| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
Так что разведка-разведкой, а исследования по ИК-технике у нас шли с размахом. Собственно, в основе этой технологии лежит тот факт, что любое тело с хоть как-то теплящимися электронами, то есть с температурой выше абсолютного нуля, излучает волны — электроны переходят с уровня на уровень и испускают фотоны. Энергия излучения прямо пропорциональна четвертой степени температуры. Так, абсолютно черное, то есть идеально излучающее тело при температуре ноль градусов по Цельсию, или 273 по Кельвину, будет излучать три сотых ватта с каждого квадратного сантиметра, при температуре кожи человека — тридцать три по цельсию или триста по кельвину — уже почти пять сотых ватта, при температуре кипения воды — одну десятую ватта, при пятистах градусах по цельсию — два ватта, при тысяче — шестнадцать ватт, при двух — двести ватт, ну а при шести тысячах кельвинов — температуре Солнца — более семи киловатт с каждого сантиметра.
Излучают все тела, и они излучают полный спектр длин волн. Ну, если только вещество ограничено определенным набором разрешенных переходов, или, например, для газов, да и то разреженных, которые излучают в сравнительно узких полосах. При увеличении связи между молекулами, например, при повышении давления, линии спектра газов тоже начинают размываться — появляется все больше частот излучения. Но максимум излучения, согласно закону смещения Вина, выведенному немецким физиком Вильгельмом Вином еще в 1893 году, приходится на определенную длину волны, а на остальных он плавно спадает. Причем — чем выше температура, тем на меньшую длину волны приходится максимум излучения — ведь электроны скачут через все большее расстояние. Так, для человека максимум придется на 9,5 мкм, для Солнца с его температурой 6000 К — на 0,5 мкм — это уже видимый свет, а для жидкого азота (да, он тоже излучает тепло !) — на 38 мкм.
Но естественные тела не являются идеальным абсолютно черным телом, они излучают только часть энергии, которую могло бы излучать абсолютно черное тело при той же температуре. Так, кожа человека излучает с коэффициентом излучения 0,98 относительно абсолютно черного тела, бумага — 0,93, снег — 0,8 — то есть при температуре 32 градуса человек будет светиться в ИК-спектре чуть сильнее, чем бумага, а при нуле бумага будет светлее, чем снег. Зеленая листва имеет коэффициент 0,98, как и человеческая кожа — поэтому-то в жаркую погоду разглядеть человека было очень трудно, разве что одежда давала более темный силуэт. Для стали все еще сложнее. Так, сталь с шероховатой поверхностью будет иметь коэффициент 0,98, а никелированная с полировкой — 0,11. Полированная нержавейка будет светить всего в 0,13 от АЧТ, а обработанная пескоструйкой — уже 0,7 — шероховатости повышают излучаемость. А вот титан с его коэффициентом 0,2 обещал со временем стать материалом, снижающим излучение поверхностей, на которые он будет напылен — мы это пока отложили на будущее, хотя оно было уже и недалеким — и немцы, и союзники, активно развивали это направление. Ну а с советскими учеными мы работали очень плотно.
По ИК работали все, хотя и не так интенсивно, как мы. К началу сороковых история применения ИК-техники в военных целях перевалила уже на третий десяток лет. Еще в семнадцатом Теодор Кейз по заказу армии США разрабатывал устройства для ИК-связи на основе сульфида таллия, с переменным успехом — связь была неустойчивой, поэтому работы были свернуты. В девятнадцатом году Гофман опубликовал в Physical Revue описание своего теплопеленгатора, в котором использовались зеркала и термостолбики, а изменение тепла отражалось гальванометром. Это прибор позволял обнаружить человека на расстояниях до двухсот метров, самолет — на полутора километрах. Вполне так неплохо. Работы по обнаружению судов и самолетов через ИК велись практически во всех основных странах — САСШ, Англии, Германии, СССР. Как я писал ранее, работы по обнаружению самолетов по их тепловому излучению были начаты в СССР еще в 1929м году, а на флоте к началу сороковых использовались теплоулавливатели ТУ-1 — похожие на прожекторы индикаторы ИК-излучения, которые могли обнаруживать крупные корабли на расстояниях до двадцати километров — они концентрировали своим полутораметровым зеркалом тепловое излучение на теплочувствительный элемент. И это еще что ! В сороковом-сорок первом испытывались комплекты ПНВ "Шип" и "Дудка" — с подсветкой ИК-прожекторами, пара электронно-оптических преобразователей крепились в качестве очков на голове мехвода БТ-7. При угле зрения двадцать четыре градуса они обеспечивали видимость до пятидесяти метров. Наши специалисты видели их, когда ездили в служебные командировки по обмену опытом, даже привезли фотографии. Надо сказать, я был очень удивлен — эдакий киберпанк, и довести его до ума не позволила война, точнее — она притормозила этот процесс. И совместными усилиями мы развивали это направление.
Вообще, в это время в военной ИК-технике применяли в основном только два вида приборов — либо на основе одиночных твердотельных элементов, либо электронно-оптические преобразователи. И общей проблемой у всех них была слишком уж малая граница чувствительности по длинам волн. Так, англичане и американцы использовали серноталлиевые твердотельные фоточувствительные элементы, у которых дальняя граница чувствительности была всего 1,2 мкм, а на этой длине максимум теплового излучения имеют источники с температурой уже под две тысячи градусов. Максимум чувствительности вообще приходился на 0,9 мкм — максимум излучения на этой длине волны имеют источники с температурой уже за три тысячи градусов. Еще чуть-чуть — и выйдем в диапазон видимого света. Так что эти элементы применялись для сигнализации и связи — они отслеживали нити накаливания ламп, прикрытых фильтрами в сигнальных прожекторах. Болометры и термометры — не рассматриваю из-за их низкого быстродействия, что они выдавали у нас — ведь их чувствительность к ИК-излучению обусловлена изменением сопротивления из-за нагрева, тогда как у фоторезисторов — внутренним фотоэффектом, когда фотоны света выбивают электроны и те преодолевают энергию запрещенной зоны, а у фотокатодов ЭОП — внешним фотоэффектом, когда фотоны выбивают электроны за его пределы. Хотя болометры мы также применяли для обнаружения источников тепла с относительно постоянным положением в пространстве — тех же наблюдателей, если они имели глупость постоянно торчать на одном месте. Правда, наши болометры пока имели слишком малое быстродействие, а вот англичане еще в тридцать седьмом засекли самолет с другого самолета, правда, с расстояния всего шестьсот метров. Но мы продолжали работать и в этом направлении — мне смутно помнилось, что в современных мне тепловизорах использовались именно болометры — ведь они воспринимали полный спектр излучения, в отличие от приборов, чья работа основана на фотоэффектах — этим нужны фотоны определенной энергии, чтобы электроны приобретали достаточную энергию, поэтому-то верхняя граница чувствительности не заходит за волны определенной длины — ведь длина волны и энергия фотона — связанные величины, и, так как у каждого каждого полупроводникового вещества своя ширина запрещенной зоны, то и границы чувствительности у них различны.
С электронно-оптическими преобразователями тоже было не все гладко — их фотокатоды серебро-цезий-кислород имели дальнюю границу 1,5 мкм, которой соответствовала температура тела в полторы тысячи градусов по цельсию. Англичане применяли их на флоте, а с сорок второго — для опознавания своих самолетов. Но они использовались только для поиска и опознавания по сигнальным огням — что-то высмотреть в них было мягко говоря слишком сложно — естественных источников с такой температурой немного, поэтому для наблюдения за местностью, а тем более для разведки, они были непригодны. Американцы в тридцать девятом разработали свой снайперскоп — прицел для стрелкового оружия, который позволял вести прицельную стрельбу в темноте на пятьдесят метров. А с сорок второго уже производили его под кодом RCA 1P25. Нужные длины волн на местности им давала подсветка ИК-прожектором — если у противника отсутствует аналогичная техника, то это было бы довольно круто, а вот если такая техника есть — полная фигня. Хотя они сделали и аппаратуру для вождения танков в ночных условиях.
В общем, у союзников с ИК-техникой было "не фонтан". И наша информация была более-мене достоверной — по англичанам и американцам нам ее передавали наши "друзья", которых мы за два года наработали на обменных операциях по вызволению евреев из Германии, ну, кто не служил нацистам, а также среди русской эмигрантской среды и восточнославянских диаспор, прежде всего — среди русинов.
Немцы тоже не отставали. В своих приборах они также использовали ЭОП, но твердотельные делали на терморезисторах из сульфида свинца, что было уже получше — его дальняя граница чувствительности доходила до четырех микрометров, на которой максимум излучения дают тела уже с температурой семьсот по кельвину, или четыреста тридцать по цельсию, а это уже позволяло разглядеть и технику, точнее, ее горячие патрубки, дымовые трубы кораблей, стволы пострелявших орудий, пороховые газы. Ведь, скажем, если температура капотов техники была в пределах ста градусов, то твердые частицы углерода, имеющиеся в выхлопных газах из-за неполного сгорания топлива, нагревались до тысячи градусов, а выхлопные патрубки могли нагреваться и до восьмисот градусов у коллектора, снижаясь до трехсот на выходе — вполне можно разглядеть. При должном везении и умеренной криворукости.
Вообще, сульфид свинца имеет долгую ИК-историю. Чувствительность галенита — природного сульфида свинца — к инфракрасным волнам обнаружил еще в 1904 году Джагдиш Чандра Бос — индийский, точнее — бенгальский ученый — мы еще не разобрались что там творилось в Британской Индии в связи с приближением к ней немецких дивизий — идущие друг за другом восстания против колонизаторов, борьба между княжествами, между индусами и мусульманами, между мусульманами и японцами в союзе с индусами, между индусами и японцами в союзе с мусульманами, а порой и вообще непонятно кого с кем, не позволяла пока сделать прогнозы по будущему устройству того региона, так что считать Боса индийским или же бенгальским ученым — это будет зависеть от исхода политических процессов. Тем не менее, он уже успел получить за свои труды приставку "сэр", а смерть в тридцать седьмом избавила его от необходимости самому выбирать, каким ученым он будет (он, кстати, проводил опыты с радиопередачей еще в 1894 году, причем — уже в миллиметровых диапазонах).
Но после Боса исследования пошли ни шатко ни валко — только в тридцатом немец Ланге опубликовал результаты своих исследований по сульфиду свинца. Затем — тоже немцы — Фишер, Гудден и Трой развили исследования уже в тридцать восьмом. Но велись работы и по сульфиду таллия — "ангосаксы ведь делают, и нам надо !". На основе этих систем немцы создали аппаратуру ИК-связи с дальностью до восьми километров, и лишь в сорок втором перешли с сульфида таллия на сульфид свинца, сразу улучшив показатели раза в два, правда, там и линзы были уже побольше — тринадцать сантиметров у приемника и двадцать пять — у передатчика. Использовали их и для обнаружения самолетов на своих РЛС — в дополнение к "обычному" обнаружению радиолучами. Но тут успехи были не ахти — прибор NMG42 фирмы ЭЛАК с зеркалом диаметром полтора метра имел угол обзора только девять градусов, что не позволяло обнаруживать самолеты так уж быстро — ИК использовались в основном для уточнения цели. Вот для обнаружения судов они использовались уже более успешно — там надо просматривать только горизонт, а не все небо, да и цели гораздо менее скоростные.
Немцы щупали и другие соединения. Так, теллуросвинцовые элементы имели верхнюю границу уже шесть микрометров, то есть могли отлично видеть тела с температурой 480 градусов по кельвину, или двести по цельсию, а максимум чувствительности приходился на четыре с половиной микрометра — тоже вполне неплохо, особенно если учитывать, что и более холодные тела давали на этой длине волны какое-то излучение — это максимум излучения находился дальше по шкале, а так спектр был довольно широк, и была вероятность увидеть даже человека безо всяких ухищрений типа охлаждения, вырезания части спектра, применения электронных усилителей. Правда, начиная с пяти и до восьми микрометров атмосфера плохо пропускает ИК-лучи — в этом диапазоне находится одно из "темных окон", вызванных поглощением парами воды. Так что без ухищрений человека не разглядишь даже с теллуросвинцовыми элементами, даже несмотря на то, что на диапазон 4,5-5 мкм приходится одно из окон прозрачности, пусть и с неполной пропускаемостью из-за поглощения озоном — но много ли его на уровне земли ? К нашему счастью, немцы были еще в самом начале исследований по этим веществам.
А вот ПНВ на основе ЭОП немцы уже начинали использовать в массовом порядке, в том числе и на танках. Я как-то не помнил, чтобы у немцев было такое оборудование в сорок третьем — память говорила о Балатонской операции, а это уже сорок пятый. Но против фактов не попрешь — еще в сорок втором мы прихватили образец, который немцы навесили на пушку 7,5 cm PaK 40 и выкатили пострелять ночью. ПНВ работал с ИК-прожектором, по нему-то мы и обнаружили новинку — наши ИК-детекторы засекли мощный тепловой источник с немецких позиций, разведка сходила к ним "на огонек" и приволокла и сами приборы, и двух физиков-техников, что помогали немецким артиллеристам осваивать прибор. Со слов этих техников мы и узнали и о немецких разработках, и о том, что это уже якобы серийный образец, производившийся компанией АЕГ. Похоже, отрывочные сведения о применявшейся русскими ИК-технике подстегнули у немцев то ли исследования, то ли скорость принятия на вооружение. В общем, немцы начинали их использовать, но недостатком было то, что им приходилось применять прожекторы, чтобы можно было что-то видеть — ну не было на земле источников тепла, выдававших волны длиной один микрометр — только искусственные в виде закрытых фильтрами прожекторов. Точнее, источники были — тот же отраженное от луны излучение солнца, свет звезд, но они были слишком слабы, чтобы их мог воспринять немецкий прибор. Поэтому немцам приходилось себе подсвечивать, на чем они периодически горели. Так, одну такую колонну из почти двадцати танков наши штурмовики как-то засекли в середине августа. Наглецы перли ночью и светили своими ИК-прожекторами на десятки километров. Ну, это для наших ПНВ уже нового поколения. Естественно, колонна была раскатана в пыль.
Похоже, до немцев еще не дошли слухи о нашей новой технике, а вот сведения, что мы не используем тепловизоры на основе ЭОП они получили. Ну да, до последнего времени мы использовали тепловизоры на основе полупроводников — либо простые обнаружители с одним элементом, либо системы со строкой или матрицей чувствительных элементов и механической разверткой. Я-то, как увидел в сорок втором захваченные немецкие ЭОП, сразу сказал "Полная чухня !", так что наши конструктора от неожиданности даже присели — им казалось, что применение ЭОП — это следующий шаг по сравнению с нашими твердотельными элементами — ЭОП ведь выдавали полноценную картинку безо всякой развертки. Но я-то помнил кадры, где такие картинки выдавались безо всякой подсветки и на гораздо более дальних дистанциях, чем у немцев, поэтому с помощью волюнтаризма продавил дальнейшие работы. Волюнтаризма и доводов, что раз у немцев есть такие приборы, то они смогут видеть излучение наших ИК-прожекторов — "И в чем тогда преимущество ? Есть сейчас на наших высотниках ИК-приборы — и пока хватит. А для войск нужно другое !".
| Предыдущая глава |
↓ Содержание ↓
↑ Свернуть ↑
| Следующая глава |
