Історія створення та розвитку технології нічного бачення

Як виникла та розвивалася технологія нічного бачення – від перших інфрачервоних приладів 1930-х до сучасних нічних окулярів і тепловізорів. Конкретні факти, військове застосування та технічна еволюція поколінь нічної оптики.

Бачити в темряві – давня мрія військових та інженерів. Ще до Другої світової війни почали з’являтися перші прилади, що дозволяли «розігнати пітьму» за допомогою інфрачервоного випромінювання. Сьогодні ж нічні окуляри та приціли стали невід’ємною частиною екіпірування армій світу і навіть доступні ентузіастам. Розгляньмо, як зародилася технологія нічного бачення та пройшла шлях від громіздких прототипів 1930-х років до сучасних високотехнологічних приладів.

Ранні розробки і прототипи (1920–1930-ті роки)

Перші кроки у створенні приладів нічного бачення були зроблені ще наприкінці 1920-х. У 1929 році угорський фізик Кальман Тіхань винайшов для британських військових першу інфрачервону телекамеру, здатну «бачити» в темряві. Невдовзі, у 1930-х, у США відомий інженер Володимир Зворикін (RCA) розробив перший комерційний нічний прилад – електронний пристрій, що міг фіксувати зображення при мінімальному освітленні. Проте ці ранні системи були дуже громіздкими і дорогими, тому широкого застосування не набули. Важливо, що теоретичною основою для цих винаходів було відкриття інфрачервоного випромінювання ще в XIX столітті, але лише у 1930-х змогли створити пристрої, що це випромінювання використовували.

Найважливішим проривом стало створення у 1934 році першого електронно-оптичного перетворювача (ЕОП) – серця майбутніх приладів нічного бачення. У дослідницькому центрі компанії Philips команда на чолі з голландським ученим Ф. Холстом сконструювала так звану «склянку Холста» – електронний прибор, що перетворював інфрачервоне (теплове) випромінювання на видиме зображення. Цей ранній ЕОП був далеким від досконалості: він давав зображення низької якості, вимагав охолодження фотокатода до +40 °C через високий рівень шумів і мав величезні розміри та вагу. Попри недоліки, «склянка Холста» продемонструвала принципову можливість бачення в темряві і фактично започаткувала еру нічної оптики.

Друга світова війна: народження нічного бачення на полі бою

*Німецький штурмовий карабін StG-44 з інфрачервоним прицілом «Vampir» часів Другої світової війни.* Під час Другої світової війни технологія нічного бачення вперше масово вийшла на поле бою. Німеччина стала піонером у цій галузі: вже у 1939 році вермахт почав впроваджувати прилади нічного бачення для танків і піхоти. Із 1943 року на танках Panther випробовували комплекси Nachtjäger з 30-см інфрачервоними прожекторами і приймачами, що давали змогу бачити вночі на дистанції до ~600 метрів. До кінця війни близько 60 танків «Пантера» були оснащені такими системами як FG 1250 (Sparrow Hawk). Для піхоти ж розробили переносний ІЧ-комплекс під кодовою назвою «Vampir», який кріпився на штурмову гвинтівку Sturmgewehr 44. Ці пристрої належали до так званого «нулевого» покоління нічної оптики – вони підсилювали наявне світло приблизно в 1000 разів, але потребували активної підсвітки інфрачервоним прожектором. Такі прожектори були настільки великі і помітні, що інколи їх доводилося встановлювати на вантажівках, що демаскувало користувачів. Попри це, німецькі нічні приціли стали грізною новинкою: є згадки, що на Східному фронті радянські війська навіть здійснили нічну танкову атаку, аби засліпити німців, оснащених приладами нічного бачення.

Паралельно власні нічні приціли створювали Союзники. Армія США у 1944 році вперше застосувала інфрачервоні прицільні пристрої M1 та M3, відомі як «sniperscope» (снайперський приціл) або «snooperscope». Американські снайпери використовували їх у кінці Другої світової на Тихоокеанському театрі, а згодом і в Корейській війні. Ці прилади також були активними – мали власне ІЧ-освітлення за допомогою великого прожектора. Вони дозволяли вести прицільний вогонь уночі, хоча залишалися громіздкими і мали обмежений радіус дії. Незважаючи на недоліки, досвід Другої світової війни довів принципову цінність нічного бачення для військових.

Холодна війна і перше покоління ПНБ

Після війни розробки тривали прискореними темпами по обидва боки «залізної завіси». Інженери прагнули підвищити чутливість і зменшити габарити нічних приладів. Вдосконалення конструкції електронно-оптичних перетворювачів дозволило замість прямого перенесення електронів (як у «склянці Холста») застосувати електростатичне поле для їх фокусування. Це помітно підвищило ефективність перетворення світла. У СРСР пішли своїм шляхом – створили багатокаскадні ЕОП, які складалися з кількох послідовно з’єднаних підсилювачів зображення. Каскадні прилади радянського виробництва постачалися до війська аж до 1980-х років, хоча за кордоном у цей час з’являлись більш прогресивні технології.

Справжню революцію здійснив перехід від активних ІЧ-приладів до пасивних. Перше покоління пасивних приладів нічного бачення (Gen 1) з’явилося в середині 1960-х і не вимагало для роботи жодного прожектора. Такі ПНБ могли посилювати слабке природне світло зірок і місяця ~1000 разів і формувати з нього видиме зображення. Вперше їх масово застосували американці у війні у В’єтнамі. Знаменитий компактний приціл «Starlight» (AN/PVS-2) дозволяв солдатам бачити противника у нічних джунглях, де рівень освітлення був мінімальним. Утім, ген-1 мав суттєві недоліки. Зображення було зернистим, з спотвореннями по краях («ефект риб’ячого ока»), а самі прилади залишалися доволі великими і важкими. Окрім того, для роботи в умовах повної темряви Gen 1 все ще потребував інфрачервоного підсвічування, яке демаскувало стрільця. Ресурс першого покоління теж був обмеженим – близько 1500 годин роботи ЕОП.

Наприкінці 1960-х та у 1970-х роках інженери частково розв’язали проблеми Gen 1. Появилися покращені трубки Gen 1+, де було зменшено крайові спотворення і дещо підвищено чутливість. Проте справжній якісний стрибок відбувся з народженням другого покоління нічної оптики.

Друге покоління: мікроканальні підсилювачі

Друге покоління (Gen 2) приладів нічного бачення з’явилося у 1970-х роках і ґрунтувалося на нових досягненнях вакуумної електроніки. Головне нововведення – використання в ЕОП спеціальної мікроканальної пластини. Це тонка скляна пластина, пронизана мільйонами мікроканалів, які виконують роль лавинного підсилювача для електронів. Завдяки цьому світлочутливість та яскравість зображення зросли на порядки. Прилади Gen 2 могли підсилювати світло вже приблизно в 20 000 разів, забезпечуючи значно світлішу і чіткішу картинку навіть при дуже слабкому освітленні. Роздільна здатність також суттєво покращилася – до ~45–50 ліній/мм в базових версіях. Крім того, ресурс роботи Gen 2 збільшився до 2500–5000 годин, що майже втричі більше, ніж у Gen 1.

Завдяки новим ЕОП другого покоління нічні прилади стали компактнішими і надійнішими. В цей час з’являються відомі ПНБ типу окулярів нічного бачення для пілотів і піхоти. Саме у 1970-х починають широко впроваджувати й тепловізори – альтернативну технологію нічного бачення. На відміну від традиційних ПНБ, що підсилюють відбите від об’єктів світло, тепловізори реєструють власне теплове (інфрачервоне) випромінювання цілей. Перші покоління тепловізійних прицілів були дорогими і встановлювались переважно на техніку, але з часом технологія удосконалилася. Про неї ми ще згадаємо окремо нижче. А тим часом розвиток традиційних ЕОП йшов далі – назустріч третьому поколінню.

Третє покоління: нові матеріали та масове впровадження

Прилади нічного бачення третього покоління (Gen 3) з’явилися у 1980-х роках і стали «золотим стандартом» військової нічної оптики. Ключова відмінність Gen 3 – використання нового матеріалу фотокатода. Замість традиційного срібно-цезієвого покриття (як у Gen 1/2) застосували арсенід галію (GaAs). Фотокатод на основі GaAs має набагато більшу квантову ефективність, тобто випускає більше електронів при поглинанні фотонів. У результаті чутливість системи вдалося збільшити приблизно вдесятеро, а підсилення яскравості зображення – до 30 000–50 000 разів. Навіть у повній темряві, лише при світлі зірок, Gen 3 формує доволі контрастну «зелену» картинку. Чому зелену? Тому що людське око найкраще розрізняє відтінки саме зеленого кольору, тож зелений екран менше втомлює зір і дає добрий контраст.

Третє покоління ПНБ характеризується не лише чутливістю, а й довговічністю – ресурс роботи трубки зріс до 10 000 годин. Для продовження строку служби фотокатода виробники почали наносити на мікроканальну пластину тонку іонно-бар’єрну плівку, яка захищає катод від деградації. Ця плівка дещо знижує ефективність приладу (частина електронів втрачається на ній, додаючи шум), проте Gen 3 все одно дає якісніше зображення, ніж Gen 2, і служить набагато довше. Саме прилади третього покоління – зразок AN/PVS-7, AN/PVS-14 тощо – широко використовувалися арміями НАТО у 1990-х та 2000-х роках, зокрема під час нічних операцій в Іраку та Афганістані. До початку 1990-х американські війська настільки перевершували потенційного противника засобами нічного бачення, що під час війни в Перській затоці 1991 року генерал армії США відзначив: нічна оптика стала їхньою найбільшою тактичною перевагою. Фраза «We own the night» («Ніч – наша») тоді влучно відображала стан справ.

Маркетингове «четверте покоління» і сучасні вдосконалення

Часто можна почути про прилади нічного бачення четвертого покоління (Gen 4). Насправді ж офіційно **четвертої генерації не існує**. Цей термін з’явився як рекламний хід наприкінці 1990-х, коли виробники оголосили «Gen 4» для нових модернізованих ЕОП. Проте експерти Відділу контролю якості озброєнь армії США відмовились визнавати цю категорію. З’ясувалося, що йшлося про вдосконалені трубки все того ж третього покоління, з яких прибрали іонно-бар’єрну плівку та додали технологію **Gated** (швидке електронне затворювання). Безплівкові (filmless) Gen 3 дали ще яскравіше зображення при екстремально низькому освітленні, проте мали і мінус – ресурс таких трубок скоротився до ~1000 годин. Хоча назва Gen 4 неофіційно вживається й досі, по суті це лише поліпшений Gen 3. Технології Filmless та Auto-Gating, впроваджені у 2000-х, стали найбільшим проривом у розвитку нічної оптики за останні десятиліття. Вони забезпечують кращу роботу приладу в умовах близьких до повної темряви і швидке пристосування до змін освітлення (наприклад, спалахів). Сучасні «трубки» також часто мають інший відтінок екрана – не зелений, а біло-сріблястий (так звані white phosphor, торгові назви *Ghost*, *Onyx* тощо), що багато користувачів вважають більш контрастним.

Сьогодні у розпорядженні військових є ціле розмаїття приладів нічного бачення. Наприклад, широко використовуються монокуляри типу AN/PVS-14 – компактні універсальні прилади Gen 3, які можна кріпити на шолом або зброю. Українська армія, зокрема, отримала від західних партнерів тисячі таких ПНБ для оснащення своїх бійців. Для спецпідрозділів доступна і найсучасніша техніка, як-от панорамні окуляри GPNVG-18 від компанії L3Harris. Ці «четирьохоко́» окуляри містять чотири ЕОП і дають бійцю панорамний кут огляду ~97° замість ~40° у стандартних двотрубкових приладів – величезна перевага в умовах міста чи спецоперації. Також набувають популярності цифрові прилади нічного бачення, побудовані на чутливих CMOS-матрицях. Цифрове нічне бачення поки що дещо поступається класичним ЕОП за чутливістю та роздільною здатністю, але має свої плюси – стійкість до засвічення, можливість запису відео та нижчу ціну.

Тепловізори та інші технології

Окремо слід відзначити розвиток **тепловізійної** техніки – іншого напрямку нічного бачення. Тепловізор, на відміну від ПНБ з ЕОП, не залежить від зовнішнього світла, а реагує на власне тепло об’єктів. Усі живі істоти, машини чи навіть недавно використана техніка випромінюють в інфрачервоному спектрі. Тепловізор виявляє ці «теплі» ділянки і будує зображення за різницею температур. Перші робочі зразки тепловізорів з’явились у 1960-х – спочатку як великі прилади для танків і вертольотів. У 1970-х і 1980-х технологія стрімко удосконалювалася, зменшувалися габарити сенсорів. Вже під час операції «Буря в пустелі» (1991) багато американських танків і літаків були оснащені тепловізорами, що дозволило виявляти цілі навіть у повній темряві або пиловій завісі пустелі. Сучасні портативні тепловізори стали доступними і піхоті – від біноклів до прицілів. Їхньою перевагою є робота в абсолютній темряві (наприклад, у замкненому приміщенні або печері), де навіть найчутливіший пасивний ПНБ «сліпне» без жодного джерела світла. Недоліком тепловізорів можна вважати дещо меншу роздільність зображення та неможливість бачити крізь скло (для ІЧ-променів звичайне скло непроникне). З цієї причини у військах обидві технології доповнюють одна одну. Ба більше, зараз створюються **гібридні системи**, що поєднують інтенсивну (пасивну) і тепловізійну картинку. Наприклад, американські *ENVG* (Enhanced Night Vision Goggle) проєктують теплове зображення поверх «звичайного» нічного бачення, суттєво підвищуючи обізнаність бійця на полі бою.

Таким чином, технології нічного бачення пройшли неймовірний шлях за останні 90 років. Від лабораторних експериментів – до масового використання у військових конфліктах; від прицілів з прожекторами на вантажівках – до компактних окулярів, що поміщаються на шоломі. Сучасні прилади нічного бачення здатні підсилювати світло у десятки тисяч разів і значно розширюють можливості людини в темряві. Для військових це означає перевагу над противником в нічний час, для мисливців та рятувальників – безцінний інструмент у їхній роботі. І прогрес триває: науковці по всьому світу працюють над ще більш чутливими сенсорами, новими матеріалами та інтелектуальними системами обробки зображення. І хоча фраза «бачити як удень вночі» поки лишається гіперболою, щороку ніч стає для людини все менш темною.

Start writing here...

Історія створення та розвитку технології нічного бачення
thorsen August 8, 2025
Share this post
Archive
Sign in to leave a comment
Технології та принципи нічного бачення
Огляд механізмів, фізіології та технічних рішень, що забезпечують нічне бачення у тваринному світі та за допомогою приладів.