Увидеть тепленьким: Горячие картинки
В декабрьском номере за 2005 год мы рассказывали про устройство приборов ночного видения, основанных на ЭОПах — электронно-оптических преобразователях. Именно эта технология и была лидирующей в прошлом веке. В новом тысячелетии им на смену пришли тепловизоры. Отличие новых приборов от предшественников состоит в том, что они видят не отраженное инфракрасное излучение, а собственное излучение целей и предметов. Такая особенность породила огромный спектр применения этих приборов, недоступный ЭОПам. Например, медицинская диагностика. Дело в том, что температурная карта тела здорового и больного человека различаются, и по этим различиям можно ставить довольно точные диагнозы. Или мониторинг зданий — тепловизоры легко обнаруживают малейшие утечки тепла. Или утечки газа на газопроводах. Или проблемы с электропроводкой (в проблемных местах температура повышается). И еще многое другое. Но самое главное — без них нечего делать на современной войне.
В конце 1990-х годов на полигоне под Нижним Тагилом испытывали новые танки Т-90, оснащенные тепловизорами. Первоначально тепловизоры предназначались для замены стандартных приборов ночного видения. Но оказалось, что они кардинально повышают боевые качества танка не только ночью, но и днем — ему не страшны ни туман, ни маскировочные сети и раскраска, ни, самое главное, дым на поле боя. В процессе опытных стрельб бОльшую часть времени танкисты для поиска целей и прицеливания использовали именно тепловизор. С тех пор продать танк без тепловизионного прицела можно только в одну армию мира — российскую.
Холодно или горячо
Как ни странно, современный тепловизор имеет довольно простое устройство: объектив, тепловизионная матрица и электронный блок обработки сигнала (из-за специфики инфракрасного диапазона в тепловизорах нужно проводить более сложную обработку сигнала, чем в видеокамерах). Тепловизоры делятся на две категории: с охлаждаемой и неохлаждаемой матрицей. Первые — самые чувствительные, дорогие и массивные, ведь для охлаждения используются криогенные технологии, позволяющие охлаждать матрицы до температур -210 — -170oC. Цена и масса определяют и сферу применения таких приборов. Это крупная военная техника: корабли, вертолеты, танки и самолеты.
Неохлаждаемые — на порядок дешевле, компактнее, неприхотливее, но цена за это — пониженная чувствительность. Простота и относительная дешевизна неохлаждаемых тепловизоров сделали их массовыми — ожидается, что к следующему году 95−97 процентов рынка тепловизоров придутся именно на такие модели. Однако окончательно вытеснить охлаждаемые приборы им не удастся — для них всегда найдется более деликатная работа.
Непрозрачная проблема
Главная проблема тепловизоров — объективы. Дело в том, что традиционное стекло абсолютно непрозрачно для инфракрасного излучения с длиной волны 8−12 микрон (именно в этом диапазоне работают неохлаждаемые матрицы). Смотреть с помощью тепловизора сквозь оконное стекло не более результативно, чем сквозь зеркало: вы увидите то, что у вас за спиной. Поэтому для изготовления тепловизионных объективов применяется очень дорогой материал — чистый германий, основное месторождение которого в нашей стране находится под Красноярском. Чтобы изготовить одну линзу весом 100 г, требуется 200-граммовая германиевая заготовка. А рыночная цена оптического германия — $1800−2000 за килограмм. Вот и выходит германиевый объектив почти золотым. Например, чтобы разглядеть на расстоянии 1 км человека, требуется объектив с входной линзой не менее 100 мм, который стоит около $7000. Более «дальнобойные» объективы стоят $20 000 и выше. Сейчас стоимость объектива составляет примерно 45% стоимости всего прибора, еще 45% — матрица. Нетрудно подсчитать пределы падения цен на приборы в будущем — не более 50%. В отличие от матриц германий дешеветь не собирается. Хотя и у нас в стране, и за рубежом ему активно ищут замену. Как нас заверили компетентные специалисты, для «нетребовательных применений замена уже есть».
Области применения
С падением цен быстро расширяется область применения тепловизоров. В Центральном научно-исследовательском институте «Циклон», выполняющем оборонные разработки в области тепловидения, нам показывали ночные видеозаписи противодиверсионных учений. Хорошо замаскированные в лесной чаще диверсанты выглядели в тепловизоре яркими и четкими контурами. Но обнаружение замаскированного противника — далеко не единственная армейская специальность тепловизоров. Например, на стоянке сразу виден только что приехавший автомобиль. На дороге отчетливо светятся гусеничные следы от недавно проехавших танков. Или другие нарушения почвы — например, от установки мин.
Гоняются за тепловизорами и охотники — приближающийся зверь виден издалека, что дает достаточно времени для изготовки к стрельбе. Но гораздо больше применений у тепловизоров в научной сфере. Например, они давно стоят на контроле пусковых космических установок — никто лучше них не справляется с поиском разных утечек. Незаменимы тепловизоры и в энергетике — большая нагрузка светится, как лампочка. Ну а теплоаудит в коммунальном хозяйстве вообще невозможен без таких приборов. Не говоря уже о поиске вампиров — именно с помощью тепловизоров их искали в фильме «Блэйд-2».
Редакция благодарит специалистов центрального научно-исследовательского института «Циклон» и компании «Пергам Инжиниринг» за квалифицированные консультации.