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      形形色色的輕武器瞄準(zhǔn)裝置

      2001-08-19 17:03:02□共
      輕兵器 2001年8期
      關(guān)鍵詞:熒光屏夜視瞄準(zhǔn)鏡

      □共 田

      世界上第一種夜視瞄準(zhǔn)鏡

      地球在圍繞太陽公轉(zhuǎn)的同時(shí)自轉(zhuǎn),因此有日和夜的交替。人類習(xí)慣于晝間行動(dòng),本身沒有多少夜視能力。每當(dāng)夜幕降臨,在人類的眼中,五彩繽紛的世界黯然失色,變得模糊不清,致使人類的活動(dòng)受到很大的限制。

      在人類歷史的很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),戰(zhàn)爭(zhēng)活動(dòng)主要是在白天進(jìn)行。但是由于夜暗為人們提供了良好的保護(hù),古今中外的軍事家都力圖利用夜幕的隱蔽性,對(duì)敵發(fā)起突然進(jìn)攻,或利用夜幕的掩護(hù)進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)機(jī)動(dòng),因此夜戰(zhàn)也是一種很重要的作戰(zhàn)模式,對(duì)裝備較差的一方尤其如此。

      但是夜幕畢竟是軍事行動(dòng)的障礙,它在隱蔽自己的同時(shí),也影響己方的機(jī)動(dòng)。充分利用夜暗的“利”,克服它的“弊”,是軍事技術(shù)人員力求解決的課題。軍事需求不斷牽動(dòng)裝備的發(fā)展,隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,在第二次世界大戰(zhàn)后期,出現(xiàn)了第一種能夠克服夜暗障礙,在夜暗中也能看清敵人的夜視裝置,即主動(dòng)紅外夜視鏡。

      據(jù)記載,德國和美國都在第二次世界大戰(zhàn)即將結(jié)束之際研制出了主動(dòng)紅外夜視鏡。德國制造的Zielgeraet1299型主動(dòng)紅外瞄準(zhǔn)鏡代號(hào)為“吸血鬼”,可裝在StG44突擊步槍上,曾經(jīng)在1945年初投入實(shí)戰(zhàn)試用,不到一個(gè)班的德軍在德國西部黑森林地區(qū)把英軍一個(gè)排的巡邏隊(duì)消滅一半以上。德軍不但設(shè)計(jì)了主動(dòng)紅外瞄準(zhǔn)鏡,還在裝甲車上試驗(yàn)了用于夜間駕駛的紅外裝置。美國研制的主動(dòng)紅外瞄準(zhǔn)鏡叫T-120,裝在M3卡賓槍上作為夜間狙擊之用。這種夜視裝備,約有200具趕上了琉球登陸戰(zhàn)。當(dāng)時(shí)守島日軍利用巖洞等復(fù)雜地形晝伏夜出頑強(qiáng)抵抗,但他們一走出洞口就遭狙擊,損失慘重。據(jù)稱在開戰(zhàn)的第一周內(nèi),傷亡的日軍中有30%是倒在這些配有夜視鏡的狙擊步槍下的。

      什么是紅外光

      這種神奇的瞄準(zhǔn)鏡是什么樣的儀器?為什么在夜間也能看見目標(biāo)呢?要回答這個(gè)問題還得從光譜和人眼的視覺特性說起。

      天天都看見的光到底是什么,經(jīng)過漫長(zhǎng)的研究,人們逐漸有了了解。對(duì)光的本性,有波動(dòng)理論和粒子理論兩種解釋。波動(dòng)理論認(rèn)為光是一種波,粒子理論認(rèn)為光是一種粒子?,F(xiàn)代科學(xué)認(rèn)為,光是具有波粒二象性的基本粒子。它在傳播過程中主要表現(xiàn)出波動(dòng)性,而在與物質(zhì)發(fā)生作用時(shí)主要表現(xiàn)出粒子性。低頻光波主要表現(xiàn)出波動(dòng)性,高頻光波主要表現(xiàn)出粒子性。

      按照光的波動(dòng)理論,人眼可以看見的光是整個(gè)電磁波譜的一部分,其波長(zhǎng)在380nm到780nm之間(1nm等于10-9m)。波長(zhǎng)比光波長(zhǎng)的,有微波、無線電波、長(zhǎng)波震蕩等,波長(zhǎng)短于光波的,有X射線、γ射線、宇宙射線等,這些電磁波都是人眼看不到的。

      波長(zhǎng)從380nm~780nm的可見光呈紅橙黃綠藍(lán)靛紫等顏色。太陽光是混合光,呈白色,用玻璃三棱鏡可以將太陽光分為彩色光帶,這是人們較早就已經(jīng)認(rèn)識(shí)到的。1800年英國科學(xué)家赫胥爾在研究光和熱的關(guān)系時(shí),用三棱鏡將陽光分成彩色光帶,用溫度計(jì)測(cè)量陽光彩帶各部位的溫度時(shí),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇異的現(xiàn)象,即在彩帶光譜紅光一側(cè)之處的黑暗處,有一高溫區(qū)。赫胥爾推斷有“不可見光線”照到該處,認(rèn)為太陽發(fā)出的熱輻射中至少部分地包含著這種光線。

      此后經(jīng)過科學(xué)家們的研究,知道這種輻射在反射、折射、衍射、偏振等方面的特性均與可見光相同。因此確認(rèn)在可見光譜紅色區(qū)域之外,存在著人眼看不見的與可見光本質(zhì)相同的輻射。光學(xué)上將赫胥爾發(fā)現(xiàn)的這種輻射稱為“紅外光”、“紅外線”或“紅外輻射”。在電磁波譜上,紅外光位于可見光與微波之間,波長(zhǎng)約800nm到1μm(1μm等于10-6m)。紅外光又分為近、中、遠(yuǎn)紅外光(波長(zhǎng)由短到長(zhǎng))。

      主動(dòng)紅外夜視系統(tǒng)的原理

      如前所述,人眼只能看到380~780nm的光波,并且對(duì)波長(zhǎng)為555nm附近的綠色光最敏感。那么又怎么能夠利用不可見的紅外光達(dá)到夜視的目的呢?

      夜間用普通手電筒照射目標(biāo)時(shí),手電筒發(fā)出可見光,目標(biāo)被照亮,可以達(dá)到“顯露對(duì)方”的目的。但是對(duì)方也能看到手電筒發(fā)出的光,就難以做到“隱蔽自己”了。紅外光是人眼不可見光,用紅外“電筒”照射目標(biāo),對(duì)方肉眼是看不到“電筒”的。這樣就既可以顯露對(duì)方又能隱蔽自己了。主動(dòng)紅外瞄準(zhǔn)鏡就是按照這一思路設(shè)計(jì)的。

      實(shí)現(xiàn)這一思路需要解決的主要問題,一是要有能發(fā)出紅外光的“電筒”,二要能看清被紅外光“照亮”的目標(biāo)。

      對(duì)于第一個(gè)問題,解決起來相對(duì)容易一些,許多輻射源在發(fā)出白光的同時(shí),也發(fā)出紅外光。例如太陽光的波長(zhǎng)在200nm到5μm之間,即包含紅外光。許多“白熾”燈也發(fā)出紅外光。只要找到能夠發(fā)出較強(qiáng)紅外光的光源,用適當(dāng)?shù)臑V光片不讓可見光射出,就可制造出紅外探照燈來。

      關(guān)鍵是要解決第二個(gè)問題,即要能看清被紅外燈“照亮”的目標(biāo)。這一要求似乎是難以實(shí)現(xiàn)的,但是經(jīng)過科學(xué)家不懈的努力,到20世紀(jì)30年代,荷蘭、德國和美國都各自研制出了紅外變像管,將紅外光的圖像轉(zhuǎn)變成可見光的圖像,解決了這一難題。

      紅外變像管是一種電真空器件。它由光電陰極、電子光學(xué)系統(tǒng)和熒光屏3個(gè)主要部分組成。光電陰級(jí)是用對(duì)紅外光敏感的材料制成的,紅外光射到這種材料上時(shí),會(huì)釋放出電子,光的強(qiáng)度越大,放出的電子越多。電子光學(xué)系統(tǒng)由一定形狀的電極構(gòu)成,加上高電壓形成電磁場(chǎng),使電子按規(guī)定的路線運(yùn)動(dòng)并加速。熒光屏由發(fā)光粉在玻璃或金屬制的基板上淀積而成,發(fā)光粉在電子的作用下能發(fā)出人眼可見的光。

      紅外變像管的工作過程是:由景物反射的紅外光經(jīng)由物鏡在光電陰極的外表面形成紅外光圖像時(shí),在光電陰極的內(nèi)表面就產(chǎn)生了一個(gè)電子密度與紅外光強(qiáng)度分布相對(duì)應(yīng)的電子圖像。這種能量較低的電子圖像經(jīng)過電子光學(xué)系統(tǒng)的加速(和正確聚焦),在熒光屏上形成能量較高的電子圖像。熒光屏又將電子圖像轉(zhuǎn)換成人眼可見的圖像。這樣,被紅外光照射的景物就能被人看到了。

      根據(jù)所用電子光學(xué)系統(tǒng)的樣式,紅外變像管分為近貼式和靜電聚焦式兩類。近貼式變像管的電子光學(xué)系統(tǒng)類似于一個(gè)電容器,它的兩個(gè)電極就是光電陰極和熒光屏,電子從光電陰極不經(jīng)聚焦飛向貼得很近的熒光屏[圖3(a)],與玻璃透鏡構(gòu)成的光學(xué)系統(tǒng)能使光線聚焦成像。靜電聚焦式變像管的電子光學(xué)系統(tǒng)可以使電子聚焦成像[圖3(b)]。

      紅外變像管的研制成功,使人眼能夠看到紅外圖像。將紅外探照燈與裝有紅外變像管的儀器配合使用,人類第一次能夠看清楚黑暗中的景物,由此制造出了第一種夜視鏡(圖4)。將這種夜視鏡中加入瞄準(zhǔn)標(biāo)記,即成為夜視瞄準(zhǔn)鏡。

      這種夜視瞄準(zhǔn)鏡原先叫做“紅外線瞄準(zhǔn)鏡”。20世紀(jì)70年代出現(xiàn)了更為先進(jìn)的紅外瞄準(zhǔn)鏡即熱成像瞄準(zhǔn)鏡。熱成像瞄準(zhǔn)鏡不必用紅外探照燈照射目標(biāo),可以直接“看”到目標(biāo)及其背景發(fā)出的微弱紅外光,根據(jù)它們的強(qiáng)弱識(shí)別目標(biāo)。為了區(qū)分這兩種紅外瞄準(zhǔn)鏡,就將原先的“紅外線瞄準(zhǔn)鏡”改稱“主動(dòng)紅外瞄準(zhǔn)鏡”,以表示這種瞄準(zhǔn)鏡需要用紅外燈照射目標(biāo),工作方式具有“主動(dòng)性”,不像熱成像瞄準(zhǔn)鏡只需“被動(dòng)”接收紅外光即可工作。(待續(xù))

      (編輯/李光亞)

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