Премия Рунета-2020
Новосибирск
-14°
Boom metrics
Наука28 января 2015 22:00

Теплый прицел из холодной Сибири

Уникальные тепловизоры создаются в новосибирском Академгородке
Константин ЗАСЛАВСКИЙ
Прицел ТБ-5 понравился и звезде голливудских боевиков Стивену Сигалу. Предоставлено Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники.

Прицел ТБ-5 понравился и звезде голливудских боевиков Стивену Сигалу. Предоставлено Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники.

Когда в 50-х годах прошлого века создавалось Сибирское отделение Академии наук, сразу предполагалось, что одним из основных направлений его деятельности станет работа на отечественную оборонку. И сейчас разработки новосибирских ученых, касающиеся вооружения силовых структур, по многим показателям опережают зарубежные аналоги. В чем же конкретно их преимущества? Чтобы понять это, мы отправились туда, где в тиши кабинетов и лабораторий создаются оптико-электронные системы высочайшего уровня.

ТЕЛЕВИЗОР - ХОРОШО, ТЕПЛОВИЗОР - ЛУЧШЕ!

Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники (КТИМПМ, именно так называется учреждение - колыбель новейших тепловизионных разработок для оборонной промышленности) входит в состав Института физики полупроводников имени академика А. В. Ржанова. Сам ИФП занимается базовой наукой и созданием фотоприемников. В КТИПМ эти фотоприемники превращаются в законченные приборы.

- Основной наш профиль - тепловизоры, - рассказывает заведующий отделом моделирования оптико-электронных приборов КТИПМ Андрей Голицын. - Мы делаем и законченные приборы, и отдельные каналы для сторонних производителей приборов. Кроме этого направления, добились успехов в разработке активно-импульсных лазерных локаторов оптических систем, телевизионных каналов, способных работать при пониженной освещенности, и многоканальных систем на их основе. Ведем также исследования в области оптики. Здесь мы нацелены на создание жидкостных оптических материалов и линз, которые позволят исправить хроматизм оптических систем в широком спектральном диапазоне, что важно, например, для приборов ночного видения, которые сегодня не полностью используют диапазон, доступный электронно-оптическим преобразователям и телевизионным приемным матрицам. Другое преимущество жидкой оптики - дешевый и компактный способ изменить оптическую силу линзы для подфокусировки или смены увеличения, как это делает глаз.

Заведующий отделом моделирования оптико-электронных приборов КТИПМ Андрей Голицын.

Заведующий отделом моделирования оптико-электронных приборов КТИПМ Андрей Голицын.

Фото: Андрей КОПАЛОВ

Главным преимуществом неохлаждаемых стрелковых прицелов КТИПМ является разработанный в институте мощный процессор изображений, использующий принципы реконфигурируемой высокопроизводительной вычислительной архитектуры. Превышая по производительности в десятки раз настольный компьютер, он питается от обычных пальчиковых батареек. Зачем нужен процессор изображений в тепловизоре, если современные видеокамеры прекрасно обходятся и без него?

- Обычная стена имеет температуру примерно 300 градусов по Кельвину, - поясняет Андрей Голицын. - А для нас важно находить разницу в температуре до пяти сотых долей градуса. Тепловизор видит тепловые следы лап кошки, ушедшей пару минут назад, надписи, сделанной пальцем на стене, дыхания на усах. Такие изменения контраста всего на одну пятитысячную долю не увидит ни одна телекамера. Но тепловизионный прицел совсем не нежный научный прибор для лаборатории: в одном кадре может быть и холодное небо (-70 ОС), и раскаленное солнце, а сама цель - находиться на фоне, отличающемся всего на несколько градусов. Прибор, показывающий высокую чувствительность в лабораторных условиях, может оказаться слепым в условиях реальных сцен, ведь 8-битный микродисплей обеспечивает всего 256 градаций цвета. Если просто поделить хотя бы стоградусную сцену на 256, получим температурное разрешение полградуса - то есть в десять раз хуже, чем позволяет приемник. Поэтому делить надо по-умному. Прицел КТИПМ покажет все: и рябь, и солнечную дорожку на холодной воде, и вертолет в полутонах на фоне солнца и облаков. Движущийся транспорт он обнаружит на расстоянии 8 - 10 километров, а человека - за 3 километра.

- Второе наше преимущество - все основные компоненты этого прибора мы делаем сами, - продолжает Андрей Голицын, - в отличие от других производителей, которые поставляют или только камеры, или оптику. Если компоненты не выдерживают жесткие испытания или заказчик просит что-то изменить в интерфейсе или прицельных сетках, сразу возникает проблема. Например, при большом электронном увеличении, производимом от центра экрана, прицельная марка, с введенными баллистическими поправками, выскакивает за пределы поля зрения. Для правильной реализации увеличения от прицельной марки камера должна знать значения и поправок стрельбы, и выверки прицела на оружии, о которых чужая камера ничего не знает. У нас этой проблемы нет. Наш подход обеспечивает надежность: так, испытания прицела ТБ-5 на ресурс в ходе известной работы «Ратник» дважды прерывались из-за выхода из строя тяжелого пулемета калибра 12.7 миллиметра - прицел выдержал.

Оптический прицел ТБ-5. Предоставлено Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники.

Оптический прицел ТБ-5. Предоставлено Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники.

РОЖДЕННЫЕ В НОВОМ ТЫСЯЧЕЛЕТИИ

Тепловизионные и телевизионные прицелы КТИПМ получили полное признание у сотрудников силовых органов. Как, например, неохлаждаемый тепловизионный прицел «Надсмотрщик». Он «видит» на расстоянии до 400 метров, и его используют легкие штурмовые группы.

- Мы производим приборы малыми сериями - порядка сотен штук, - отмечает заведующий сектором Анатолий Гусаченко, главный конструктор «Надсмотрщиков». - Наша специализация - эксклюзивные приборы для профессионалов силовых структур. Серии в тысячи штук - это задача приборостроительного завода.

Еще в 2006 году на вооружение ФСБ, а теперь и в МВД, поступил компактный телевизионный прицел «Носильщик» с нашлемным микродисплеем. Создание прибора, позволяющего вести стрельбу из-за угла, не ставя бойца под удар, было инициировано в 1998 году по просьбе заместителя министра обороны России. Уже через три месяца после начала работы тогдашний директор института Петр Журавлев привез в Минобороны первый макет изделия.

«Носильщик» состоит из прицела, который позволяет видеть человека за 100 метров в широком диапазоне освещенности, нашлемного микродисплея и нарукавного модуля визуализации, позволяющих вести огонь из укрытия или из-за спины бойца со щитом.

Главный конструктор "Надсмотрщиков" Анатолий Гусаченко.

Главный конструктор "Надсмотрщиков" Анатолий Гусаченко.

Фото: Андрей КОПАЛОВ

Еще один прибор обнаружения засад на маршрутах патрулирования разрабатывался для пограничников. Один канал - тепловизионный - обнаруживает теплые предметы на пути следования: людей, животных и транспорт. Второй - лазерный локационный - «замечает» оптику и даст знать, если кто-то лежит в засаде с прицелом. Картинки с двух каналов объединяются в цельное изображение, давая полную картину происходящего в едином масштабе.

- Ни один другой прибор, ни отечественный, ни зарубежный, с такой задачей справиться не может! - гордятся специалисты института.

Тепловизионные охлаждаемые каналы, сделанные в Новосибирске, стоят на вертолетах Ми-24 и Ми-28Н - «Ночном охотнике» - в составе обзорно-прицельной системы Красногорского оптического завода. В этих камерах используются более чувствительные приемники, охлаждаемые жидким гелием, поскольку от вертолетных прицелов требуется обнаруживать и распознавать объекты на более далеком расстоянии - до 5 километров.

Предела совершенству, как известно, нет. Вот и специалисты Конструкторско-технологического института прикладной микроэлектроники продолжают работать над новыми приборами и искать пути усовершенствования уже существующих.

Вот так прицел позволяет увидеть вертолет, летящий на фоне яркого солнца, с расстояния в 600 метров. Предоставлено Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники.

Вот так прицел позволяет увидеть вертолет, летящий на фоне яркого солнца, с расстояния в 600 метров. Предоставлено Конструкторско-технологическим институтом прикладной микроэлектроники.

- Сейчас Институт физики полупроводников завершил работу над новыми охлаждаемыми фотоприемными устройствами большой размерности - с матрицами 640х512 пикселей, - комментирует заместитель директора КТИПМ Сергей Чурилов. - Наши специалисты сделали для этих устройств модули электронной обработки и рассчитали для них оптические системы. Теперь осваивается их производство.

- Что достаточно неожиданно для академического института, разрабатывают приборы довольно молодые сотрудники. Половине электронщиков нет и 30 лет, - говорит Андрей Голицын. - Мы с удовольствием берем выпускников, которые желают заниматься наукой и приносить Родине пользу и для кого требующая высокой квалификации работа сама по себе является мотивацией. У нас есть у кого учиться. К примеру, ведущий электронщик неохлаждаемых прицелов ТБ-5 не только разрабатывает аппаратную часть прицела, включая процессор изображений, но и пишет для него программное обеспечение. А это - три языка, знание «железа», мудреная математика и обработка изображений. Отстрелять прицел для такого электронщика тоже не проблема.

Одна голова хорошо, а чем их больше - тем лучше. Эта народная мудрость действует и при создании тепловизоров. Работу над этими приборами ИФП и КТИПМ ведут в тесном взаимодействии с другими институтами СО РАН - например, с Институтом автоматики и электрометрии, где работает сильный коллектив специалистов в области обработки изображений. С Институтом органической химии и Институтом физики полупроводников ведутся исследования оптических жидкостей. Трудно переоценить помощь специалистов Института специальной техники и связи МВД при испытаниях прицелов в условиях полигона. Подполковник Иван Бутримов внес столько предложений в тепловизионный прицел ТБ-5, что фактически является его соавтором.

Осталось справиться еще с одной проблемой - перейти на использование в тепловизионной технике исключительно отечественных датчиков. Институт физики полупроводников ни на один день не прекращает работу в этом направлении, и есть надежда, что зависимость от Запада в этой области наша промышленность тоже скоро преодолеет.

ИЗ ДОСЬЕ «КП»

Специальное конструкторско-технологическое бюро специальной электроники и аналитического приборостроения (СКТБ СЭиАП) было основано согласно Постановлению Президиума СО АН СССР № 29 от 1 февраля 1980 года на базе Отдела главного конструктора Опытного завода Сибирского отделения. В 1990 году Постановлением того же Президиума № 532 от 22 ноября бюро было преобразовано в Конструкторско-технологический институт прикладной микроэлектроники. В 2005 году КТИПМ был присоединен к Институту физики полупроводников СО РАН в качестве филиала.

Основными направлениями научных исследований института являются: тепловидение, ночное видение, спектрорадиометрия, научное приборостроение.

В состав КТИПМ входят два научно-исследовательских отдела - фотохимических технологий и отдел тепловидения и телевидения и пять тематических отделов: конструирования оптико-электронных приборов, конструирования электронных систем, моделирования оптико-электронных приборов, прикладной оптико-электронной техники и технологий, специального технологического оборудования.

Среди инновационных разработок КТИПМ:

На правах рекламы