Физика в бою

Прежде чем говорить о тех задачах, которые могут быть решены с помощью инфракрасной техники в космосе, остановимся коротко на физических принципах устройства некоторых описанных в зарубежной литературе типичных инфракрасных систем.

Каждая инфракрасная система конструируется для решения определенной задачи. Элементы системы выбираются так, чтобы получить оптимальные условия ее работы в данной спектральной области с максимальной чувствительностью, высокой разрешающей способностью, с учетом характеристик источника излучения, который нужно обнаружить, и вида информации, которую система должна выдавать.

Многие инфракрасные системы пассивные; иными словами, они только принимают излучения от цели. Такие устройства содержат следующие элементы: оптическую систему, приемник или чувствительный элемент, а также электронное устройство для усиления и логической обработки полученного сигнала. Оптические системы большинства инфракрасных устройств состоят из комбинаций линз, зеркал и фильтров и служат, главным образом, для того, чтобы собрать и сфокусировать на приемный элемент поток инфракрасного излучения, приходящий от цели. Наличие фильтров в оптической системе обусловливается необходимостью ограничить нежелательное влияние излучений фона или посторонних источников и тем самым выделить излучение цели.

Один из центральных элементов любой инфракрасной системы — приемник лучистой энергии или чувствительный элемент. Говоря о нем, следует подчеркнуть особую роль физики полупроводников и ее исключительное влияние на инфракрасную технику вообще и на военную инфракрасную технику в частности. В послевоенные годы развитие исследований в области физики твердого тела и полупроводников, а также возросшая роль научного, промышленного и военного применения инфракрасной техники привели к появлению разнообразных чувствительных элементов, область использования которых непрерывно расширяется. Но задача любого приемника инфракрасного излучения — преобразование энергии излучения в электрический сигнал.

Наиболее известные приемники инфракрасного излучения — полупроводниковые фотосопротивления, термоэлементы, болометры, термисторы, термостолбики. Многие из этих приемников работают при комнатной температуре. Некоторые имеют высокую чувствительность лишь при глубоком охлаждении. Рабочая температура многих инфракрасных приемников излучения достигает температуры жидкого азота (77°К), а порой и жидкого гелия (4°К). Таким образом, их применение связано со специфическими вопросами физики низких температур. Выбор приемника инфракрасного излучения производится так, чтобы получить наибольшую чувствительность устройства в заданной спектральной области.

Сигнал с выхода приемника обычно невелик. Для того чтобы извлечь из него информацию и использовать ее, необходимо усилить сигнал и преобразовать его. Это достигается с помощью специальных электронных систем, состоящих из предусилителей, усилителей, устройств формирования и декодирования импульсов, схем совпадения, обратных связей и других. Регистрирующие устройства инфракрасных систем различны. Они определяются целевым назначением самой системы. Для систем тепловой разведки местности регистрирующим устройством может быть электроннолучевая трубка, на которой создается изображение. Для самонаводящихся снарядов выходное устройство — рули управления. У многих систем выходным устройством служит электронное логическое устройство, преобразующее первоначальный сигнал в полезную информацию.

В последние годы зарубежные специалисты пытаются использовать инфракрасные системы и для таких целей, как обнаружение и уничтожение баллистических ракет и спутников в полете, для разведки наземных объектов из космоса по их инфракрасному излучению. Какие выгоды и преимущества, по их мнению, сулит применение инфракрасной техники для выполнения подобных задач?