Сергей Суханов - До и после Победы. Перелом. Часть 2

Так что разведка-разведкой, а исследования по ИК-технике у нас шли с размахом. Собственно, в основе этой технологии лежит тот факт, что любое тело с хоть как-то теплящимися электронами, то есть с температурой выше абсолютного нуля, излучает волны — электроны переходят с уровня на уровень и испускают фотоны. Энергия излучения прямо пропорциональна четвертой степени температуры. Так, абсолютно черное, то есть идеально излучающее тело при температуре ноль градусов по Цельсию, или 273 по Кельвину, будет излучать три сотых ватта с каждого квадратного сантиметра, при температуре кожи человека — тридцать три по цельсию или триста по кельвину — уже почти пять сотых ватта, при температуре кипения воды — одну десятую ватта, при пятистах градусах по цельсию — два ватта, при тысяче — шестнадцать ватт, при двух — двести ватт, ну а при шести тысячах кельвинов — температуре Солнца — более семи киловатт с каждого сантиметра.

Излучают все тела, и они излучают полный спектр длин волн. Ну, если только вещество ограничено определенным набором разрешенных переходов, или, например, для газов, да и то разреженных, которые излучают в сравнительно узких полосах. При увеличении связи между молекулами, например, при повышении давления, линии спектра газов тоже начинают размываться — появляется все больше частот излучения. Но максимум излучения, согласно закону смещения Вина, выведенному немецким физиком Вильгельмом Вином еще в 1893 году, приходится на определенную длину волны, а на остальных он плавно спадает. Причем — чем выше температура, тем на меньшую длину волны приходится максимум излучения — ведь электроны скачут через все большее расстояние. Так, для человека максимум придется на 9,5 мкм, для Солнца с его температурой 6000 К — на 0,5 мкм — это уже видимый свет, а для жидкого азота (да, он тоже излучает тепло!) — на 38 мкм.

Но естественные тела не являются идеальным абсолютно черным телом, они излучают только часть энергии, которую могло бы излучать абсолютно черное тело при той же температуре. Так, кожа человека излучает с коэффициентом излучения 0,98 относительно абсолютно черного тела, бумага — 0,93, снег — 0,8 — то есть при температуре 32 градуса человек будет светиться в ИК-спектре чуть сильнее, чем бумага, а при нуле бумага будет светлее, чем снег. Зеленая листва имеет коэффициент 0,98, как и человеческая кожа — поэтому-то в жаркую погоду разглядеть человека было очень трудно, разве что одежда давала более темный силуэт. Для стали все еще сложнее. Так, сталь с шероховатой поверхностью будет иметь коэффициент 0,98, а никелированная с полировкой — 0,11. Полированная нержавейка будет светить всего в 0,13 от АЧТ, а обработанная пескоструйкой — уже 0,7 — шероховатости повышают излучаемость. А вот титан с его коэффициентом 0,2 обещал со временем стать материалом, снижающим излучение поверхностей, на которые он будет напылен — мы это пока отложили на будущее, хотя оно было уже и недалеким — и немцы, и союзники, активно развивали это направление. Ну а с советскими учеными мы работали очень плотно.

По ИК работали все, хотя и не так интенсивно, как мы. К началу сороковых история применения ИК-техники в военных целях перевалила уже на третий десяток лет. Еще в семнадцатом Теодор Кейз по заказу армии США разрабатывал устройства для ИК-связи на основе сульфида таллия, с переменным успехом — связь была неустойчивой, поэтому работы были свернуты. В девятнадцатом году Гофман опубликовал в Physical Revue описание своего теплопеленгатора, в котором использовались зеркала и термостолбики, а изменение тепла отражалось гальванометром. Это прибор позволял обнаружить человека на расстояниях до двухсот метров, самолет — на полутора километрах. Вполне так неплохо. Работы по обнаружению судов и самолетов через ИК велись практически во всех основных странах — САСШ, Англии, Германии, СССР. Как я писал ранее, работы по обнаружению самолетов по их тепловому излучению были начаты в СССР еще в 1929 м году, а на флоте к началу сороковых использовались теплоулавливатели ТУ-1 — похожие на прожекторы индикаторы ИК-излучения, которые могли обнаруживать крупные корабли на расстояниях до двадцати километров — они концентрировали своим полутораметровым зеркалом тепловое излучение на теплочувствительный элемент. И это еще что! В сороковом-сорок первом испытывались комплекты ПНВ "Шип" и "Дудка" — с подсветкой ИК-прожекторами, пара электронно-оптических преобразователей крепились в качестве очков на голове мехвода БТ-7. При угле зрения двадцать четыре градуса они обеспечивали видимость до пятидесяти метров. Наши специалисты видели их, когда ездили в служебные командировки по обмену опытом, даже привезли фотографии. Надо сказать, я был очень удивлен — эдакий киберпанк, и довести его до ума не позволила война, точнее — она притормозила этот процесс. И совместными усилиями мы развивали это направление.

Вообще, в это время в военной ИК-технике применяли в основном только два вида приборов — либо на основе одиночных твердотельных элементов, либо электронно-оптические преобразователи. И общей проблемой у всех них была слишком уж малая граница чувствительности по длинам волн. Так, англичане и американцы использовали серноталлиевые твердотельные фоточувствительные элементы, у которых дальняя граница чувствительности была всего 1,2 мкм, а на этой длине максимум теплового излучения имеют источники с температурой уже под две тысячи градусов. Максимум чувствительности вообще приходился на 0,9 мкм — максимум излучения на этой длине волны имеют источники с температурой уже за три тысячи градусов. Еще чуть-чуть — и выйдем в диапазон видимого света. Так что эти элементы применялись для сигнализации и связи — они отслеживали нити накаливания ламп, прикрытых фильтрами в сигнальных прожекторах. Болометры и термометры — не рассматриваю из-за их низкого быстродействия, что они выдавали у нас — ведь их чувствительность к ИК-излучению обусловлена изменением сопротивления из-за нагрева, тогда как у фоторезисторов — внутренним фотоэффектом, когда фотоны света выбивают электроны и те преодолевают энергию запрещенной зоны, а у фотокатодов ЭОП — внешним фотоэффектом, когда фотоны выбивают электроны за его пределы. Хотя болометры мы также применяли для обнаружения источников тепла с относительно постоянным положением в пространстве — тех же наблюдателей, если они имели глупость постоянно торчать на одном месте. Правда, наши болометры пока имели слишком малое быстродействие, а вот англичане еще в тридцать седьмом засекли самолет с другого самолета, правда, с расстояния всего шестьсот метров. Но мы продолжали работать и в этом направлении — мне смутно помнилось, что в современных мне тепловизорах использовались именно болометры — ведь они воспринимали полный спектр излучения, в отличие от приборов, чья работа основана на фотоэффектах — этим нужны фотоны определенной энергии, чтобы электроны приобретали достаточную энергию, поэтому-то верхняя граница чувствительности не заходит за волны определенной длины — ведь длина волны и энергия фотона — связанные величины, и, так как у каждого каждого полупроводникового вещества своя ширина запрещенной зоны, то и границы чувствительности у них различны.