Il problema chiave delle singole termocamere come parte del complesso di strumentazione e avvistamento sono i severi requisiti di peso e dimensioni. È impossibile posizionare un sistema per il raffreddamento della matrice con azoto liquido, quindi è necessario cercare nuove soluzioni ingegneristiche. E perché preoccuparsi di recintare la termocamera più complicata e costosa, se esistono già eccellenti dispositivi di visione notturna a infrarossi per le singole armi di piccolo calibro? Il punto sta nel mimetizzare il nemico, il fumo, le precipitazioni atmosferiche e le interferenze luminose, tutto questo riduce drasticamente l'efficienza dei visori notturni, anche con convertitori elettro-ottici di terza generazione. Il prodotto del Novosibirsk Central Design Bureau "Tochpribor" con l'indice 1PN116 è progettato per funzionare in tali condizioni ed è un rappresentante della vecchia scuola di dispositivi per rilevare la radiazione infrarossa di oggetti sul campo di battaglia.
Il mirino per immagini termiche 1PN116 con la sua visione acuta vede tutto ciò che ha le dimensioni di una persona e ciò che è più caldo dello sfondo naturale a 1200 metri di distanza. Il dispositivo ha una massa significativa (3, 3 kg) e quindi è posizionato principalmente su SVD, mitragliatrici "Pecheneg" e "Kord". Come "retina" viene utilizzato un microbolometro non raffreddato con una matrice di 320x240 pixel. Diamo uno sguardo più da vicino ai trucchi della termografia non raffreddata.
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Questa tecnica è già di terza generazione, che presenta differenze fondamentali rispetto alle precedenti in assenza di un sistema di scansione ottico-meccanico complesso e non sempre affidabile. In questa generazione, le termocamere si basano su ricevitori array a stato solido Focal Plate Area (FPA), montati immediatamente dietro il piano dell'obiettivo. La "chimica" della visione termica in tali gadget, nella stragrande maggioranza dei casi, si basa su strati resistivi di ossidi di vanadio VOx o silicio amorfo α-Si. Ma ci sono anche delle eccezioni, in cui i fotorivelatori o "cuori" delle termocamere sono basati su PbSe, array di fotorivelatori piroelettrici, o matrici basate su composti di CdHgTe, dotati di raffreddamento termoelettrico. È interessante notare che tale raffreddamento il più delle volte non viene utilizzato per lo scopo previsto, ma fornisce solo stabilità termica in condizioni ambientali variabili. I microbolometri della serie VOx o α-Si registrano i cambiamenti nella resistenza elettrica sotto l'influenza della temperatura, che appartiene al principio di base del funzionamento di una termocamera. Ciascuno di questi sensori a stato solido contiene un chip di preelaborazione del segnale che converte la resistenza in tensione di uscita e compensa la radiazione di fondo. Un requisito importante di un microbolometro è il lavoro nel vuoto e l'ottica al germanio "trasparente al calore", il che complica seriamente il lavoro sia dei progettisti che dei produttori. E il sensore stesso deve avere un substrato affidabile con inclusioni di germanio o arseniuro di gallio. Per comprendere tutte le complessità del lavoro del microbolometro, va notato che le fluttuazioni della temperatura del cristallo di 0,1 K portano a un piccolo cambiamento nella resistenza dello 0, 03%, che deve essere monitorato. A parità di altre condizioni, il silicio amorfo presenta alcuni vantaggi rispetto agli ossidi di vanadio: l'uniformità del reticolo cristallino e l'elevata sensibilità. Ciò rende l'immagine per l'utente più contrastata e meno soggetta al rumore, rispetto a una tecnica simile su VOx. Ogni pixel del microbolometro è unico a modo suo: ha il suo guadagno e offset, leggermente diversi dai suoi omologhi, che influiscono sull'immagine finale. Aumentando il numero di pixel, diminuendo il passo tra di loro (fino a 9-12 micron) e miniaturizzandoli, i progettisti stanno cercando, tra le altre cose, di ridurre il livello di rumore nell'immagine. I pixel "cattivi" o difettosi sono un problema serio nella produzione di microbolometri, costringendo gli ingegneri a sviluppare meccanismi software per eliminare i punti bianchi o neri sullo schermo e le particelle tremolanti. Questo è solitamente organizzato tramite interpolazione, cioè il segnale in uscita dal pixel "rotto" viene sostituito con una derivata dal valore dei vicini. Il parametro più importante della matrice è il valore NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) ovvero la temperatura alla quale il microbolometro distingue il segnale dal rumore. Ovviamente, il sensore deve essere veloce, quindi il parametro successivo è la costante di tempo o la velocità con cui l'imager reagisce ai cambiamenti di temperatura. Il fattore di riempimento o fattore di riempimento è una caratteristica della matrice che riflette il livello di riempimento del microbolometro con elementi sensibili, più è grande, migliore è l'immagine vista dall'operatore. Le matrici hi-tech possono vantare una copertura del 90% della matrice con un numero di pixel che raggiunge 1 milione L'utente può osservare il campo di battaglia in due versioni: monocromatica e tavolozza dei colori. I prodotti militari e di sicurezza di solito generano un'immagine monocromatica, poiché la chiarezza delle figure del nemico e del suo equipaggiamento è molto più elevata rispetto alla versione a colori.
Gli sviluppi degli scienziati americani sull'uso del grafene come sensore a infrarossi sembrano promettenti. Stanno cercando di introdurre questo materiale 2D ovunque e ora è arrivato il turno delle tecnologie di imaging termico. Considerando che il 70-80% del costo di una termocamera non raffreddata è costituito da un microbolometro e un'ottica al germanio, l'idea di creare sensori termoelettrici al grafene è molto allettante. Secondo gli americani, è sufficiente uno strato di grafene relativamente economico su un substrato di nitruro di silicio e il prototipo sta già acquisendo la capacità di distinguere una persona a temperatura ambiente.
Sia all'estero che in Russia, viene prestata molta attenzione agli sviluppi relativi all'atermizzazione dei sistemi ottici delle termocamere, ovvero alla resistenza alle temperature ambientali estreme. Le lenti sono utilizzate da materiali calcogenuri - GeAsSe e GaSbSe, in cui gli indici di rifrazione dei raggi dipendono poco dalla temperatura. LPT e Murata Manufacturing hanno sviluppato un metodo per produrre tali lenti mediante stampaggio a caldo, seguito dalla tornitura a diamante di lenti asferiche e ibride. In Russia, uno dei pochi produttori di lenti atermiche è JSC NPO GIPO - State Institute of Applied Optics, che fa parte della holding Shvabe. Il materiale dell'obiettivo è vetro privo di ossigeno, seleniuro di zinco e germanio e la custodia è realizzata in lega di alluminio ad alta resistenza, che alla fine non garantisce distorsioni nell'intervallo da -400C a +500C.
In Russia, oltre al citato 1PN116 di FSUE TsKB Tochpribor (o "dispositivi Shvabe"), un mirino termico molto più leggero "Shahin" (JSC TsNII "Cyclone"), chiamato per "vigilanza" in onore della specie predatrice di falco, caratterizzato dalla matrice francese Ulisse con 160x120 pixel (o 640x480) e un raggio di riconoscimento di una figura alta 400-500 metri. Nelle ultime generazioni, il microbolometro importato è stato sostituito da un modello domestico.
Più avanti nell'elenco: mirino termico PT3 di Novosibirsk "Shvabe - Defense and Defense" con una risoluzione della matrice di 640x480 elementi, del peso di 0, 69 kg e, che è diventato il "gold standard", un raggio di rilevamento di una cifra di crescita di 1200 M. Il pixel pitch di questo mirino non è un indicatore eccezionale ed è di 25 micron, il che costituisce una modesta risoluzione dell'immagine finale. A proposito, l'azienda ha organizzato la produzione di un mirino da caccia basato su un progetto militare con il codice PTZ-02. Un altro rappresentante della scuola di design nazionale è il mirino termico Alfa TIGER della divisione Shvabe-Photopribor, che sembra essere un monopolista, con un ricevitore microbolometrico nell'intervallo 7-14 micron con una risoluzione di 384x288 pixel. In "TIGRA" l'operatore lavora con un microdisplay OLED monocromatico da 800x600 pixel, di cui 768x576 sono riservati alla visualizzazione di un'immagine termica. Un'importante differenza rispetto ai primi modelli di mirini a infrarossi russi è l'aumento del tempo di funzionamento di 30 minuti: ora puoi combattere nel raggio di infrarossi per 4,5 ore. La sua modifica "Alpha-PT-5" ha un raro fotorilevatore al PbSe con stabilizzazione termica elettrica. Il mirino universale PT-1 di NPO NPZ è in grado di combinarsi con molti tipi di armi leggere grazie a un supporto e una memoria speciali, in cui la balistica e il reticolo sono programmati per un'ampia gamma di armi. Stringendo l'oculare della vista con i muscoli dell'occhio si accende il microdisplay e aprendolo si spegne: questo è il tipo di sistema di risparmio energetico implementato nel PT-1. I microbolometri americani sono installati sul dispositivo di imaging termico per il puntamento e l'osservazione "Granite-E" dall'ISPC "Spectrum". La tecnica con visione "wide-polare" è presentata dall'azienda con il nome lungo NF IPP SB RAS "KTP PM" con l'indice TB-4-50 e ha un campo visivo di 18 gradi per 13,6 gradi.
A proposito, l'azienda offre una gamma di tre dimensioni standard di mirini per immagini termiche TB-4, TB-4-50 e TB-4-100, dotati di un moderno microprocessore per l'elaborazione delle immagini basato sull'architettura HPRSC (High Performance Reconfigurable supercalcolo). Una direzione separata sono i nuovi mirini termici Mowgli-2M sotto l'indice 1PN97M, installati sulla famiglia MANPADS tipo Strela-2M, Strela-3, Igla-1, Igla, Igla-S e il più recente Verba”. Sviluppano e assemblano mirini alla LOMO di San Pietroburgo e si differenziano, ovviamente, per un enorme raggio di rilevamento di 6000 m Un'alternativa a Mowgli può essere il mirino TV / S-02 dell'azienda BELOMO del vicino estero, progettato per armi leggere pesanti: fucili di grosso calibro, lanciagranate e, di fatto, MANPADS. Con una massa non superiore a 2 kg, la vista bielorussa dimostra un'impressionante gamma di rilevamento umano di 2000 metri e riconoscimento di 1300 metri.
In questa parte delle "Thermal Imaging Chronicles" abbiamo parlato di alcuni mirini domestici per immagini termiche e delle loro controparti del vicino estero. Davanti ci sono analoghi stranieri, termocamere per serbatoi, nonché dispositivi di osservazione e ricognizione individuali.
