष्टि की यह सीमा पसंद नहीं थी। लेकिन स्थिति पिछली शताब्दी के मध्य में ही काफी बदल गई थी, जब भौतिकी की उपलब्धियों के लिए धन्यवाद, नाइट विजन डिवाइस दिखाई दिए, जिससे रात को लगभग दिन के रूप में स्पष्ट रूप से देखना संभव हो गया।

वर्तमान में, नाइट-विज़न डिवाइस न केवल सेना के शस्त्रागार में हैं, उनका उपयोग बचाव दल, शिकारी, सुरक्षा इकाइयों, विशेष सेवाओं द्वारा खुशी के साथ किया जाता है। और अगर हम थर्मल इमेजर्स के बारे में बात करते हैं, तो उनके उपयोग की सूची और भी व्यापक है।

आज, दूरबीन, मोनो-ग्लास (मोनोक्लेर), दर्शनीय स्थल या साधारण चश्मे के रूप में कई प्रकार के विशाल प्रकार के प्रकार और प्रकार के नाइट-विज़न डिवाइस (एनवीडी) हैं। हालांकि, इससे पहले कि हम नाइट विजन डिवाइस के डिवाइस के बारे में बात करें, हमें भौतिक सिद्धांतों के बारे में कुछ शब्द कहना चाहिए, जिस पर ऐसे उपकरणों का काम आधारित है।

यह कैसे काम करता है

नाइट विजन डिवाइस और थर्मल इमेजर्स का संचालन आंतरिक और बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की भौतिक घटनाओं पर आधारित है।

बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (या फोटोइलेक्ट्रॉन एमिशन) का सार यह है कि ठोस निकाय प्रकाश के प्रभाव में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते हैं, जिन्हें एनवीडी द्वारा कब्जा कर लिया जाता है। किसी भी नाइट विजन डिवाइस का आधार एक इमेज इंटेंसिफायर है, जो एक इलेक्ट्रान-ऑप्टिकल कनवर्टर है जो कमजोर परावर्तित प्रकाश को पकड़ता है, इसे बढ़ाता है और इसे इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदलता है। यह वह है जो एक व्यक्ति एक नाइट विजन डिवाइस के लेंस में देखता है। यह समझा जाना चाहिए कि कोई भी नाइट विजन डिवाइस परम अंधेरे में "देखने" में सक्षम नहीं है। सच है, सक्रिय नाइट विजन डिवाइस भी हैं, जो वस्तुओं को रोशन करने के लिए अवरक्त विकिरण के अपने स्रोत का उपयोग करते हैं।

किसी भी नाइट विजन डिवाइस में तीन मुख्य घटक होते हैं: ऑप्टिकल, इलेक्ट्रॉनिक और दूसरा ऑप्टिकल। प्रकाश एक लेंस द्वारा प्राप्त होता है, जो तब इसे एक छवि गहनता पर केंद्रित करता है, जहां फोटॉन एक इलेक्ट्रॉनिक सिग्नल में बदल जाते हैं। अधिकतम प्रवर्धित संकेत ल्यूमिनसेंट स्क्रीन पर प्रेषित होता है, जहां यह फिर से मानव आंख के लिए परिचित छवि बन जाता है। उपर्युक्त डिजाइन आम तौर पर नाइट विज़न उपकरणों की किसी भी पीढ़ी की विशेषता है, बस आधुनिक नाइट विज़न डिवाइस (दूसरी और तीसरी पीढ़ी) में एक अधिक उन्नत सिग्नल एम्पलीफायर सिस्टम है।

दूसरी ओर, थर्मल इमेजर्स, किसी भी शरीर या वस्तु से अपने स्वयं के विकिरण को पकड़ते हैं, जिसका तापमान निरपेक्ष शून्य से अलग होता है। कल्पनाओं का मुख्य भाग तथाकथित बोल्टमीटर - जटिल फोटोडेटेक्टर्स हैं जो अवरक्त तरंगों को पकड़ते हैं। ऐसे सेंसर तापमान -50 से +500 डिग्री सेल्सियस तक की तरंग दैर्ध्य के प्रति संवेदनशील होते हैं।

वास्तव में, थर्मल इमेजर्स में काफी सरल डिजाइन है। इस तरह के प्रत्येक उपकरण में एक लेंस, एक थर्मल इमेजिंग मैट्रिक्स और एक सिग्नल प्रोसेसिंग यूनिट होती है, साथ ही एक स्क्रीन होती है जिस पर तैयार छवि प्रदर्शित होती है। थर्मल इमेजर्स दो प्रकार के होते हैं: एक कूल्ड और अनकूल मैट्रिक्स के साथ। पहले सबसे संवेदनशील, महंगे और बड़े पैमाने पर हैं। उनके मैट्रिक्स को -210 से -170 o C के तापमान तक ठंडा किया जाता है, आमतौर पर इस उपयोग के लिए तरल नाइट्रोजन। अधिक बार वे बड़े सैन्य उपकरणों (उदाहरण के लिए, किसी भी टैंक नाइट-विजन डिवाइस) पर उपयोग किए जाते हैं।

एक अनछुए मैट्रिक्स वाले थर्मल इमेजर्स की लागत बहुत कम होती है, वे आकार में छोटे होते हैं, लेकिन उनकी संवेदनशीलता बहुत कम होती है। हालांकि, आज (97% तक) बाजार पर आने वाले अधिकांश थर्मल इमेजर्स इसी श्रेणी के हैं।

थर्मल इमेजर्स की मुख्य विशेषताओं में से एक, जो काफी हद तक उनकी उच्च लागत को निर्धारित करता है, उनके लेंस हैं। तथ्य यह है कि अधिकांश ऑप्टिकल उपकरणों में इस्तेमाल किया जाने वाला साधारण ग्लास अवरक्त विकिरण के लिए पूरी तरह से अपारदर्शी है। इसलिए, जर्मेनियम के रूप में ऐसी दुर्लभ सामग्री थर्मल इमेजर्स के लेंस के लिए उपयोग की जाती है, जिसका बाजार मूल्य लगभग 2 हजार डॉलर प्रति किलोग्राम है। एक थर्मल इमेजर के लिए औसत जर्मेनियम लेंस की कीमत लगभग 7 हजार डॉलर है, और एक अच्छे की कीमत 20 हजार डॉलर तक पहुंच सकती है। आज, रूस और विदेश दोनों में, वे सक्रिय रूप से जर्मनी के लिए एक प्रतिस्थापन की तलाश कर रहे हैं, जो सिद्धांत रूप में एक थर्मल इमेजर की लागत को 40-50% तक कम कर सकता है।

इतिहास और एनवीडी का वर्गीकरण

नाइट विज़न उपकरणों का वर्गीकरण फोटोकैथोड की संवेदनशीलता, प्रकाश के प्रवर्धन की डिग्री और परिणामी छवि के केंद्र में रिज़ॉल्यूशन पर आधारित है। एक नियम के रूप में, एनवीडी की तीन पीढ़ियां हैं। इसके अलावा, अवरक्त विकिरण के एक अतिरिक्त स्रोत के साथ रात की दृष्टि वाले उपकरणों को अक्सर एक अलग पीढ़ी के लिए संदर्भित किया जाता है। निर्माताओं की वेबसाइटों पर आप 1 + या 2+ जैसी तथाकथित मध्यवर्ती पीढ़ियों के नाइट विज़न उपकरणों के बारे में जानकारी पा सकते हैं। हालांकि, इस तरह के एक क्रम से अधिक विपणन उद्देश्यों का पीछा किया जाता है क्योंकि यह वास्तविक मतभेदों का प्रतिबिंब है।

एनवीडी के डिजाइन में सुधार और इन उपकरणों की नई पीढ़ी के उद्भव क्रमिक रूप से एक के बाद एक हो गए। इसलिए, नाइट विजन उपकरणों का वर्गीकरण उनके विकास के इतिहास के साथ मिलकर विचार करने के लिए अधिक सुविधाजनक है।

23 अगस्त, 1914 को, ओस्टेंडे के बेल्जियम शहर के पास, जर्मनों ने एक ब्रिटिश स्क्वाड्रन को ढूंढने में कामयाबी हासिल की, जो हीट फाइटर की मदद से बख्तरबंद क्रूजर और विध्वंसक थे। और यह पता लगाना आसान नहीं है - लेकिन इन उपकरणों के साथ तोपखाने की आग को सही करने के लिए, दुश्मन के जहाजों को एक महत्वपूर्ण बंदरगाह तक पहुंचने से रोकना। यह माना जाता है कि उस क्षण से रात के दर्शन उपकरणों का इतिहास शुरू हुआ।

1934 में इस क्षेत्र में एक वास्तविक सफलता मिली: डचमैन होल्स्ट ने दुनिया का पहला इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल कनवर्टर (EOC) बनाया। दो साल बाद, रूसी प्रवासी ज़्वोरकिन ने इलेक्ट्रोस्टैटिक सिग्नल फ़ोकसिंग के साथ एक छवि गहनता विकसित की, जो बाद में अमेरिकी कंपनी रेडियो कॉर्पोरेशन ऑफ अमेरिका की पहली व्यावसायिक नाइट विजन डिवाइस का "दिल" बन गया।

एनवीडी के तेजी से विकास की अवधि द्वितीय विश्व युद्ध थी। उनके विकास और अनुप्रयोग में नेता हिटलर का जर्मनी था। नाइट-विज़न दृष्टि का पहला प्रोटोटाइप 1936 में जर्मन कंपनी Allgemeine Electricitats-Gesellschaft (AEG) द्वारा बनाया गया था, यह पाक 35/36 L / 45 एंटी टैंक गन पर स्थापना के लिए था।

1944 तक, जर्मन पाक 40 एंटी-टैंक बंदूकें 700 मीटर की दूरी पर रात-दृष्टि उपकरणों का उपयोग करके आग लगा सकती थीं। लगभग उसी समय, वेहरमाच के टैंक बलों को स्पैबर एफजी 1250 नाइट विजन डिवाइस प्राप्त हुआ, जिसके उपयोग से अंतिम प्रमुख जर्मन आक्रमण हंगेरियन लेक बलाटन के पास पूर्वी मोर्चे पर हुआ।

उपरोक्त सभी नाइट-विज़न डिवाइस तथाकथित शून्य पीढ़ी के हैं। इस तरह के उपकरण बहुत संवेदनशील थे, इसलिए उनके सामान्य ऑपरेशन के लिए अवरक्त प्रकाश के एक अतिरिक्त स्रोत की आवश्यकता थी। उदाहरण के लिए, प्रत्येक पाँच जर्मन टैंक एक Sperber FG 1250 से लैस हैं, जिसमें एक शक्तिशाली इन्फ्रारेड लोकेटर उहु ("फिलिन") के साथ एक बख्तरबंद कार्मिक वाहक है। इसके अलावा, शून्य-पीढ़ी के पीएनवी में प्रकाश की उज्ज्वल चमक के प्रति संवेदनशील एक छवि गहन थी। यही कारण है कि युद्ध के अंत में, सोवियत सैनिकों ने अक्सर आक्रामक में पारंपरिक सर्चलाइट का इस्तेमाल किया। उन्होंने बस जर्मन पीएनवी को अंधा कर दिया।

जर्मनों के पास विज़न डिवाइस बनाने और नाइट विज़न करने के प्रयास थे जो अधिक से अधिक विज़न रेंज (4 किमी तक) प्रदान करते थे, लेकिन आईआर रोशनी के काफी आकार के कारण, उन्हें छोड़ दिया गया था। 1944 में, वैंपिर पीएनवी के एक प्रायोगिक बैच (300 पीसी।) को सैनिकों को भेजा गया था, जिसका उद्देश्य जर्मन स्टर्मगेवर असाल्ट राइफलों की स्थापना था। दृष्टि के अलावा, इसमें एक अवरक्त रोशनी और एक रिचार्जेबल बैटरी शामिल थी। डिवाइस का कुल वजन 30 किलो से अधिक था, रेंज - 100 मीटर, और इसके संचालन का समय केवल 20 मिनट था। इन बजाय मामूली आंकड़ों के बावजूद, जर्मन लोगों ने युद्ध के अंतिम चरण की रात की लड़ाई में सक्रिय रूप से "वैम्पायर" का इस्तेमाल किया।

शून्य-पीढ़ी एनवीडी बनाने का प्रयास सोवियत संघ में था। युद्ध से पहले भी, बीटी परिवारों के लिए दुदका परिसर विकसित किया गया था, बाद में टी -34 के लिए एक समान प्रणाली दिखाई दी। आप घरेलू नाइट-विज़न डिवाइस Ts-3 को भी याद कर सकते हैं, जिसे PPSh-41 सबमशीन गन के लिए विकसित किया गया था। इसी तरह के हथियारों को हमला इकाइयों से लैस करने की योजना बनाई गई थी। हालाँकि, NVD को लाल सेना में व्यापक उपयोग नहीं मिला। उस समय, नाइट-विज़न डिवाइस अभी भी विदेशी थे, और द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान सोवियत संघ निश्चित रूप से इसके ऊपर नहीं था।

द्वितीय विश्व युद्ध के अनुभव से पता चला कि नाइट-विज़न उपकरणों में उत्कृष्ट संभावनाएं हैं। यह स्पष्ट हो गया कि यह तकनीक न केवल जमीन पर, बल्कि हवा और समुद्र में भी युद्धक संचालन करने के तरीके को गंभीरता से बदल सकती है। हालांकि, इसके लिए, शून्य-पीढ़ी एनवीडी को बड़ी संख्या में निहित खामियों से छुटकारा पाना था, जिनमें से मुख्य कम संवेदनशीलता थी। इसने न केवल एनवीडी की सीमा को सीमित कर दिया, बल्कि डिवाइस के साथ एक भारी और बहुत ऊर्जा-गहन आईआर रोशनी का उपयोग करने के लिए भी मजबूर किया। कुल मिलाकर, पहली रात दृष्टि उपकरणों का डिज़ाइन बहुत जटिल था और पर्याप्त विश्वसनीयता में भिन्न नहीं था।

जल्द ही, इलेक्ट्रोस्टैटिक फोकस वाले इलेक्ट्रो-ऑप्टो-इलेक्ट्रोकेमिकल ट्यूबों पर आधारित पहली पीढ़ी के उपकरणों ने सैन्य अवधि के आदिम रात्रि दृष्टि उपकरणों को बदल दिया। वे इनपुट सिग्नल को कई हजार गुना बढ़ाने में सक्षम थे। यह, बदले में, अतिरिक्त प्रकाश व्यवस्था को मना करना संभव बनाता है। आईआर प्रकाशकों ने न केवल अनावश्यक रूप से सिस्टम को भारी बना दिया, बल्कि युद्ध के मैदान में लड़ाकू को भी बेपर्दा किया। पिछली सदी के 60 के दशक तक एनवीजी की पहली पीढ़ी की उनकी पूर्णता का चरम, अमेरिकियों ने वियतनाम युद्ध के दौरान उन्हें सक्रिय रूप से इस्तेमाल किया।

दूसरी पीढ़ी की नाइट-विज़न डिवाइस एक क्रांतिकारी माइक्रोचैनल तकनीक के उद्भव के कारण दिखाई दीं, यह 70 के दशक में हुआ था। इसका सार यह था कि अब ऑप्टिकल प्लेटों को खोखले चैनल ट्यूबों के साथ 10 माइक्रोन के व्यास और 1 मिमी से अधिक नहीं की लंबाई के साथ स्टड किया गया था। उनकी संख्या ने प्रकाश गाइड प्लेट के संकल्प को निर्धारित किया। इन चैनलों में से प्रत्येक में गिरने वाले प्रकाश का एक फोटॉन, इलेक्ट्रॉनों के पूरे कैस्केड को बाहर खदेड़ने का कारण बनता है, जिससे डिवाइस की संवेदनशीलता में काफी वृद्धि हुई है। एनवीजी की दूसरी पीढ़ी के लिए, लाभ 40 हजार गुना तक पहुंच सकता है। उनकी संवेदनशीलता 240-400 mA / lm है, और संकल्प - 32-56 लाइनें / मिमी।

सोवियत संघ में, रात-दृष्टि के चश्मे "क्वेकर" इस ​​तकनीक के आधार पर बनाए गए थे, और संयुक्त राज्य अमेरिका में - एएन / पीवीएस -5 बी।

बाद में, नाइट-विज़न डिवाइस दिखाई दिए, जिसमें इलेक्ट्रोस्टैटिक लेंस पूरी तरह से अनुपस्थित है और माइक्रोनचेन प्लेट में इलेक्ट्रॉनों का प्रत्यक्ष हस्तांतरण होता है। इस तरह के नाइट विज़न उपकरणों को आमतौर पर जेनरेशन 2+ के रूप में संदर्भित किया जाता है। ऐसी योजना के आधार पर, घरेलू चश्मा "आईकूप" या उनके अमेरिकी एनालॉग एएन / पीवीएस -7 बनाए गए थे।

नाइट विज़न उपकरणों को बेहतर बनाने के लिए वैज्ञानिकों के आगे के प्रयासों का उद्देश्य फोटोकैथोड में सुधार करना था। फिलिप्स के इंजीनियरों ने इसे एक नए अर्धचालक पदार्थ - गैलियम आर्सेनाइड से बाहर करने की पेशकश की है।

इस प्रकार तीसरी पीढ़ी के रात्रि दृष्टि उपकरण दिखाई दिए। पारंपरिक बहु-क्षारीय फोटोकैथोड्स की तुलना में, उनकी संवेदनशीलता 30% अधिक हो गई, जिससे बादल रहित चांदनी रात में भी प्रेक्षण करना संभव हो गया। एकमात्र समस्या यह थी कि नई सामग्री केवल उच्च वैक्यूम की स्थितियों में बनाई जा सकती थी, और यह प्रक्रिया बहुत श्रमसाध्य बन गई। इसलिए, इस तरह के एक फोटोकैथोड की लागत उसके पूर्ववर्तियों की तुलना में अधिक परिमाण का एक आदेश निकला। उसी समय, NVG की तीसरी पीढ़ी आने वाली रोशनी को 100 हजार गुना बढ़ा सकती है। आप यह भी जोड़ सकते हैं कि केवल दो देश औद्योगिक पैमाने पर गैलियम आर्सेनाइड का उत्पादन कर सकते हैं - संयुक्त राज्य अमेरिका और रूस।

यदि आपको कहीं चौथी पीढ़ी की एनवीजी की बिक्री के बारे में जानकारी दिखाई देती है, तो ध्यान रखें: सबसे अधिक संभावना है, आपको धोखा दिया जा रहा है। यह अभी तक मौजूद नहीं है, यह भी स्पष्ट नहीं है कि इस समूह को निर्धारित करने के लिए किन मानदंडों का उपयोग करना है। यद्यपि, निश्चित रूप से, दुनिया भर के दर्जनों देशों में मौजूदा "नाइट लाइट्स" को बेहतर बनाने के लिए शोध किया जाता है। थर्मल इमेजर्स के लिए, वे जर्मनी से ग्लास के बजट प्रतिस्थापन की तलाश कर रहे हैं, रात की दृष्टि उपकरणों की मुख्य समस्या गैलियम आर्सेनाइड फोटोकैथोड के सस्ते एनालॉग की खोज है। 2000 के दशक की शुरुआत में, अमेरिकियों ने एनवीजी की एक नई पीढ़ी के निर्माण की घोषणा की, लेकिन कुछ विशेषज्ञों का मानना ​​है कि इसे 3+ पीढ़ी कहा जा सकता है।

अनुप्रयोग और संभावनाएँ

डिवाइस जो किसी व्यक्ति को रात में देखने की अनुमति देते हैं, हर साल अधिक लोकप्रिय हो रहे हैं और आवेदन के नए क्षेत्रों को ढूंढ रहे हैं। आधुनिक "सिविलियन" नाइट विजन उपकरणों की एक सस्ती कीमत है, इसलिए शिकारी, सुरक्षा संरचनाएं, और नागरिकों की अन्य श्रेणियां जिन्हें रात की दृष्टि की आवश्यकता होती है, वे उन्हें खरीद सकते हैं।

सबसे दिलचस्प बात यह है कि आज बाजार में नाइट विजन डिवाइस की तीन पीढ़ियां मौजूद हैं। शिकार के लिए कई नाइट-विज़न डिवाइस पहली पीढ़ी या शून्य से संबंधित हैं और आईआर रोशनी है, जो सैन्य एनवीजी के लिए बिल्कुल अस्वीकार्य है। "नागरिक" का भी उपयोग किया जाता है और तीसरी पीढ़ी के उपकरणों (उन्हें तहखाने में भी देखा जा सकता है)। उन्हें बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रौद्योगिकियां लंबे समय तक गुप्त नहीं रही हैं, बस उपकरण बहुत महंगे हैं। स्कोप एनवीडी को विभिन्न पीढ़ियों के तत्वों का उपयोग करके भी बनाया जा सकता है।

थर्मल इमेजर्स का उपयोग भी लंबे समय से सैन्य के अनन्य विशेषाधिकार के रूप में बंद हो गया है। अंधेरे में शिकार और अवलोकन के अलावा, वैज्ञानिक अनुसंधान में समान उपकरणों का तेजी से उपयोग किया जाता है। उनकी मदद से, उदाहरण के लिए, वे लॉन्च से पहले अंतरिक्ष यान की जांच करते हैं: इमेजर पूरी तरह से विभिन्न लीक दिखाता है जिससे तबाही हो सकती है। अपरिहार्य थर्मल इमेजर और ऊर्जा। यह उपकरण आसानी से दिखा सकता है कि गर्मी किसी इमारत से सबसे अधिक सक्रिय रूप से बच रही है, और यह पावर ग्रिड में अधिकतम भार के स्थानों का पता लगाने की भी अनुमति देगा। थर्मल इमेजर्स और दवा का उपयोग किया जाता है: मानव शरीर के तापमान मानचित्र के अनुसार, आप कुछ निदान भी कर सकते हैं। हर साल, ये डिवाइस सस्ता हो रहे हैं, इसलिए उनके आवेदन का दायरा लगातार बढ़ रहा है।