CC BY
724
УДК 621.383:623
Ю.Н. Коронин, В.В. Малинин, Г.Н. Попов СГГА, ЦКБ «Точприбор», Новосибирск
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И УНИФИКАЦИИ СТРЕЛКОВЫХ ПРИЦЕЛОВ НОЧНОГО ВИДЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ ИЗДЕЛИЙ ЦКБ «ТОЧПРИБОР»
Yu.N. Koronin, V.V. Malinin, G.N. Popov Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
HISTORY OF CREATION AND UNIFICATION OF THE SHOOTING NIGHT VISION SIGHTS BY THE EXAMPLE OF THE CENTRAL DESIGN DEPARTMENT BUREAU «TOCHPRIBOR» PRODUCTS
Lacks and ways of their elimination to series of night sights are considered.
Свойства первых ПНВ 1ПН24 - 1ПН27 - 1ПН28
В начале 1960-х годов в ОКБ Новосибирского приборостроительного завода были разработаны приборы ночного видения (ПНВ) для стрелкового оружия: 1ПН-27-НСП3 для автомата, 1ПН28-ППН-3 для пулемета, 1ПН-24-ПГН-1 для гранатомета [1].
При испытаниях ПНВ были выявлены следующие недостатки:
- Появление темных пятен (прожоги) на экране ЭОП после воздействия на прицел холостых выстрелов пушки или танковых прожекторов;
- Отсутствие автоматической регулировки яркости экрана ЭОП;
- Слабая унификация элементов прицелов (что ни прицел, то свой аккумулятор, преобразователь напряжения и др.);
- Большая масса и габариты прицелов, превышающие задания по ТЗ;
- Небольшой диапазон работы: от сумерек до темного времени суток;
- Небольшое поле зрения;
- Блики объективов при попадании на них излучения от искусственных источников света;
- Наличие сцинтилляций.
Унифицированный пассивный ночной прицел 1ПН34
В 1967 г. была поставлена ОКР «Альфа» по созданию унифицированного ночного бесподсветного прицела НСПУ (шифр 1ПН34) для индивидуального стрелкового оружия.
Конструктивно прицел состоит из следующих узлов и механизмов: корпус, объектив, ЭОП в кожухе с делителем напряжения, окуляр, преобразователь напряжения, высоковольтный блок, механизм угла прицеливания, аккумуляторная батарея.
Основу прицела составляет трехкамерный ЭОП, работающий в видимой области спектра. Основными частями первой камеры являются: полупрозрачный мультищелочной фотокатод, электронно-оптическая система фокусировки электронов и люминесцентный экран. Сопряжение камер производится через тонкие прозрачные слюдяные перегородки толщиной в несколько микрон. На каждую из них со стороны фотокатода нанесен экран, а с обратной стороны - фотокатод последующей камеры. Комбинация экран-фотокатод называется каскадом усиления. В качестве экрана используется люминофор фиолетово-синего свечения, а в качестве фотокатода используется сурьмяноцезий. Спектральные характеристики излучения экрана и чувствительности фотокатода подобраны оптимально.
В третьей камере применен катодолюминесцентный экран, преобразующий энергию электронного пучка в световую энергию. Для визуального наблюдения изображения в выходном экране используется люминофор желто-зеленого свечения. Электроны, попадая на кристаллы люминофора, отдают свою энергию центрам свечения, которые излучают избыточную энергию в виде квантов свет. Для увеличения светоотдачи люминофора и чтобы свет не попадал обратно в камеру, на люминофоры камер наносят со стороны падения электронов тонкую зеркальную алюминиевую пленку.
ЭОП обладает хроматической аберрацией, т.е. искажение изображения из-за неодинаковых начальных скоростей электронов. При этом электроны собираются не в точку, а в кружок рассеяния. Серьезным дефектом изображения является кривизна поверхности электронного изображения, когда электроны, вылетающие из точек, отстоящих от центра фотокатода, образуют на краю экрана значительно больший кружок рассеяния, чем в центре экрана. В связи с этим разрешающая способность ЭОП при удалении от центра экрана сильно снижается.
Так как при сборке ЭОП экран установить точно в место сбора электронов в кружок наименьшего рассеяния трудно, то в электронооптическую систему был введен подфокусирующий электрод.
Изменение напряжения на подфокусирующем электроде относительно фотокатода в пределах ±100 В, позволяет получить в центре экрана каждой камеры максимальную разрешающую способность.
Кроме кривизны поверхности изображения, дефектом изображения является астигматизм. При этом разрешающая способность зависит от направления штрихов.
При изготовлении входного фотокатода часть паров оседает на стенке между подфокусирующим электродом и фотокатодом. В результате этого уменьшается сопротивление фотокатод-подфокусирующий электрод. Для исключения этого явления в колбе создана перетяжка.
Защитные свойства прицела с ЭОП
При воздействии на прицел излучения от интенсивных источников света в камерах ЭОП возникают недопустимые плотности тока, которые вызывают местный разогрев люминофора и частичное испарение цезия с поверхности
фотокатода. Утомляемость фотокатода наблюдается уже при плотностях фототока порядка 1 мкА/см , а наибольшая допустимая плотность тока
Л
фотокатода составляет 30 мкА/см , выше которой наблюдается необратимое ухудшение его характеристик. В моменты засветки в камерах ЭОП возникают плотности тока в сотни раз больше допустимых. В результате появляются прожоги за счет испарения не только цезия, но и сурьмы. На экране ЭОП это проявляется в виде темного пятна.
Защиту ЭОП от внезапного воздействия интенсивного источника света можно осуществить расфокусировкой потока электронов путем изменения потенциала подфокусирующего электрода в момент действия засветки.
Первым защитным устройством, примененным в серийном изделии типа 1ПН27 была схема, работающая на принципе разряда конденсаторов в момент появления в поле зрения прицела яркого источника света. В результате разряда конденсаторов практически мгновенно расфокусируется изображение пламени выстрела пушки. При этом яркая точка, способная прожечь фотокатод или экран, превращается в большое пятно с допустимой для ЭОП яркостью изображения, вследствие чего прожог не происходит. Недостатки такого защитного устройства:
- Яркая вспышка в центре экрана, ослепляющая наблюдателя и лишающая его возможности пользоваться прицелом в течение некоторого времени после исчезновения засветки;
- Защита ЭОП только от импульсной засветки.
В 1967 г. в НИИПФ была разработана схема защиты ЭОП от воздействия как импульсных, так и постоянных источников яркого света, попадающих в поле зрения прицела. В ней расфокусировка потока электронов происходит за счет падения напряжения на защитных резисторах от тока камер. При этом потенциал подфокусирующего электрода становится отрицательным относительно фотокатода, что приводит к расфокусировке электронного пятна.
Универсальный имитатор засветок
С целью определения защитных свойств ПНВ к воздействию источников света в лабораторных условиях был разработан универсальный имитатор засветки. Такой имитатор обеспечивал идентичность условий испытаний. При этом имитировалось воздействие на прицел (пассивный ПНВ) осветительных средств направленного действия на разных расстояниях с учетом прозрачности атмосферы. Кроме того, имитировались световые параметры холостых выстрелов танковой пушки Д10-Т и перемещение источника света относительно прицела.
Оператор последовательно регулировал значения подфокусирующих напряжений на каждой камере ЭОП пока не получалось четкое изображение элемента миры с разрешением не менее 30 штр/мм. Результирующие значения подфокусирующих напряжений заносились в паспорт ЭОП. Поскольку ток делителя был равен 1 мкА, то требуемое значение постоянного
резистора соответствовало значению подфокусирующего напряжения. То есть, делитель, изготовленный для одного экземпляра ЭОП, не подходил для другого экземпляра ЭОП. С переходом на переменные резисторы надобность в такой установке отпала. Делитель стал унифицированным.
Необходимость в блоке регулировки возникла после накопления опыта работы с ночными прицелами. В условиях естественного ночного освещения яркость экрана ЭОП и контраст прицельной сетки изменяется в зависимости от освещенности. Поэтому стрелок вынужден был вручную регулировать яркость подсветки сетки. Чтобы устранить это неудобство в пользовании прицелом, был разработан блок регулировки яркости экрана ЭОП и подсветки прицельной сетки.
Испытания прицела 1ПН34 на полигоне и в лаборатории
Серийно прицел 1ПН34 стал выпускаться с 1971 г. Для проверки качества изготовленного прицела потребовалась разработка коллиматора для бестрассовой проверки прицелов. Для этого в 1972 г. был проведен большой объем работ на полигоне ПО НПЗ по отбору партии прицелов, у которых дальность распознавания ростовой фигуры человека соответствовала не менее 300 м.
Дальность распознавания на местности проверялась тренированными наблюдателями ночью по реальной цели (ростовая фигура солдата в шинели)
-5
при ЕНО (3..5)10- лк в отсутствие тумана и дождя. Освещенность измерялась по кольцу Ландольта, нанесенному на щит.
Прицелы, дальность распознавания которых соответствовала заданной, устанавливались на коллиматор 1Ю7-2, входящий в состав комплекта аппаратуры для полевых и стендовых испытаний ПНВ. Аппаратура обеспечивает проверку нормированной (рабочей) разрешающей способности ПНВ при яркости светлого поля тест-объекта отрицательного контраста
4 2
2,6*10- кд/м , что соответствует имитируемой освещенности на местности
-5
4*10- лк со световой нагрузкой всего фотокатода ЭОП. Наблюдатели должны были определить тест-объект, в изображении которого они еще уверенно различали любое из четырех направлений штрихов. Таким образом, для каждого разработанного прицела были определены тест-объекты, разрешение которых на испытательной аппаратуре гарантировало дальность распознавания цели в полевых условиях.
Для проведения НИР по влиянию внешних условий и проведенных доработок ПНВ на дальность распознавания в 1974 году был разработан малогабаритный микрополигон.
Микрополигон позволяет имитировать условия, влияющие на дальность действия ПНВ:
- ЕНО в плоскости тест-объекта, лк 5*10-1 .. 5*104
- Коэффициент пропускания атмосферы 0,7.. 1,0
- Расстояние до объекта, м 100, 200 .. 2000
- Скорость перемещения танков, км/час 15 .. 40
- Скорость перемещения солдата, км/час 5 .. 8
- ИК-прожектор, кд 5*107
- Дымку, накладываемую на наблюдаемую картину.
Микрополигон состоит из двух коллиматоров. Основной полигон
состоит из шара диаметром 1500 мм и двух объективов диаметром 250 мм и фокусным расстоянием 3000 м. Коллиматор обеспечивает засветку ПНВ в пределах 15°. Два объектива позволяют вести одновременно исследование двух ПНВ.
Малогабаритный прицел 1ПН58
В 1976 г. началась разработка прицела с источником питания ЭОП без делителя напряжения и с большим временем непрерывной работы (НИР «Время»). Затем был разработан унифицированный ночной прицел НСПУМ (1ПН58) для стрелкового оружия и противотанковых гранатометов (ОКР «Попадание»). Масса прицела не превышала 2 кГ в боевом положении. Разработка такого прицела стала возможной после того, как был разработан ЭОП 3ЭП32М с разрешающей способностью 30 штр/мм при нулевых подфокусирующих потенциалах. Поэтому отпала необходимость в подфокусирующих делителях напряжения с переменными резисторами. После этого подфокусирующий электрод стал использоваться только для защиты ЭОП от засветок.
Модернизация прицела 1ПН58 позволила:
- Снизить ток потребления до 7 мА,
- Исключить делитель напряжения,
- Довести время непрерывной работы до 150 часов,
- Снизить массу,
- Применить секцию 5РЦ83Х для питания прицела.
Прицел 1ПН51 на основе инверсного ЭОП с МКП В конце 1970-х годов в НИИПФ был разработан микроканальный ЭОП «Канал» со следующими параметрами:
- Герметизированная металлостеклянная конструкция;
- Микроканальная пластина (МКП) для усиления яркости;
- Встроенный умножитель напряжения;
- Мультищелочной (БЬ-Ыа-К-Сз) фотокатод;
- выходной экран желто-зеленого цвета.
В этом ЭОП электростатическое поле между анодом и фотокатодом инвертирует изображение и ускоряет фотоэлектроны, обеспечивая дополнительное усиление по яркости. На входной торец МКП проецируется электронное изображение. Электронное изображение в МКП усиливается, а затем переносится на экран ЭОП.
Достоинства ЭОП с МКП:
- Оборачивание изображения в камере ЭОП;
- Большой диаметр фотокатода - 25 мм;
- Равномерное разрешение по полю: в центре - 25 штр/мм, на краю - 20 штр/мм;
- Коэффициент преобразования не уступает трехкамерному ЭОП;
- Небольшая длина: 80 мм.
На базе этого ЭОП с МКП в 1982 был разработан прицел 1ПН51. В прицеле использовался зеркально-линзовый объектив. При этом изображение цели малой яркости проецировалось объективом на фотокатод ЭОП совместно с изображением сетки.
При разработке электрической принципиальной схемы стабилизированного преобразователя напряжения и АРЯС ПНВ впервые были применены микросборки собственного производства, позволившие уменьшить габариты прицела.
В прицеле имеется автоматическая регулировка яркости экрана, которая при освещенности фотокатода 2*10-2 лк начинает снижать напряжение на МКП, поддерживая ток экрана и его среднюю яркость постоянной. Если освещенность превысит несколько люкс, то напряжение на электродах снижается настолько, что экран гаснет. Кроме того, засветка помех до некоторой степени локализуется в ЭОП за счет насыщения соответствующих микроканалов в изображении источника световой помехи, не создавая ореола.
В режиме длительного наблюдения стрелок должен был гасить прицельные знаки поворотом маховичка, чтобы они не отпечатывались в поле зрения. В прицеле имеется кольцо фокусировки ЭОП, предназначенное для получения более четкого изображения цели на разных дальностях распознавания и для компенсации расфокусировки при изменении температуры от минус 50 до 50°С.
Благодаря применению ЭОП с МКП, удалось создать прицел с большим углом зрения и малой длиной. Однако масса прицела осталась на уровне массы прицела 1ПН34.
Прицел 1ПН93 на основе бипланарного ЭОП с МКП
В конце 1980-х годов началась промышленная разработка бипланарного микроканального ЭОП со встроенным высоковольтным источником питания (ВИП), многощелочным фотокатодом со спектральной чувствительностью от 0,2 до 0,4 мкм и экраном желто-зеленого свечения. В отличие от инверсного ЭОП, применяемого в прицеле 1ПН51, здесь используется прямой перенос изображения в плоскопараллельном поле.
Был разработан монолитный микроблок источника питания МБ3 в виде цилиндра, расположенного вокруг вакуумной части ЭОП, и представляющего собой пластмассовый каркас с нанесенной гибкой печатной платой. На печатную плату, изготовленную из фольгированного полиимида,
устанавливались бескорпусные элементы и заливались полимерным компаундом. В 1990 г. были изготовлены первые образцы этого микроблока.
Усилиями ОАО «Катод», ФГУП «ЦКБ «Точприбор» и ПО «НПЗ» впервые были разработаны, изготовлены и испытаны промышленные образцы бипланарных ЭОП с МКП. Их параметры приведены в табл. 1.
Достоинства ЭОП - малая масса, малые габариты и низкая стоимость. Недостаток - отсутствие оборачивания изображения, что усложняет оптическую схему прицела. В первых прицелах 1ПН93-1, -2, -3 изображение оборачивалось в зеркально-линзовом объективе.
Параметры серии прицелов с ЭОП приведены в табл. 2.
Таблица 1. Параметры бипланарных ЭОП с МКП
ЭПМ-53Г, тема «Рассвет» ЭПМ-42Г, тема «Калитка»
предел разрешения, штр/мм не менее 36 33
отношение сигнал/шум, отн.ед. не менее 40
коэффициент преобразования, отн. ед. не менее 25 000 20 000
диапазон освещенности фотокатода, лк 0,4 .. 5*10-3
Таблица 2. Параметры прицелов
Параметр Номинальные значения параметров
1ПН34 1ПН58 1ПН51 1ПН93 -1 1ПН93 -2 1ПН93 -3 1ПН93 -4
Тип ЭОП У-32 3-х кам. 3ЭП3М 3-х кам. ЭП-10 с МКП ЭПМ42Г (ЭПМ53Г-8)
Видимое увеличение, крат 3,5 3,5 3,5 4,0 4,0 5,0 3,7
Поле зрения, град 5°30' 5° 9°35' 8° 6° 6° 10°
Дальность распознавания РФС 300 300 300 300 400 500 500
Напряжение питания, В 2,5 6,25 6,25 1,5 1,5 1,5 1,5
Ток потребления, мА 270 7 40 100 100 100 100
Габариты, мм
длина 445 450 276 207 220 226 275
высота 191 186 210 176 193 198 130
ширина 96 99 140 79 90 100 81
Масса в боевом положении, кГ 2,2 2,0 2,1 1,0 1,3 1,5 1,5
© Ю.Н. Коронин, В.В. Малинин, Г.Н. Попов, 2008
