изменяется почти пропорционально квадрату давления и по этому быстро уменьшается с увеличением высоты.
При наличии в атмосфере капель воды затухание обуслов лено как поглощением, так и рассеянием энергии электромаг нитного поля.
Затухание, вызванное поглощением, проявляется наиболее сильно при очень малых размерах капель (туман, некоторые типы облаков), а затухание, связанное с рассеянием радио волн,— при крупных размерах капель.
Степень затухания в значительной мере зависит от диаметра капель и количества выпадающих осадков. Радиоволны длиной 10 см и выше не затухают даже при сильном дожде. Но отра жение их от дождя может затруднить обнаружение целей. Цели, находящиеся за полосой дождя небольшой протяжен ности, будут наблюдаться без заметного ослабления отражен ного сигнала даже при применении волн короче 10 см. Если же полоса дождя между станцией и целью будет иметь зна чительную глубину, ослабление сигнала от цели, обусловлен ное отражением электромагнитной энергии от капель дождя, может быть значительным и может заметно уменьшить даль ность действия станции.
Г Л А В А XI
И Н Ф Р А К Р А С Н А Я Т Е Х Н И К А
В предыдущих главах мы рассматривали только радиотех нические средства, их устройство и принцип работы. Несмотря на большое различие в конструкции этих средств, в их на значении и областях боевого использования, все они имеют одно общее свойство: использующиеся в них электромагнит ные колебания лежат в диапазоне радиоволн.
Однако общий спектр электромагнитных колебаний не ограничивается радиоволнами. Как видно из рис. 146, этот спектр имеет нижней границей волну в 1 • 10_п см, а верх ней — волну около 3 • 1010 см. Радиоволны занимают в спектре только один участок — от 20 000 м до десятых долей милли метра.
Участок спектра, лежащий между радио- и световыми вол нами, занимают инфракрасные волны *, верхним пределом ко торых служит волна длиной около 750 микрон 12, а нижним — волна, равная 0,76 ;i. Таким образом, инфракрасные волны смыкаются с одной стороны с видимой частью спектра, а с другой — с миллиметровыми радиоволнами. Резкой границы между инфракрасными, световыми и радиоволнами не суще ствует. Все они по своей природе являются электромагнит ными волнами, и границы между ними условные.
Также нет и четкого разделения инфракрасного диапазона на участки. Однако часто этот диапазон волн делят на три участка: длинноволновый (750—25 р,), средневолновый (25— 2,5 р) и коротковолновый (2,5—0,76 р). Такое деление в основ ном отражает различие в процессах возникновения инфракрас ных лучей.
Инфракрасные, лучи, непосредственно примыкающие к участку видимого спектра, обладают многими качествами,
свойственными видимым |
лучам (например, прямолинейное |
1 Инфракрасные лучи часто |
называют также тепловыми. |
2 Микрон равен одной миллионной части метра; обозначается эта еди |
|
ница длины греческой буквой р |
(«ми»). |
266
распространение, преломление и т. п.), Но лежат они за пределами чувствительности человеческого глаза и поэтому не могут непосредственно наблюдаться человеком.
Инфракрасные лучи широко использу ются в военном деле. Современные инфра красные приборы могут применяться для решения следующих основных задач:
—теплопеленгования (определения на правления) источников инфракрасных лучей;
—скрытного видения различных объ ектов и поля боя в инфракрасных лучах;
—самонаведения реактивных снарядов
идругих боевых средств на объекты,
излучающие инфракрасные |
(тепловые) |
лучи; |
|
—обеспечения связи и сигнализации;
—фотографирования в инфракрасных
лучах.
Сбольшинством из этих областей при менения мы встретимся в следующих раз делах книги.
Всякий прибор, использующий инфра
красные лучи, должен иметь прежде всего приемник 'инфракрасных лучей и генера тор этих лучей. Однако генераторами инфракрасных лучей могут непроизвольно служить многие военные объекты, потому что любое нагретое тело излучает инфра красные волны. Поэтому инфракрасный прибор может иметь генератор в своем со ставе либо использовать излучение внешне го генератора.
Приемник, или, как его часто называют, индикатор, должен обеспечивать обнаруже ние приходящих инфракрасных лучей.
Кроме генератора и приемника, в состав приборов инфракрасной техники должны входить фокусирующие системы, обеспечи вающие направленную передачу и прием (или только прием) энергии. Наконец, в об щей системе передачи энергии инфракрас ных лучей большую роль играет промежу точная среда, определяющая условия рас пространения инфракрасных волн.
Рассмотрим более подробно элементы инфракрасных приборов и условия распро странения, инфракрасных лучей.
Рис. 146. Спектр электромагнитных колебаний
67
Генераторы инфракрасных лучей. КЛшиболее простым, ши роко распространенным на практике источникам инфракрас ных лучей относятся нагретые тела. Тела, нагретые до высокой температуры, излучают вместе с инфракрасными лучами и лучи видимого спектра (это характерно для обычных электрических ламп накаливания, различных газоразрядных и ртутных ламп и т. п.). Но если температура тела ниже температуры, при ко торой возникает свечение, то оно излучает практически только невидимые для глаза инфракрасные лучи. К таким источникам относятся, например, нагретые части кораблей и в первую очередь его дымовые трубы, работающие двигатели автомоби лей, танков, самолетов и даже тело человека. Прием инфра красных лучей от этих источников позволяет не только обна руживать эти источники, но и определять направление на них и даже их местоположение.
Между температурой нагретого тела и спектром излучае мых колебаний существует определенная зависимость. Во-пер вых, с повышением температуры' нагретого тела сильно увели чивается интенсивность излучения, особенно в области больших температур. Во-вторых, с повышением температуры длина волны, на которой излучение максимально, смещается в сто рону более коротких волн.
Так, например, нагретые до температуры 75° трубы ко рабля излучают максимум энергии на волне около 8;х, а объекты, внешние элементы которых нагреваются до 200°,— на волне около 6;х. Таким образом, по температуре излучаю щего объекта можно достаточно точно определить интенсив ность излучения и волну, на которой происходит максимум излучения, и выбрать индикатор инфракрасных лучей.
Тела, нагретые до более высоких температур (примерно до 500°), начинают светиться, т. е. излучать не только инфракрас ные, но и видимые лучи. Поэтому если в военной аппаратуре в качестве генераторов инфракрасных лучей применяют лампы накаливания или другие источники, излучающие также и ви димые лучи, то для предотвращения излучения видимых лучей применяются специальные инфракрасные фильтры. Такие фильтры пропускают только инфракрасные лучи, а лучи види мого участка спектра поглощают.
Фокусирующие устройства могут быть линзовыми или зер кальными и служат для направленной передачи и приема энергии.
В качестве зеркальных фокусирующих устройств обычно применяются параболические зеркала (рис. 147) . Если излуча тель инфракрасных лучей поместить в фокусе такого зеркала, то они, отразившись от его поверхности, будут излучаться узким пучком. Наоборот, лучи, приходящие от удаленного источника, будут собираться в фокусе отражателя, что улучшает условия их приема. Такие зеркала могут иметь достаточно большие раз
268
меры — до 100 см и более. В линзовых системах, как говорит само название, основным элементом служат линзы.
Приемники (индикаторы) инфракрасных лучей применяются для обнаружения источников инфракрасных лучей и преобразо вания последних в другие виды энергии, удобные для исполь зования в аппаратуре. Обычно энергия инфракрасных лучей преобразуется в военной аппаратуре в электрическую или све товую энергию.
По спектральным характеристикам все приемники инфра красных лучей можно разделить на неселективные и селектив ные. Неселективные приемники имеют почти одинаковую чув ствительность в широком диапазоне частот инфракрасного
Генератор (излучатель) инфракраснь/х лучей
Рис. 147. Образование узкого пучка инфракрас ных лучей с помощью параболического зеркала', в фокусе которого расположен генератор
спектра. К таким приемникам относятся, в частности, термо элементы, *болометры и термисторы. Они дают возможность получить в цепи индикатора электрический сигнал, пропорцио нальный интенсивности принимаемого потока инфракрасных лучей. Эти приемники используются обычно при теплопеленгации объектов противника по их собственному инфракрасному излучению.
Селективные приемники имеют достаточно резко выражен ную чувствительность в определенных участках инфракрасного спектра. К таким приемникам относятся фотоэлектронные ин дикаторы различных типов — фотоэлементы, электронно-опти ческие преобразователи и электронные умножители, а также очувствленные специальным образом фотопластинки.
Большинство используемых на практике фотоэлектрических индикаторов применяется в инфракрасных приборах для фик сации момента приема и определения интенсивности приходя щих инфракрасных лучей по создаваемому в индикаторе элек трическому сигналу определенной мощности. Однако иногда бывает необходимо преобразовать энергию принимаемых ин фракрасных лучей не в электрическую, а в световую. При соот ветствующей фокусировке приходящих лучей это позволяет не только определять направление на источник их излучения, но
269
и наблюдать изображение местности и находящиеся На ней местные предметы, боевую технику и людей.
Для преобразования инфракрасных лучей в видимые могут применяться электронно-оптические преобразователи. Принцип их действия поясняется на рис. 148. Сфокусированные с по мощью специальных оптических систем инфракрасные лучи, попадая на полупрозрачный фотокатод (пластина с нанесен ным на нее тонким слоем специального вещества), выбивают из его поверхности электроны. Эти электроны под влиянием электрического поля преобразователя . (см. рис. 148) устрем ляются к плоскому-аноду, покрытому флуоресцирующим веще-
Инфракрасное |
Электронное |
|
изображение Видимое |
||
изображение |
/ |
изображение |
^ |
L |
|
§
a£zp::r |
'Флуоресцирующий |
|
экран-анод |
Рис. 148. Принцип действия электроннооптического преобразователя
ством. Анод в результате бомбардировки электронами начи нает светиться, причем яркость свечения отдельных участков пропорциональна количеству попадающих на них электро нов. Таким образом, на флуоресцирующем экране создается видимое изображение объекта, инфракрасное излучение ко торого проектируется на фотокатод электронно-оптического преобразователя. Внешний вид таких приборов иностранного производства изображен на рис. 149.
Для работы таких преобразователей требуется приклады вать между анодом и катодом напряжение в несколько кило вольт. Однако ввиду того, что ток при этом потребляется очень небольшой, общее потребление энергии от источника питания оказывается незначительным.
Прохождение инфракрасных лучей через атмосферу. Ин фракрасные лучи на своем пути к приемной аппаратуре про ходят через атмосферу. Они ослабляются при этом вследствие поглощения и рассеяния молекулами содержащихся в атмо сфере газов, твердыми частицами дыма и пыли, а также кап лями воды (дождем, облаками, туманом).
Поглощение происходит неравномерно по всему диапазону. Существуют участки, где потери сравнительно незначительны, тогда как на других участках происходит очень сильное погло
2 7 0