История создания лазерных дальномеров Человек крайне уникальное существо.

История создания лазерных дальномеров

Человек крайне уникальное существо. Если вам дать камень и заставить кидать в мишени на различных дистанциях, то после первых промахов ваш мозг подсознательно вычислит примерное расстояние до цели и задаст мышечное усилие для броска. Не факт, что попадёте с первого раза, однако после пары тройки тренировок точность определения дальности увеличится, а с ней и увеличится меткость вашего броска. Спустя несколько тысячелетий человек перешел от камней и копий к примитивному луку способному стрелять метров на пятьдесят – шестьдесят, и тут появились первые сложности. Для определения точного расстояния на таких дистанциях и взятия нужной поправки мышцами мозгу и требовалась очень долгая тренировка, прежде чем становилось, возможно, попасть в цель на такой дистанции. Спустя еще пару тысяч лет появились первые дальнобойные луки, способные вполне точно поразить человека на расстоянии в двести метров. Для такого оружия лучника готовили с детства, да и то, подходили не все, требовался врождённый талант точно определять расстояния на глаз. Шли столетия, и оружие становилось совершеннее, расстояния эффективной стрельбы росли сначала сотнями метров, а потом начали расти километрами. Однако гравитацию земли никто не отменял, и все так же для точного попадания требовалось знать точное расстояние для мишени. Для этих целей был разработан дальномер, первые версии которого были механическими и особой точностью похвалиться не могли. К середине второй Мировой Войны создают первые вполне приличные стереоскопические дальномеры высокой точности. Вот только карманные версии этих аппаратов были предназначены для измерения дистанций в метров шестьсот-семьсот, более эффективные модели компактностью не блистали, примером служит стереоскопический дальномер ДЯ-6.

«Справка:
ДЯ-6 – предназначен для определения дальности и высоты полета цели, а также ее угловых координат (азимут и угол места) при стрельбе зенитной артиллерии среднего и крупного калибра. Ширина базы — 3 м. Пределы измерения: дальности — от 2000 до 50000 м; высоты — от 200 до 20000 м; угла места цели — от −4 — 00 (−24°) до +15—00 (+90°). Оптические характеристики дальномера: увеличение — 8х, поле зрения — 7°30′. Масса в боевом положении — 205 кг.»

Но в шестидесятом году изобретают первый лазер. Применение этому чудо прибору находят очень быстро. Его засовывают в прицелы, радары, самолеты, и даже пытаются сделать лазерную пушку.

«Справка:
Лазер (англ. laser, акроним от light amplification by stimulated emission of radiation «усиление света посредством вынужденного излучения»), или оптический квантовый генератор — это устройство, преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую, химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического, поляризованного и узконаправленного потока излучения. Направление потока формируется при помощи фокусировочного кристалла из искусственно выращенных камней.»

Однако наибольшего успеха в применении лазеров добились конструкторы прицелов и дальномеров. Пока советские ученые использовали лазеры в своих голограммах и пытались их приспособить для стрельбы по самолетам и ракетам, американцы, заметив много закономерностей в данном приборе, стали пытаться установить их в дальномеры и авиационные прицелы (для увеличения точности бомбометания). Как ни странно, но успеха с дальномерами они добились всего за один год, выпустив в тысяча девятьсот шестьдесят втором первый серийный лазерный дальномер для артиллеристов.

Модель назвали XM-23. Созданный изначально для сухопутной артиллерии он вскоре появился и на флоте, где точность измеренного расстояния играла огромную роль при стрельбе. В качестве источника излучения применили рубиновый лазер в два с половиной ватта. В конструкции дальномера широко применялись интегральные схемы. Единый блок корпуса вмещал в себя излучатель и приемник с оптическими элементами, который имел шкалы точного отсчета азимута и угла места цели. Сам прибор и устанавливался на треногу для упрощения его использования, так как вес аппарата был более пяти килограмм.

Питание дальномера шло от аккумуляторной батареи (никелево-кадмиевых аккумуляторов) напряжением в двадцать четыре вольта, обеспечивающей до сотни замеров без подзарядки, хотя, в основном, в качестве источника питания служила бортовая сеть автомобиля. Не сказать, что модель сразу стала сверхудачной, ее на раз «допиливали», однако была в разы компактнее подобных механических образцов, а главное быстрее в измерении (вместо 1.5-2 минуты для механического, лазерному требовалось 25-50 секунд.) Существенным недостатком служила цена прибора, которая равнялась стоимости пяти армейских внедорожников.

Принцип работы дальномера XM-23был прост и довольно стар – это система сигнал-ответ, применяемая еще в локаторах Второй Мировой, только вместо радиосигнала использовали световой луч. Оператор наводил видоискатель дальномера на цель, и нажимал на кнопку замера, после этого подавалась энергия в накопитель, который в свою очередь активировал лазер. Как только лазер давал короткий импульс, активировался высокоточный таймер. Конец отсчета таймера наступал только после того как отражение вспышки на цели засекал светочувствительный элемент. Так как луч посылался в невидимом инфракрасном диапазоне, со стороны его было незаметно. Теперь бойцу требовалось посмотреть на время отсчета и сопоставить его таблицей дистанций. Точность такого прибора была довольно высока, особенно для тех лет.

«Факт:

Собирая интересные факты про лазерные дальномеры, наткнулся на довольно интересную историю, стопроцентную достоверность не гарантирую, но про нечто подобное слышал сам, как говорится «за что купил, за то и продаю» (пунктуация и орфография автора сохранены):

Совсем недавно «Буржуи» сделали лазерный дальномер, который мог с высокой точностью определять расстояние до объекта до 1,5 км. Тут же поступил приказ с «верха» сделать дальномер, который будет либо превышать дальность «буржуйского» аналога, либо, хотя бы, быть равным ему. Ну и начали конструировать… Выяснилось, что их дальномер выезжал за счет того, что у них стоял классный фотоприёмник, аналог которого нам собрать бы не удалось, но крайне посредственный кристалл… (напомню, что пускается лазерный луч в предполагаемую мишень, а дальше уже работа фотоприёмниках сможет или не сможет принять обратный сигнал, и уже рассчитывается дальность до объекта по формуле)

И «наши» решили уже «выехать» на КЛАССНОСТИ наших кристаллов! поставили в дальномер кристалл такого качества, что даже наш голимый фотоприёмник смог принять сигнал лазера. В результате получился лазерный дальномер с дальностью до 2 км.

Кстати, сфера выращивания кристаллов – это одна из немногих сфер, в которой Россия занимает уверенное 1-ое место!

Как один раз полякам понадобились хорошие кристаллы. Они спросили:

– А где нам взять хорошие кристаллы?
– Если вам нужны хорошие кристаллы, заказываете у американцев… А если Вам нужны уникальные кристаллы, то их умеют делать только русские!»

На дворе наступают семидесятые. Холодная война в самом разгаре, а значит, гонка вооружений толкает ученых к все новым изобретениям. Конечно, Америка в плане электроники опять опередила Советский Союз и поставила лазерный дальномер на свои танки. В сравнении с простым оптическим дальномерами, лазерный, выглядел верхом нанотехнологий: быстрый, высокоточный, компактный. Именно таким был AN/VVS-1 для М60А.

Практически не отличающийся от обычного артиллерийского дальномера с лазером на рубиновом кристалле, этот кроме обычного аналогового дисплея с цифровым индикатором, имел систему управления баллистической корректировкой огня орудия. Вот только завязать дальномер на систему наведения ствола у них не сразу не получилось, зато получилось у русских, которые на полтора года раньше применили такую технологию на своих танках. В результате, наши танки наводились на цель и производили выстрел почти вполовину быстрее американских аналогов. И сегодня хваленый M1 «Abrams» проигрывает нашему Т90 не только по качеству дальномера, но и по многим другим параметрам.

Современный танковый дальномер, это компактный автоматизированный прибор способный измерить расстояние до десяти тысяч метров, и этот процесс у него занимает меньше десяти секунд. Рубиновые лазеры активно заменяются лазерами на основе кристалла граната с примесью неодима (активный элемент – кристалл иттриево-алюминиевого граната Y3A15O3, в который в качестве активных центров введены ионы неодима Ш3+). Такие лазеры способны выдавать световое излучение на световых волнах до 1,06 мкм. Хотя классика не умирает и все еще на многой технике можно встретить более простые дальномеры, в которых лазер использует кристалл розового рубина, основой которого являются кристаллы окиси алюминия А12О3, а активными элементами ионы хрома Сг3. Такие лазеры генерируют световой пучок на длине волны 0,69 мкм.

Сегодня большинство западной военной техники оборудовано дальномерами нового поколения. Это дальномеры, в которых применена технология с газоразрядной трубкой. Сама газоразрядная трубка заполнена газовой смесью из нескольких химических элементов, таких как углекислый газ (СО2), газовая смесь молекулярного азота (N,) с гелием, водорода и других более редких элементов. Лазер, в котором применена двуокись углерода, превосходит свои аналоги по безопасности благодаря длине световой волны всего в 10,6 мкм (это конечно относительно безопасно для зрения человека, однако без последствий явной не обойдется). Такой световой пучок менее чувствителен к задымлению и парам воды (туману), а значит, сможет работать даже во время постановки противником дымовой завесы. В придачу, данная длинна волны позволяет составить тандем из дальномера и тепловизора, где лазер можно будет использовать для активной подсветки цели или наведения ракет.

Сегодня наличие микросхем в электронике значительно уменьшает не только вес приборов, но и их габариты. Поэтому карманный лазерный дальномер у стрелка давно не новинка. Отличным примером может послужить чудо норвежской инженерии – дальномер VEGA LP-4. Не смотря на то, что это на сегодня устаревшая модель, в нем очень удачно совместили несколько функций в одной детали, например, фотоприемник так же выполняет роль визора. Несмотря на компактность, дистанция замера у этого малыша составляет три тысячи метров, и это при том, что он чуть больше банки пива.

Сегодня портативные лазерные дальномеры используются не только пехотинцами, но и снайперами. В основном это универсальный прибор, сочетающий в себе бинокль и дальномер или оптический прицел с интегрированной системой измерения расстояний. Информация вы водится на голографический дисплей в углу окуляра (сегодня не требуется сравнивать самостоятельно время импульса с таблицей расстояний, теперь дальномер показывает расстояние сразу, в метрах или ярдах). Лазерный излучатель и фотоприемник имеют компактные размеры (не более пятидесяти миллиметров в диаметре) и имеют низкое энергопотребление, в результате способны произвести до трехсот замеров без замены элементов питания. В качестве фокусированного кристалла используется алюминиево-иттриевый гранат, с модулятором добротности на ниобате лития. Пиковая мощность такого лазера достигает полутора мегаватт.

Не менее распространены дальномеры, интегрированные в индивидуальное стрелковое оружие (например, FN2000) такие дальномеры завязаны на встроенный в оружие компьютер и способны указывать стрелку требуемый угол наклона ствола, для точного гранатометания. Несмотря на это, особой популярностью такие комплексы не пользуются, в силу невысокой надежности и обратно пропорциональной цены. Так же и снайперы, стараются работать с отдельным дальномером, а не интегрированным в прицел. Ведь девиз для любого военного: «чем проще – тем лучше работает».