Aktualny stan i trendy rozwojowe sprzętu do obrazowania termowizyjnego żołnierzy zagranicznych

We współczesnych warunkach wojennych, aby sprostać wymaganiom operacyjnym poszczególnych żołnierzy w walce-zaawansowanej technologicznie, ulepszenie technologiczne indywidualnego sprzętu stało się nieuniknionym wyborem. Jako „oczy” żołnierza muszą posiadać uniwersalne możliwości wizualne w warunkach dziennych, nocnych i przy słabej widoczności, co sprawia, że ​​kamery termowizyjne są preferowanym-sprzętem high-tech dla indywidualnych żołnierzy.

Zastosowanie indywidualnego sprzętu termowizyjnego żołnierza wymaga stosunkowo prostych platform, a wymagane komponenty można kupić na rynku międzynarodowym. Próg rozwoju jest stosunkowo niski, co pozwala wielu krajom na badania i produkcję takiego sprzętu. Kraje zdolne do samodzielnego opracowywania i produkcji podstawowych komponentów takiego sprzętu to: Stany Zjednoczone, Wielka Brytania, Francja, Niemcy, Izrael, Rosja, Japonia, Kanada, Szwecja, Szwajcaria, Holandia, Hiszpania, Turcja, Polska, Bułgaria, Singapur, Korea Południowa i inne.

Obecnie walka piechoty ewoluowała od tradycyjnych modeli, takich jak współpraca jednostek piechoty z pojedynczymi żołnierzami, prosta koordynacja piechoty i artylerii, piechoty i czołgów oraz operacje powietrzne-naziemne, a także niezależne działania pojedynczych żołnierzy, do wspólnych operacji obejmujących różne gałęzie i służby, w tym Siły Powietrzne, Marynarkę Wojenną, lotnictwo wojskowe, Korpus Pancerny i artylerię. Piechota przekształciła się także z jednostki bojowej o bezpośredniej sile ognia w jednostkę odpowiedzialną za pozyskiwanie informacji i prowadzenie działań ogniowych. W tym celu kraje takie jak Stany Zjednoczone i Europa opracowują i wyposażają poszczególnych żołnierzy w sprzęt termowizyjny, który oferuje więcej funkcji i zaawansowane możliwości. Oprócz zwiększania zdolności żołnierzy do walki-i-w nocy, systemy te integrują się z indywidualnymi systemami informacji dla żołnierzy i taktycznymi sieciami internetowymi, aby umożliwić wspólne operacje z innymi oddziałami, służbami i przyjaznymi siłami. Aby sprostać wymaganiom wspólnych operacji, sprzęt do obrazowania termowizyjnego poszczególnych żołnierzy przestał zapewniać jedynie funkcje obserwacji, wyszukiwania i namierzania, stając się wszechstronnymi systemami optoelektronicznymi integrującymi takie funkcje, jak światło widzialne, widzenie w słabym-oświetleniu, grupa laserowa/fuzja laserowa, określanie odległości, obliczenia, transmisja bezprzewodowa i obliczenia kierowania ogniem. Na poziomie aplikacji indywidualny sprzęt termowizyjny ewoluuje w kierunku mikro/małych wielofunkcyjnych kamer termowizyjnych i optoelektronicznych systemów kierowania ogniem zintegrowanych z bronią lekką. Na poziomie systemowym indywidualne urządzenia termowizyjne są stopniowo włączane do systemów bojowych „Żołnierza Przyszłości”, aktywnie rozwijanych przez różne kraje.

1.Rola technologii podczerwieni/obrazowania termowizyjnego

W wojsku technologia termowizyjna/podczerwona spełnia przede wszystkim trzy następujące funkcje:

1)Umożliwia obserwację obrazową, rozpoznanie, obserwację, naprowadzanie i inne operacje w nocy i w warunkach słabej-widoczności. Oferuje duży efektywny zasięg i może przenikać przez lekką mgłę i dym, umożliwiając osiągnięcie „jedno-przezroczystości” poprzez uzyskanie przewagi informacyjnej w całkowitej ciemności lub w warunkach słabej widoczności.

Rysunek 1: Zaleta „jednokierunkowej{{1}przezroczystości” oferowana przez urządzenia do obrazowania na podczerwień/termografię podczas operacji bojowych w całkowitej ciemności

Jak pokazano na rysunku 1, urządzenia do obrazowania na podczerwień/termowizję zapewniają „jedno-przezroczystość” podczas działań bojowych w całkowitej ciemności. W-czarnych warunkach nocnych światło widzialne (Widoczne) nie jest w stanie wygenerować obrazu sceny (po lewej). Jednak jednocześnie i w tym samym miejscu i czasie można uzyskać wyraźne obrazy termowizyjne (termiczne) w-długim widmie podczerwieni, umożliwiające identyfikację personelu, pojazdów, dróg i lasów.

Rysunek 2: Zdolność urządzeń do obrazowania na podczerwień/termowizję do przenikania mgły

Jak pokazano na rysunku 2, urządzenia do obrazowania w podczerwieni/termii mają zdolność przenikania mgły. W mglistych warunkach budynki przed i za wieżą oddalone o 4,9 km (Wieża 4,9 km) są słabo widoczne na zdjęciu w świetle widzialnym (po lewej). Jednak na zdjęciu średniofalowym w podczerwieni (po prawej) zarejestrowanym przez kamerę termowizyjną z antymonkiem indu (InSb) o rozdzielczości 640 × 480 w tym samym czasie i miejscu, budynki te są wyraźnie widoczne.

Rysunek 3: Zdolność urządzeń do obrazowania na podczerwień/termowizję do przenikania gęstego dymu

Jak pokazano na rysunku 3, urządzenia do obrazowania na podczerwień/termowizję mają zdolność przenikania gęstego dymu. Na zdjęciu pomieszczenia w świetle widzialnym z gęstym dymem unoszącym się przez drzwi (po lewej) widoczne są tylko gęsty dym i mgła rozprzestrzeniająca się na zewnątrz domu. Jednak na długofalowym zdjęciu w podczerwieni (po prawej) wykonanym w tym samym czasie i miejscu wyraźnie widoczna jest osoba stojąca w pomieszczeniu, przesłonięta dymem na obrazie w świetle widzialnym, a także szczegóły po lewej stronie domu. To pokazuje, że-długofalowe promieniowanie podczerwone może przenikać przez dym, sprawiając, że zasłonięte przez nie sceny wydają się „przezroczyste”.

2)Biernie odbiera sygnały promieniowania podczerwonego generowane przez różnice temperatur, różnice w emisyjności lub różnice we współczynniku odbicia scen (w tym obiektów i tła) w różnych pasmach podczerwieni lub długościach fal. Ta funkcja umożliwia identyfikację zakamuflowanych celów, postrzeganie statusu celu i wykrywanie celów ukrytych. Dzięki silnemu kamuflażowi i małej podatności na zakłócenia ułatwia osiągnięcie taktycznego zaskoczenia.

Rysunek 4: Zdolność technologii obrazowania w podczerwieni/termografii do identyfikacji zakamuflowanych celów

Jak pokazano na rysunku 4, technologia obrazowania w podczerwieni/termografii umożliwia identyfikację zakamuflowanych celów. Zasada obrazowania przy słabym-oświetleniu opiera się na odbiciu światła widzialnego od powierzchni scen i obiektów w celu tworzenia obrazu. Kiedy odbicia powierzchniowe sceny i obiektów są podobne, identyfikacja staje się trudna (po lewej). Natomiast zasada obrazowania termowizyjnego opiera się na promieniowaniu podczerwonym emitowanym przez sceny i same obiekty. Dopóki istnieją różnice w temperaturze lub emisyjności powierzchni pomiędzy sceną a obiektami, wykrywanie i identyfikacja stają się możliwe. Na długofalowym zdjęciu podczerwonym tego samego czasu i sceny można wyraźnie zidentyfikować osobę stojącą w lesie w kamuflażu (po prawej), ponieważ odzież kamuflażowa nie jest w stanie odtworzyć temperatury i emisyjności powierzchniowej otaczającego środowiska.

Rysunek 5: Zdolność technologii podczerwieni/obrazowania termowizyjnego do postrzegania stanu obiektu

Jak pokazano na rysunku 5, technologia obrazowania w podczerwieni/termii umożliwia postrzeganie stanu celu. Na zdjęciu w świetle widzialnym widać pickupa (po lewej). Na długofalowym obrazie w podczerwieni wykonanym w tym samym czasie i miejscu (po prawej) nie tylko widać pickupa, ale widać również, że jego silnik jest bardzo gorący, a tylne koła grzeją się minimalnie. Oznacza to, że ciężarówka jest zaparkowana, ale jej silnik pracuje na biegu jałowym, a czas parkowania to w przybliżeniu czas potrzebny, aby powierzchnie tylnych kół osiągnęły równowagę termiczną z podłożem.

Rysunek 6: Obraz w podczerwieni przedstawiający farmę zbiorników magazynowych w-falach długich

Jak pokazano na rysunku 6, jest to obraz-w podczerwieni przedstawiający farmę zbiorników magazynowych w podczerwieni. Ciepło oleju ogrzewa dachy zbiorników, powodując, że skala szarości dachów odzwierciedla poziom napełnienia zbiorników. Zbiorniki magazynowe z białym dachem zawierają większą ilość oleju, natomiast te z czarnym dachem zawierają mniej oleju lub są nawet puste.

3) Oferuje zalety, takie jak wysoka precyzja, kompaktowy rozmiar, lekka konstrukcja i niskie zużycie energii, dzięki czemu można go łatwo zintegrować z różnymi systemami i platformami uzbrojenia.

2. Scenariusze działań bojowych poszczególnych żołnierzy

We współczesnych działaniach wojennych typowe scenariusze operacyjne dla sprzętu do obrazowania termowizyjnego poszczególnych żołnierzy obejmują obserwację i rozpoznanie, wyznaczanie celów i naprowadzanie laserowe, celowanie z broni strzeleckiej, operacje snajperskie z-ustalonych stałych pozycji, precyzyjne atakowanie celów za przeszkodami lub w martwych punktach przy użyciu broni strzeleckiej oraz integrację z systemami bojowymi „Żołnierza przyszłości”.

2.1 Obserwacja i rozpoznanie pola bitwy

Pojedynczy żołnierze używają przenośnych kamer termowizyjnych do obserwacji i rozpoznania w nocy i w warunkach słabej-widoczności, można je także wykorzystać do wykrywania zakamuflowanych celów. W rzeczywistości kamery termowizyjne są równie skuteczne podczas pracy w ciągu dnia. Jeśli przenośna kamera termowizyjna jest stosunkowo ciężka, można ją zamontować na statywie, aby zapewnić stabilną pracę (jak pokazano na rysunku 7).

Rysunek 7: Ręczny dalmierz laserowy z kamerą termowizyjną „Sych-4” na wyposażeniu armii rosyjskiej

Jak pokazano na rysunku 7, ręczny dalmierz laserowy-termowizor „Sych-4” będący na wyposażeniu armii rosyjskiej charakteryzuje się konstrukcją umożliwiającą montaż na statywie, co jest charakterystyczne dla systemów przenośnych.

2.2 Wyznaczanie celu i wskazówki dotyczące uderzeń

Oprócz obserwacji i rozpoznania, ręczne kamery termowizyjne (rysunek 8) można również zintegrować z takimi komponentami, jak urządzenia do pomiaru kąta, satelitarne systemy pozycjonowania, dalmierze laserowe i laserowe wskaźniki celu (rysunek 9). Ta kombinacja umożliwia określenie współrzędnych kątowych i odległości celu, umożliwiając naprowadzanie pół{3}}precyzyjnej amunicji laserowej-naprowadzanej w celu dokładnego rażenia celów o dużej-wartości.

 Rysunek 8 Żołnierz może stabilnie używać ręcznej kamery termowizyjnej do obserwacji i rozpoznania, trzymając ją obiema rękami. Zdjęcie przedstawia francuską ręczną kamerę termowizyjną „Sophie”.

Rysunek 9 Ręczna kamera termowizyjna „Sophie”.

Jak pokazano na rysunku 9, ręczną kamerę termowizyjną „Sophie” (po prawej) można zintegrować z takimi urządzeniami, jak przyrząd do pomiaru kąta, satelitarny system pozycjonowania, dalmierz laserowy i laserowy wskaźnik celu. Ta kombinacja umożliwia żołnierzom na pierwszej linii frontu prowadzenie rozpoznania, określanie pozycji celów i naprowadzanie pół{2}}aktywnej, precyzyjnej amunicji laserowej-naprowadzanej w celu uderzenia-celi punktowych o dużej wartości.

2.3 Operacje specjalne i walka nocna

Kamery termowizyjne-montowane na hełmach nie tylko zaspokajają potrzeby żołnierzy w zakresie obserwacji i rozpoznania w nocy (a także w dzień) i w warunkach słabej-widoczności, ale także uwalniają im ręce do obsługi broni i sprzętu, np. celowania i strzelania z broni strzeleckiej lub prowadzenia pojazdów. Aby zwiększyć dokładność strzelania żołnierzy, na broni palnej można zamontować wskaźnik laserowy emitujący światło lasera w bliskiej-podczerwieni (np. o długości fali 808 nm). Jednocześnie kamera termowizyjna-montowana na hełmie zawiera moduł noktowizyjny-przy słabym oświetleniu (rysunek 10). Dzięki temu żołnierze widzą punkt-bliskiej podczerwieni rzucany przez wskaźnik laserowy broni palnej na cel poprzez obraz modułu noktowizyjnego-w słabym świetle, skutecznie celując w cel i umożliwiając mu oddanie strzału. Ta metoda celowania nazywana jest celowaniem pośrednim.

Rysunek 10 Amerykański monokularowy noktowizor AN/PVS-20 montowany na hełmie

Jak pokazano na rysunku 10, jest to amerykański monokularowy noktowizor AN/PVS-20-montowany na hełmie. Zawiera dwa moduły w jednej obudowie: moduł noktowizyjny przy słabym świetle (na górze) i niechłodzony termowizor na podczerwień-o długich falach (na dole). Gdy nie jest używany, całe urządzenie można obrócić do góry. Konstrukcja ta uwzględnia potrzebę uwolnienia rąk żołnierza i umożliwia obserwację w nocy i w warunkach słabej{{12}widoczności. Broń żołnierza wyposażona jest w zintegrowany wskaźnik laserowy, co w połączeniu z modułem noktowizyjnym przy słabym oświetleniu ułatwia pośrednie celowanie i precyzyjne strzelanie.

2.4 Celowanie i strzelanie z broni strzeleckiej

Istnieją dwa główne czynniki, które przyczyniają się do poprawy celności broni strzeleckiej z celownikami optycznymi:

Lepsza widoczność-Soczewka obiektywu celownika optycznego ma aperturę mniej więcej o rząd wielkości większą niż oko ludzkie, dzięki czemu może zebrać więcej energii fotonów i wygenerować jaśniejszy obraz.

Poprawiona przejrzystość i pomiar odległości-Celowniki optyczne zapewniają powiększenie (zwykle około 8×) i są wyposażone w siatki mil-do pomiaru odległości do celu, umożliwiając wprowadzanie korekt w oparciu o tabele balistyczne.

Lunety termowizyjne (rysunki 11 i 12) oprócz funkcjonalności celowników optycznych spełniają wyzwania związane z obserwacją, celowaniem i precyzyjnym strzelaniem w nocy (a także w dzień) i w warunkach słabej-widoczności.

Rysunek 11 Pistolet maszynowy MP7 wyposażony jedynie w celownik termowizyjny, pozwalający żołnierzowi na prowadzenie precyzyjnego ostrzału celów zarówno w dzień, jak i w nocy.

Rysunek 12 Celownik termowizyjny stosowany w połączeniu z celownikiem optycznym, umożliwiający żołnierzowi prowadzenie precyzyjnego strzelania do celów zarówno w dzień, jak i w nocy.

W nocy lub w warunkach słabej{{0}widoczności (takich jak dym, kurz, mgła, mgła itp.) ludzkie oko nie widzi celów, co uniemożliwia pojedynczym żołnierzom korzystanie z celowników optycznych zamontowanych na broni strzeleckiej do wyszukiwania, celowania i strzelania. Dlatego też, jeśli dostępna jest możliwość obserwacji i poszukiwania celów zarówno w dzień, jak i w nocy, a także w warunkach słabej-widoczności, można zwiększyć skuteczność bojową poszczególnych żołnierzy.

Do broni strzeleckiej wyposażonej przez poszczególnych żołnierzy zaliczają się karabiny szturmowe, pistolety maszynowe, lekkie karabiny maszynowe, karabiny snajperskie (ryc. 13), wyrzutnie rakiet, karabiny bezodrzutowe (ryc. 14, 15), przenośne systemy rakiet przeciw-czołgowych (ryc. 16) i-lotnicze systemy rakietowe (ryc. 17). Ponieważ cele operacyjne i zasięg działania różnych broni strzeleckich są różne, opracowano celowniki termowizyjne do broni lekkiej, średniej i ciężkiej, aby były z nimi kompatybilne.

Rysunek 13 Trzy-osobowy zespół bojowy armii francuskiej

Jak pokazano na rysunku 13, ten obraz przedstawia-trzyosobową drużynę bojową armii francuskiej. Jeden z żołnierzy jest wyposażony w karabin snajperski kalibru FR-F2 7.62 mm wyposażony w lunetę snajperską obserwacyjną-„Sword”, zdolną do precyzyjnego niszczenia celów w promieniu 800 metrów. Inny żołnierz jest uzbrojony w lekki karabin maszynowy „Minimi” wyposażony w celownik termowizyjny, zapewniający stłumienie celów w promieniu 1000 metrów. Trzeci żołnierz dzierży karabin szturmowy „FAMAS”, którego zadaniem jest osłona snajpera i strzelca maszynowego.

Rysunek 14. Karabin bezodrzutowy „Carl Gustav”.

Jak pokazano na rysunku 14, zdjęcie po lewej stronie przedstawia odmianę M3 bezodrzutowego karabinu „Carl Gustav” wyposażoną we francuski celownik termowizyjny „Sword” dzienny-i-nocny. Taka konfiguracja umożliwia namierzanie i strzelanie zarówno w dzień, jak i w nocy, a także w warunkach słabej-widoczności.

Rysunek 15. Karabin bezodrzutowy M3 „Carl Gustav” wyposażony w celownik optyczny.

Rysunek 16 FGM-148 Przenośny przeciwpancerny system rakietowy „Javelin”

Jak pokazano na rysunku 16, system kierowania ogniem (jednostka dowodzenia) przenośnego przeciwpancernego systemu przeciwrakietowego-FGM-148 „Javelin” wykorzystuje długofalowy celownik termowizyjny na podczerwień-z technologią obrazowania skanującego. Umożliwia to namierzanie celu zarówno w warunkach dziennych, jak i nocnych, a także w warunkach słabej widoczności, ułatwiając obliczenia i programowanie parametrów odpalenia rakiety.

Rysunek 17 FIM-92 Przenośny system rakiet przeciwlotniczych „Stinger”

Jak pokazano na rysunku 17, przenośny przeciwlotniczy system przeciwrakietowy-92 „Stinger”-jest wyposażony w celownik termowizyjny AN/PAS-18, umożliwiający czujnikowi podczerwieni pocisku namierzanie celów przed wystrzeleniem zarówno w dzień, jak i w nocy, a także w środowiskach o słabej widoczności.

Aby zmaksymalizować skuteczność celowników termowizyjnych, ich zasięg operacyjny powinien przekraczać lub co najmniej dorównywać zasięgowi broni strzeleckiej, z którą są sparowane. W związku z tym celowniki termowizyjne dzieli się zwykle na trzy typy w zależności od ich zasięgu działania: celowniki termowizyjne do broni lekkiej (LWTS), celowniki termowizyjne do broni średniej (MWTS) i celowniki termowizyjne do broni ciężkiej (HWTS). Przykładem jest seria celowników termowizyjnych AN/PAS-13E (ryc. 18) wyprodukowana przez firmę Raytheon w Stanach Zjednoczonych.

Rysunek 18 Niechłodzone celowniki termowizyjne serii AN/PAS-13E wyprodukowane przez firmę Raytheon ze Stanów Zjednoczonych

Jak pokazano na rysunku 18, seria niechłodzonych celowników termowizyjnych AN/PAS-13E wyprodukowanych przez firmę Raytheon w Stanach Zjednoczonych obejmuje lekkie (LWTS), średnie (MWTS) i ciężkie (HWTS) niechłodzone celowniki termowizyjne poprzez zastosowanie różnych soczewek optycznych na podczerwień i niechłodzonych detektorów płaszczyzny ogniskowej podczerwieni. Celowniki te charakteryzują się podwójnym polem widzenia i funkcją 3-krotnego zoomu elektronicznego, dzięki czemu nadają się do stosowania z różnymi rodzajami broni strzeleckiej o różnych skutecznych zasięgach. Oprócz tego, że służą jako celowniki termowizyjne, mogą być również używane samodzielnie jako ręczne kamery termowizyjne.

2.5 Operacje snajperskie

Operacje snajperskie odnoszą się do metody walki, w której piechota używa karabinów snajperskich do przeprowadzania precyzyjnych ataków na cele w zasięgu ich wzroku, zwykle w odległości około 1000 metrów. Na przykład 11 listopada 2012 r. w ciągu dnia snajper armii brytyjskiej z powodzeniem wyeliminował dwóch żołnierzy talibów z odległości-mierzonej przez GPS 2475 metrów, używając karabinu snajperskiego L115A3. Jednak prowadzenie działań snajperskich w warunkach dziennych, nocnych lub przy słabej widoczności wymaga użycia celownika termowizyjnego (Rysunek 19). Skuteczność namierzania celu za pomocą samego celownika termowizyjnego karabinu snajperskiego jest ograniczona. Dlatego snajperzy często korzystają z ręcznej kamery termowizyjnej przy wyszukiwaniu celów, dostarczaniu wskazówek dotyczących kierunku i mierzeniu odległości.

Rysunek 19 Scenariusz dwuosobowego-zespołu przeprowadzającego operację snajperską

Jak pokazano na rysunku 19, w scenariuszu z dwu-osobową drużyną snajperską snajper (po lewej) używaWysoce-wydajny współosiowy celownik termowizyjny do karabinu snajperskiego (HISS-XLR), co ma ograniczoną skuteczność w wyszukiwaniu celów. Dlatego obserwator (po prawej) wykorzystuje:Ręczna kamera termowizyjna Recon Vdo wyszukiwania celów, zapewniania wskazówek dotyczących azymutu i pomiaru odległości.

2.6 Celowanie optoelektroniczne – Dalmierz laserowy – System kierowania ogniem dla broni strzeleckiej

Obecnie istnieje również zapotrzebowanie na wyposażanie broni strzeleckiej w amunicjęoptoelektroniczny system celowniczy – dalmierz laserowy – system kierowania ogniem. Głównym powodem jest to, że wraz ze wzrostem odległości walki (np. powyżej 2000 metrów) skuteczność walki opierająca się wyłącznie na ludzkiej obserwacji i celowaniu znacznie maleje. Broń ręcznaoptoelektroniczny system celowniczy – dalmierz laserowy – system kierowania ogniem(Rysunki 20, 21) nie tylko zaspokaja potrzeby żołnierzy w zakresie obserwacji i precyzyjnego wyznaczania odległości w nocy (i w dzień) oraz w niesprzyjających warunkach pogodowych/{2}}słabej widoczności, ale także rozwiązuje obliczenia i wyświetlanie parametrów ostrzału. Umożliwia to nawet zwykłym żołnierzom prowadzenie precyzyjnego strzelania z broni strzeleckiej, co czyni ją kluczowym elementem indywidualnego systemu żołnierza.

Rysunek 20 Automatyczny granatnik 40 mm armii amerykańskiej MK-47 „Striker”.

Jak pokazano na rysunku 20, 40-milimetrowy automatyczny granatnik MK-47 „Striker” armii amerykańskiej jest bronią-do zwalczania obszarowego o efektywnym zasięgu 2200 metrów. Jest wyposażony w lekki celownik wideo AN/PWG-1, który łączy kamerę telewizyjną, noktowizor-przy słabym oświetleniu{15}}trzeciej generacji, dalmierz laserowy, komputer balistyczny i wyświetlacz. Wraz z celownikiem termowizyjnym AN/PAS-13 (na górze po lewej) tworzy kompletny rozproszony optoelektroniczny system celowania, dalmierza laserowego i kierowania ogniem.

Rysunek 21 Granatnik XM25

Jak pokazano na rysunku 21, granatnik XM25 wykorzystuje zintegrowany optoelektroniczny system celowania, dalmierza laserowego i kierowania ogniem. System ten umożliwia obliczanie i wyświetlanie parametrów ognia, umożliwiając zwykłym żołnierzom prowadzenie-precyzyjnego strzelania z broni ręcznej w nocy (a także w dzień) i przy słabej-widoczności.

Kiedy system kierowania ogniem broni strzeleckiej składa się z celownika z „trzema-optykami”, strzelec może wykrywać i identyfikować cele za pomocą kanałów widzialnych i podczerwonych, mierzyć odległość za pomocą dalmierza laserowego, a dane przetwarzać w komputerze balistycznym w celu wygenerowania parametrów strzelania. Punkt celowania jest następnie wyświetlany bezpośrednio na ekranie, co pozwala nawet zwykłym żołnierzom osiągnąć-precyzyjność strzelania porównywalną z profesjonalnymi snajperami.

W 2014 roku Departament Obrony Stanów Zjednoczonych (DARPA) zainicjował program Computational Weapon Optic (CWO) mający na celu opracowanie „Super Smart Scope” (3S). Luneta ta jest wyposażona w zaawansowane funkcje obrazowania termowizyjnego i noktowizyjnego, które zwiększają świadomość sytuacyjną i precyzję celowania (Rysunek 22). Integruje także między innymi komputer balistyczny, oprogramowanie Applied Ballistics i funkcje synchronizacji radiowej.

Rysunek 22 Opracowanie przez Departament Obrony Stanów Zjednoczonych „Super Inteligentnego Lunety” w ramach programu Computational Weapon Optic (CWO)

Jak pokazano na rysunku 22, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych w ramach programu Computational Weapon Optic (CWO) opracowuje „Super Smart Scope”. Luneta ta łączy w sobie wiele funkcji, w tym światło widzialne, widzenie w słabym świetle, obrazowanie termowizyjne, dalmierz laserowy, komputer balistyczny z oprogramowaniem Applied Ballistics i synchronizację radiową. Umożliwia to nawet zwykłym żołnierzom prowadzenie-precyzyjnego strzelania, podobnego do tego, jaki wykonują zawodowi snajperzy.

Aby osiągnąć precyzyjne strzelanie do celów znajdujących się w zasięgu wzroku lub za przeszkodami z broni strzeleckiej, niezbędne jest uzyskanie dokładnych pomiarów odległości do celu. Dlatego optymalnym wyborem staje się zintegrowanie dalmierza laserowego z celownikiem termowizyjnym. Po zmierzeniu odległości celu można obliczyć parametry strzelania, co pozwala na naturalną ewolucję celownika termowizyjnego w elektro-optyczny system kierowania ogniem broni strzeleckiej. Dzięki takiemu zintegrowanemu elektro-optycznemu systemowi kierowania ogniem broni strzeleckiej zwykli żołnierze mogą także prowadzić precyzyjne strzelanie zarówno do celów-w-widoczności, jak i do celów znajdujących się-zasięgu wzroku{8}}. W tym celu Stany Zjednoczone opracowały „System kontroli-ognia w dzień i w nocy” (TA D/N FCS) dla granatnika XM25. Jego prototyp został pierwotnie opracowany dla-wycofanego już systemu XM29 „Objective Individual Combat Weapon System” (OICW), jak pokazano na rysunku 23.

Rysunek 23 XM29 „Obiektywny system indywidualnej broni bojowej” (OICW), pionier w globalnym rozwoju indywidualnej broni żołnierza

Jak pokazano na rysunku 23, „Objective Individual Combat Weapon System” (OICW) XM29, który wyznacza światowe trendy w rozwoju broni dla pojedynczego żołnierza, składa się głównie z trzech głównych komponentów: karabinu szturmowego małego-kalibru 5,56 mm (dolny), automatycznego granatnika 20 mm (w środku) i zintegrowanego elektro-optycznego systemu kierowania ogniem (na górze).

„System kierowania ogniem-namierzającym cel w dzień i w nocy” (TA D/N FCS) składa się z celownika w świetle widzialnym, niechłodzonego modułu termowizyjnego, dalmierza laserowego/laserowego znacznika plamki, czujników temperatury i ciśnienia, komputera balistycznego oraz-urządzenia do ustawiania zapalnika. Obraz wideo z obrazu termowizyjnego jest wyświetlany na celowniku w świetle widzialnym przez lustro, a dane, takie jak pomiary odległości laserem, krzyże nitkowe i punkty korekcji celowania, są nakładane na mikro-wyświetlacz modułu termowizyjnego w celu obserwacji żołnierza. Konstrukcja ta spełnia wymagania dla działań bojowych w dzień i w nocy, jak pokazano na rysunku 24.

Rysunek 24 Wojsko amerykańskie rozmieściło na teatrze działań w Afganistanie granatnik XM25 wyposażony w „System kontroli-namierzania celu w dzień/noc” (TA D/N FCS) w teatrze działań w Afganistanie w celu sprawdzenia jego działania.

Wojsko amerykańskie zintegrowało „System kontroli ognia-w dzień i w nocy” (TA D/N FCS) z granatnikiem XM25. Podczas działania żołnierz ustawia środek celownika względem punktu celowania celu, dokonuje namierzania laserowego, dobiera żądaną odległość serii względem celu, a system automatycznie przed wystrzeleniem programuje zapalnik granatu z obliczonymi parametrami strzału. Łącząc się z zewnętrznym odbiornikiem GPS w celu uzyskania współrzędnych celu, system umożliwia precyzyjne uderzenia w cele znajdujące się za przeszkodami.

Jeśli celownik z „potrójną-optyką” zostanie połączony z elektrycznie sterowanym uchwytem i łączem sterującym, może stworzyć zdalnie-sterowane stanowisko uzbrojenia karabinu snajperskiego. Eliminuje to potrzebę pozostawania żołnierzy w ukryciu-w określonych pozycjach przez dłuższy czas, umożliwiając im prowadzenie działań snajperskich z bezpiecznego miejsca, jak pokazano na rysunku 25. Celownik z „potrójną-optyką” jest kluczowym elementem przyszłych systemów uzbrojenia dla poszczególnych żołnierzy, umożliwiającym zarówno bezpośrednie celowanie i strzelanie przez celownik termowizyjny, jak i pośrednie celowanie i strzelanie za pośrednictwem ekranu wyświetlacza.

Rysunek 25: Połączenie celownika z „potrójną-optyką” z elektrycznie sterowanym uchwytem i łączem sterującym w celu utworzenia zdalnie{{2}sterowanego stanowiska do karabinu snajperskiego

Jak pokazano na rysunku 25, zintegrowanie celownika z „potrójną-optyką” z elektrycznie sterowanym mocowaniem i złączem sterującym umożliwia utworzenie zdalnie-sterowanego stanowiska uzbrojenia karabinu snajperskiego. Eliminuje to potrzebę pozostawania żołnierzy w ukryciu-w ustalonych pozycjach przez dłuższy czas, umożliwiając im prowadzenie operacji snajperskich z bezpiecznego miejsca. W przedstawionym systemie zdalnie-sterowane stanowisko karabinu snajperskiego-wielkokalibrowego wykorzystuje architekturę rozproszoną dla celownika z potrójną-optyką.

2.7 System walki „Żołnierz przyszłości”.

System walki „Żołnierz Przyszłości” to zintegrowany, zinformatyzowany system wyposażenia poszczególnych żołnierzy. Łącząc się z Internetem taktycznym, przekształca żołnierza w węzeł informacyjno-bojowy w ramach szerszej sieci operacyjnej. System ten pozwala sprostać wyzwaniom, takim jak świadomość sytuacyjna na polu bitwy, planowanie operacyjne, skoordynowane/wspólne prowadzenie działań bojowych oraz wsparcie logistyczne, maksymalizując jednocześnie skuteczność bojową broni poszczególnych żołnierzy. W niemieckim programie „Nowy żołnierz przyszłości” „GLADIUS” system obejmuje osiem typów sprzętu termowizyjnego (rysunek 26).

Rysunek 26 Niemiecki program nowego żołnierza przyszłości „GLADIUS”.

Jak pokazano na rysunku 26, skład systemu niemieckiego programu „Nowy Żołnierz Przyszłości” „GLADIUS” obejmuje system podstawowy obejmujący „gogle noktowizyjne z modułem podczerwieni”, sprzęt rozpoznawczy składający się z trzech typów kamer termowizyjnych oraz wyposażenie dodatkowe do broni (celowniki termowizyjne) składające się z siedmiu modeli skonfigurowanych do sześciu rodzajów broni strzeleckiej.

Francuski system walki „Żołnierz przyszłości” znany jest jako„Zintegrowany system wyposażenia i łączności piechoty (FELIN)”,który obejmuje również wiele modeli sprzętu do obrazowania termowizyjnego. Ten system obsługuje obakoordynacja i wspólne działania poszczególnych żołnierzy(Rysunki 27–29) iwspólne operacje poszczególnych żołnierzy i innych oddziałów wojskowych. Przykłady obejmują wyznaczanie celów na polu bitwy i kierowanie siłą ognia z powietrza lub atakami artyleryjskimi w celu precyzyjnego ataku na cele.

Rysunek 27 Francuski system indywidualnej broni żołnierza FELIN

Jak pokazano na rysunku 27, celownik z „potrójną-optyką” jest kluczowym elementem przyszłych systemów uzbrojenia dla poszczególnych żołnierzy. Zdjęcie przedstawia francuski system uzbrojenia indywidualnego żołnierza FELIN, w którym żołnierz może podczas celowania obsługiwać celownik termowizyjny za pomocą przycisków znajdujących się na przednim chwycie karabinu szturmowego.

Rysunek 28 Celownik termowizyjny francuskiego systemu indywidualnego żołnierza FELIN

Jak pokazano na rysunku 28, obrazy termowizyjne z celownika termowizyjnego francuskiego systemu indywidualnego żołnierza FELIN można przesyłać do wyświetlacza-montowanego na hełmie, umożliwiając żołnierzom pośrednie celowanie i strzelanie z karabinu szturmowego FAMAS.

Rysunek 29 Francuski system walki „Żołnierz przyszłości”.

Jak pokazano na rysunku 29, jest to scenariusz operacyjny francuskiego systemu walki „Żołnierz przyszłości”-systemu „Zintegrowanego wyposażenia i łączności piechoty” (FELIN). Żołnierz leżący na ziemi używa do obserwacji ręcznej kamery termowizyjnej „JIM MR”, kierując innego żołnierza stojącego za drzewem w celu osłony, aby atakował cele za pomocą karabinu szturmowego „FAMAS” wyposażonego w celownik dzienny-i-„Sword” „Sword”.

Uproszczona wersja systemu walki „Żołnierza przyszłości” umożliwia realizację koncepcji „zobacz i strzel” poprzez integrację celowników termowizyjnych z wyświetlaczami-montowanymi na hełmach. Dzięki temu żołnierze mogą atakować cele bez konieczności podnoszenia i celowania z karabinu (ryc. 30 i 31). W środowisku miejskim lub w dżungli, gdzie widoczność jest często słaba lub pole widzenia ograniczone, cele mogą pojawiać się z bliskiej odległości, pozostawiając niewiele czasu na tradycyjne celowanie. Dzięki temu systemowi żołnierze mogą strzelać, gdy tylko zobaczą cel,-naprawdę osiągając efekt „zobacz i strzel”.

 Rysunek 30 Integracja celownika termowizyjnego z wyświetlaczem-montowanym na hełmie w celu osiągnięcia efektu „Zobacz, strzel”

Rysunek 31 Integracja celowników termowizyjnych z wyświetlaczami-montowanymi na hełmie umożliwia „zobacz i strzel” w przypadku ognia z ciężkiego karabinu maszynowego.

Indywidualny sprzęt termowizyjny w Stanach Zjednoczonych

Wojsko amerykańskie kładzie duży nacisk na zwiększanie zdolności operacyjnych poszczególnych żołnierzy. Znajduje to odzwierciedlenie nie tylko w rozwoju i produkcji różnorodnej broni strzeleckiej dostosowanej do różnych celów, ale także w szerokiej gamie sprzętu termowizyjnego dla indywidualnych żołnierzy. Obejmuje to między innymi przenośne kamery termowizyjne, ręczne kamery termowizyjne, celowniki termowizyjne do broni strzeleckiej, celowniki termowizyjne z klipsem{{4}, monokulary do kamer termowizyjnych, lornetki do kamer termowizyjnych, kamery termowizyjne-z klipsami i kamery termowizyjne-montowane na hełmie.

Postęp technologii termowizyjnej drugiej-generacji w Stanach Zjednoczonych przezwyciężył ograniczenia narzucone przez rozmiar, wagę, koszt i niezawodność technologii termowizyjnej pierwszej-generacji. W rezultacie amerykański sprzęt do obrazowania termowizyjnego osiągnął-wiodące na świecie poziomy we wszystkich aspektach, w tym różnorodności strukturalnej, różnorodności modeli, wydajności funkcjonalnej, skali wdrożenia i praktycznego zastosowania operacyjnego. Główne przejawy tego przywództwa są następujące:

1) Pokrycie trzech okien transmisji atmosferycznej
Wojsko amerykańskie opracowało i wdrożyło indywidualne kamery termowizyjne z zakresami odpowiedzi widmowej obejmującymi wszystkie trzy okna transmisji atmosferycznej: podczerwień{{2}krótkofalowa (1 μm–2,5 μm), podczerwień średnio-(3 μm–5 μm) i-podczerwień długofalowa (8 μm–14 μm).

2) Równoległy rozwój wielu ścieżek technologicznych
Aby zapewnić powodzenie programu indywidualnych kamer termowizyjnych drugiej-generacji, Stany Zjednoczone realizowały strategię równoległego rozwoju wielu ścieżek technologicznych. Jeśli chodzi o metody obrazowania, podejścia obejmują optomechaniczne obrazowanie skaningowe, elektroniczne obrazowanie skaningowe i obrazowanie wpatrywania się. Jeśli chodzi o detektory płaszczyzny ogniskowej podczerwieni, udoskonalono zarówno typy chłodzone, jak i niechłodzone. Z punktu widzenia materiałów detektorowych, wykorzystano materiały-typu kwantowego, takie jak tellurek rtęci i kadmu (HgCdTe), antymonek indu (InSb), krzemek platyny (Pt:Si), selenek ołowiu (PbSe) i arsenek indu-galu/arsenek galu (In₁₋ₓGaₓAs/GaAs), a także materiały-termiczne, takie jak tytanian strontu baru (BST), ceramika z tytanianu cyrkonu ołowiu (PZT), tlenek wanadu (VOₓ) i cienkie warstwy amorficznego krzemu (-Si). Historycznie rzecz biorąc, jako pierwsza została opracowana najbardziej dojrzała technologia-6-stopniowa chłodnica termoelektryczna-chłodzony 40×16-elementów HgCdTe TDI detektor płaszczyzny ogniskowej z optomechanicznym obrazowaniem skaningowym-, która znalazła zastosowanie w produkcji i wdrożeniu na dużą skalę. Technologia niechłodzonego detektora płaszczyzny ogniskowej, która niosła ze sobą pewne ryzyko techniczne, została przyjęta do produkcji i wdrożenia na dużą skalę dopiero po osiągnięciu dojrzałości.

3)Dwa podejścia technologiczne do niechłodzonych układów ogniskowych w podczerwieni o długich-falach

Aby utrzymać światową pozycję lidera w technologii obrazowania termowizyjnego, pod koniec lat 80. Stany Zjednoczone rozpoczęły tajne badania i prace rozwojowe nad niechłodzoną technologią-podczerwonej płaszczyzny ogniskowej (FPA) o długich falach. Aby zapewnić powodzenie tej technologii, w USA zastosowano dwa równoległe podejścia technologiczne: hybrydową technologię ferroelektryczną FPA i zintegrowaną technologię mikrobolometru-typu tlenku wanadu (VOx) FPA. Na początku lat 90., kiedy odtajniono wyniki tych badań, osiągnięto przełomy w obu technologiach niechłodzonych FPA-ferroelektrycznych wykorzystujących materiały ceramiczne z tytanianu strontu baru (BST) i typu mikrobolometrycznego wykorzystujących cienkie warstwy tlenku wanadu (VOx). Pomyślnie opracowano,-masowo wyprodukowano i wdrożono kamery termowizyjne wykorzystujące te dwa typy niechłodzonych FPA, co dało Stanom Zjednoczonym przewagę przez około 15 lat w technologii niechłodzonego obrazowania termowizyjnego. Następnie pomyślnie opracowano technologię FPA niechłodzonej,-podczerwonej podczerwieni, opartą na cienkich-materiałach z krzemu amorficznego ({14}}Si), a odpowiednie kamery termowizyjne weszły do ​​masowej produkcji i wdrożenia. Obecnie technologie FPA niechłodzone ferroelektrykami, tlenkiem wanadu i krzemem amorficznym reprezentują trzy główne podejścia.

4) Opracowanie pięciu generacji niechłodzonych układów płaszczyzn ogniskowych

Aby utrzymać wiodącą pozycję w technologii obrazowania termowizyjnego poszczególnych żołnierzy, Stany Zjednoczone stale rozwijają pięć generacji niechłodzonej technologii FPA (patrz rysunek 1), charakteryzujących się formatem detektora i rozstawem pikseli:

Pierwsza generacja: Rozstaw pikseli 51 μm × 51 μm, w formatach takich jak 320 × 240.

Druga generacja: Rozstaw pikseli w zakresie od 25 μm do 35 μm, w formatach obejmujących 320 × 240, 160 × 120 i 640 × 480/512.

Trzecia generacja: Rozstaw pikseli 17 μm × 17 μm, w formatach takich jak 320 × 240, 640 × 480/512 i 1024 × 768.

Czwarta generacja: Rozstaw pikseli 12 μm × 12 μm, w formatach 206 × 156, 320 × 240, 640 × 480/512 i 1024 × 768.

Piąta generacja: Rozstaw pikseli 5 μm × 5 μm, w formatach takich jak 1280 × 720.

Przez te generacje równoważna różnica temperatur szumu (NETD) niechłodzonych FPA poprawiła się z około 100 mK w pierwszej generacji do zaledwie 10 mK w najnowszej generacji (przy zachowaniu apertury względnej około f/1).

Stany Zjednoczone opracowały kompleksową gamę specyfikacji matrycy płaszczyzny ogniskowej (FPA), w tym:

160 × 120 (ćwierć VGA)

320 × 240/256 (format połowa TV lub połowa VGA)

640 × 480 (pełny format telewizyjny lub VGA)

1024 × 768 (format telewizyjny-Quasi-High Definition, czyli QXGA)

1920 × 1080 (format telewizji wysokiej rozdzielczości lub HDTV).

Rysunek 1 Ciągły rozwój pięciu generacji niechłodzonych technologii matryc ogniskowych w Stanach Zjednoczonych

Jak pokazano na rysunku 1, aby zapewnić sobie wiodącą pozycję w technologii obrazowania termowizyjnego poszczególnych żołnierzy, Stany Zjednoczone stale rozwijają pięć generacji technologii niechłodzonej matrycy płaszczyzny ogniskowej (FPA). Rysunek ilustruje ewolucję technologiczną od 1996 do 2012 roku.

5) Rozwój wspólnych komponentów, modułów i kompletnych systemów do obrazowania termowizyjnego indywidualnego żołnierza

Stany Zjednoczone jednocześnie opracowały wspólne komponenty, wspólne moduły i kompletne, wspólne systemy do obrazowania termowizyjnego poszczególnych żołnierzy. Oprogramowanie do przetwarzania obrazu zostało zaprojektowane tak, aby było-możliwe do konfiguracji i dostosowywania przez użytkownika, co znacznie zmniejsza rozmiar, wagę i zużycie energii. Podejście to skutecznie spełnia ograniczenia dotyczące rozmiaru, wagi i mocy (SWaP) kamer termowizyjnych poszczególnych żołnierzy.

6)Zróżnicowane formy indywidualnych kamer termowizyjnych
Rozwój niechłodzonych wspólnych komponentów i modułów do obrazowania termowizyjnego obniżył bariery techniczne w badaniach, rozwoju i produkcji indywidualnych kamer termowizyjnych. Umożliwia to małym i średnim firmom projektowanie i produkcję szerokiej gamy urządzeń, w tym przenośnych kamer termowizyjnych, ręcznych kamer termowizyjnych, jednookularowych celowników termowizyjnych, dwuokularowych celowników termowizyjnych, celowników termowizyjnych i kamer termowizyjnych-montowanych na hełmach. Liczba dostępnych modeli przekracza 100, zwiększając jednocześnie niezawodność, żywotność i użyteczność taktyczną tych systemów.

7)Rozwój wszechstronnego oprogramowania aplikacyjnego dla indywidualnych kamer termowizyjnych
Dla poszczególnych kamer termowizyjnych opracowano i wdrożono zaawansowane i bogate w funkcje oprogramowanie-. Obejmują one różne tryby korekcji nie-jednorodności, wiele opcji siatki/krzyża nitkowego, możliwości ustalania dalmierza obrazu termowizyjnego, różnorodne tryby przetwarzania obrazu, pseudokolory i „inteligentne kolorowanie”, radiometryczny pomiar temperatury, łączenie obrazów termowizyjnych z obrazami w świetle widzialnym/przy słabym-oświetleniu oraz przechowywanie filmów termowizyjnych i obrazów zarejestrowanych-w klatkach. Udoskonalenia te znacznie poprawiają jakość obrazu, jednocześnie rozszerzając i udoskonalając możliwości funkcjonalne.

8)Integracja wielu czujników z kamerami termowizyjnymi
Poszczególne kamery termowizyjne integrują obecnie różne czujniki, takie jak kamery-światła widzialnego, dalmierze laserowe, wskaźniki laserowe, odbiorniki GPS, zespoły mikro-żyroskopowe, wysokościomierze barometryczne i inklinometry, rozszerzając w ten sposób ich funkcjonalność.

9)Włączenie wbudowanej-pamięci masowej
Do poszczególnych kamer termowizyjnych dodano-wbudowaną pamięć, umożliwiającą nagrywanie filmów i obrazów, a także odtwarzanie-misji.

10)Dodatek Bluetooth lub Wi-Fi
Integracja technologii Bluetooth lub Wi-Fi w poszczególnych kamerach termowizyjnych umożliwia bezprzewodowe zdalne sterowanie, udostępnianie nagranych filmów lub obrazów w sieciach oraz odtwarzanie na urządzeniach-z obsługą sieci, takich jak smartfony, tablety i telewizory.