Номер 3, страница 214 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 4. Электромагнитные колебания и волны. Параграф 50. Шкала электромагнитных волн. Темы докладов и проектов - номер 3, страница 214.

Условие.

3. Использование инфракрасного излучения в военной технике.

Решение.

Инфракрасное (ИК) излучение — это электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света и микроволновым излучением. Ключевым свойством, обусловившим его широкое применение в военной технике, является то, что все объекты с температурой выше абсолютного нуля ($T > 0 \, \text{K}$) излучают в ИК-диапазоне. Интенсивность и спектр этого излучения зависят от температуры объекта. Это позволяет "видеть" тепловые сигнатуры объектов днём и ночью, в сложных погодных условиях и сквозь некоторые преграды, такие как дым или туман.

Тепловизионные приборы и приборы ночного видения

Тепловизоры являются пассивными устройствами, которые улавливают собственное ИК-излучение объектов и преобразуют его в видимое изображение. В отличие от приборов ночного видения, основанных на усилении слабого отражённого света, тепловизорам не требуется внешний источник освещения, и они могут работать в полной темноте. Основным элементом тепловизора является матрица чувствительных сенсоров (микроболометров), каждый из которых реагирует на изменение температуры при поглощении ИК-излучения. Интенсивность излучения объекта описывается законом Стефана-Больцмана: $P = \sigma \cdot \epsilon \cdot A \cdot T^4$, где $\text{P}$ — мощность излучения, $\text{T}$ — абсолютная температура, а $\sigma, \epsilon, A$ — постоянная Стефана-Больцмана, коэффициент излучения и площадь поверхности соответственно. Это означает, что более нагретые объекты (например, двигатель танка, тело человека) выглядят на экране тепловизора более яркими. Тепловизоры используются в качестве прицелов для стрелкового оружия, систем наблюдения на бронетехнике, самолётах и вертолётах, позволяя обнаруживать замаскированные цели и вести бой в любых условиях видимости.

Ответ: Тепловизоры и приборы ночного видения на основе ИК-технологий позволяют обнаруживать и идентифицировать цели по их тепловому излучению в любое время суток и в условиях ограниченной видимости (дым, туман), что даёт тактическое преимущество.

Системы самонаведения ракет

Инфракрасные головки самонаведения (ИК ГСН) — один из основных типов систем наведения для ракет класса "воздух-воздух" и "земля-воздух". Такие ракеты часто называют "тепловыми" или "heat-seeking". ИК ГСН содержит чувствительный детектор, который улавливает тепловое излучение от цели, чаще всего от сопла реактивного двигателя самолёта или выхлопной системы техники. Система управления ракеты анализирует сигнал от детектора и корректирует траекторию полёта так, чтобы ракета двигалась к источнику тепла. Современные ИК ГСН способны работать в нескольких спектральных диапазонах, использовать сложные алгоритмы обработки изображений для отличения реальной цели от тепловых ловушек (ложных целей) и могут захватывать цели с любого ракурса, а не только при стрельбе вдогонку.

Ответ: Использование ИК-излучения в головках самонаведения позволяет создавать высокоточные ракеты, способные автономно ("выстрелил-забыл") находить и поражать цели по их тепловой сигнатуре.

Системы лазерного целеуказания

В этих системах используется ИК-лазер для подсветки цели. Передовой наводчик (на земле или в воздухе) направляет на цель невидимый человеческому глазу лазерный луч с определённой кодировкой импульсов. Боеприпас (например, управляемая авиабомба или ракета), оснащённый полуактивной лазерной ГСН, улавливает отражённое от цели лазерное излучение и наводится точно на это "пятно". Этот метод обеспечивает высочайшую точность поражения стационарных и движущихся целей, минимизируя сопутствующий ущерб. Поскольку лазер работает в ИК-диапазоне, его луч невидим, что повышает скрытность действий наводчика.

Ответ: Инфракрасные лазеры применяются для подсветки целей, что обеспечивает высокоточное наведение управляемых боеприпасов на указанный объект.

Разведка и наблюдение

ИК-аппаратура, установленная на спутниках, самолётах-разведчиках и беспилотных летательных аппаратах (БПЛА), является мощным инструментом для сбора разведывательной информации. Она позволяет:
• Обнаруживать скрытые и замаскированные объекты. Например, танк под маскировочной сеткой будет невидим в оптическом диапазоне, но его тепло от работающего или недавно заглушенного двигателя будет хорошо заметно в ИК-диапазоне.
• Мониторить активность противника в ночное время.
• Идентифицировать работающую технику.
• Обнаруживать запуски баллистических ракет по мощной тепловой сигнатуре их двигателей (этим занимаются спутниковые системы предупреждения о ракетном нападении).
• Оценивать ущерб после ударов, выявляя очаги пожаров и разрушений.

Ответ: Средства разведки, использующие ИК-диапазон, позволяют вести круглосуточное наблюдение, вскрывать маскировку и обнаруживать деятельность противника по тепловым демаскирующим признакам.

Средства инфракрасного противодействия

С развитием ИК-систем наведения появились и средства противодействия им. Их задача — защитить технику (в первую очередь самолёты и вертолёты) от ракет с ИК ГСН. Они делятся на пассивные и активные.
• Пассивные средства направлены на уменьшение тепловой заметности объекта: применение специальных покрытий, экранирование и охлаждение выхлопных газов двигателей.
• Активные средства создают помехи для ИК ГСН. Наиболее распространёнными являются отстреливаемые тепловые ловушки (ЛТЦ, "flares") — пиротехнические заряды, которые при сгорании создают кратковременный, но очень мощный источник тепла, перенацеливающий ракету на себя. Более совершенными являются системы направленного ИК-противодействия (DIRCM), которые обнаруживают подлетающую ракету, а затем ослепляют её ГСН модулированным лучом ИК-лазера.

Ответ: Средства ИК-противодействия предназначены для защиты военной техники от поражения оружием с инфракрасными системами наведения путём снижения её тепловой заметности или постановки активных помех (тепловых ловушек, ослепляющих лазеров).