¿Qué es un periscopio?
Periscopio es un dispositivo que se extiende desde un túnel bajo hasta el mar o la tierra para espiar actividades en el mar o en la tierra. Su estructura es la misma que la de un telescopio terrestre ordinario, excepto que se agregan dos espejos adicionales para que la luz del objeto se refleje dos veces y se dirija hacia los ojos. Los periscopios se utilizan a menudo en submarinos, túneles y tanques para observar situaciones enemigas.
Función
La única forma que tiene un submarino de observar el nivel del mar y las condiciones del aire mientras navega bajo el agua es mediante el uso de un periscopio. La mayoría de los submarinos están equipados con dos periscopios: un periscopio de ataque y un periscopio de observación. El primero se utiliza para descubrir y apuntar a objetivos acuáticos, mientras que el segundo se utiliza principalmente para observar las condiciones del mar y del aire y la observación de la navegación. Antes de que el submarino salga a la superficie, el capitán debe ordenarle al submarino que utilice un periscopio para observar el nivel del mar 360 grados a esa profundidad con el fin de detectar posibles situaciones enemigas lo antes posible. Los submarinos sólo saldrán a la superficie si no hay ninguna amenaza.
Desventajas
La parte principal del periscopio es un largo mástil de acero que se puede elevar a una altura de 5 metros fuera de la torre de mando. Se instalan prismas y lentes en ambos extremos para ampliar el campo de visión del periscopio de 1X a 6X. Hay dos problemas obvios con el uso del periscopio. El principal problema es la vibración. Cuando el periscopio está completamente elevado, el delgado mástil del periscopio afectará la navegación normal del submarino y provocará inestabilidad lateral. Cuando la velocidad del submarino supera los 6 nudos, el mástil del periscopio provocará grandes vibraciones, dejándolo completamente inutilizable. Más tarde, se instalaron soportes de mástil adicionales en el submarino y se rediseñó y mejoró la forma de la parte superior del periscopio para reducir la resistencia de las olas. Aunque la vibración no se ha eliminado por completo, se ha mejorado mucho. Otro tema importante es la niebla creada por la lente del periscopio. Dado que el aire dentro del submarino es relativamente húmedo, las lentes del periscopio producirán niebla, por lo que el periscopio debe diseñarse y fabricarse para que sea lo más impermeable y sellado posible. Cuando un submarino es atacado por una carga de profundidad, es fácil dañar la estructura de sellado del periscopio, provocando empañamiento.
El periscopio de observación tiene un asiento y pedales que pueden cooperar con el movimiento de la varilla de elevación del periscopio. Se utiliza principalmente para la observación del mar y el aire y la confirmación del rumbo antes de que el submarino salga a la superficie. El periscopio de ataque no está disponible y se utiliza principalmente para la observación del enemigo, la localización de objetivos y el cálculo del azimut de ataque. Al mismo tiempo, los telescopios de observación tienen mejores efectos de observación nocturna.
Tecnología emergente
El radar de búsqueda antisubmarino AN/APS-116 está especialmente diseñado para detectar objetivos de periscopio con tiempos de exposición cortos en condiciones de alta mar, por lo que el periscopio superior es el que está expuesto. objetivo.
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Haciendo un periscopio
Preparación/a punto de empezar a trabajar
Para hacer un periscopio solo necesitas un lado y dos laterales. Pequeño espejo cuadrado y un trozo de cartón. Si tu espejo pequeño mide 10 cm de largo y 7 cm de ancho, debes preparar una cartulina con un ancho de 4 × 7 = 28 cm. La longitud del cartón la puede decidir usted mismo según las condiciones. El periscopio podría hacerse más alto si el cartón fuera más largo.
Proceso de fabricación
Dibuja tres líneas paralelas sobre la cartulina. Como se muestra en la imagen, la distancia entre cada línea es de siete centímetros. Corta las partes oscuras. Utilice un cuchillo para dibujar una marca a lo largo de la línea de puntos (tenga cuidado de no cortarla). Luego, dóblala con el borde de la mesa para tener una caja rectangular y pégala con papel kraft.
Utiliza cinta blanca para hacer que un pequeño espejo parezca bajar de un barco. Cuando navegues bajo el agua, también debes utilizar un periscopio para observar la superficie del mar.
Dilema de la invención
¿Quién inventó el periscopio? Es imposible comprobarlo ahora. El libro antiguo más antiguo del mundo que registra el principio del periscopio es el "Huainan Wanbi Shu" de China, del siglo II a.C. Hay un pasaje registrado en el libro: "Cuelga un gran espejo en alto y pon un plato de agua debajo, y verás a tus vecinos".
Inventos similares en la historia
En la antigüedad En aquella época, a menudo había un espejo de bronce colgado de lado bajo los aleros de algunos templos antiguos en las montañas de China. Si pones un recipiente con agua en el suelo dentro de la puerta del templo, será el periscopio más simple. El camino estrecho y los transeúntes fuera de la puerta del templo se reflejarán en el agua.
1. Primero hagamos un periscopio invertido. ¿Cómo se dice la palabra "kuang" en la forma general del periscopio invertido? Elimine la palabra "王" que contiene. Eso es todo. Coloque dos espejos de 45 grados en las esquinas superior e inferior. Puedes dibujar un boceto. Supongamos que un rayo de luz ingresa a la parte superior del espejo desde la esquina superior, y su luz reflejada se reflejará en la parte inferior del espejo de abajo, provocando una inversión.
2. El periscopio vertical tiene forma de "Z", de modo que la línea que conecta las partes superior e inferior es vertical. O en forma de "I", elimina la mitad derecha de la línea horizontal superior. Se elimina la mitad izquierda de la línea horizontal inferior. También hay dos espejos dispuestos en las dos esquinas y la imagen está en posición vertical.
El ángulo entre los dos espejos de un periscopio invertido es de 90 grados, mientras que los dos espejos de un periscopio vertical son paralelos entre sí.
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Método de elaboración
Compra dos espejos pequeños. Haga dos cilindros en forma de codo en ángulo recto con cartón, de diámetro un poco más grande que un espejo pequeño.
Haga un orificio inclinado de 45° en cada uno de los dos ángulos rectos del tubo de papel. Inserte los dos espejos pequeños en los orificios inclinados de manera opuesta (como se muestra en la Figura 10.10-3. Péguelos con tiras de papel). para formar un periscopio simple.
Mantén quieto el tubo inferior y gira el tubo superior para ver el paisaje distante desde arriba.
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El principio de funcionamiento del periscopio
Según el nivel técnico actual, el sistema de imágenes integral submarino consta básicamente de ocho categorías principales de sistemas de imágenes. . El estado técnico y las características de los ocho sistemas de imágenes se describen a continuación en el orden de sistemas de imágenes aéreos y no aéreos.
Sistema de imágenes de periscopio
El periscopio submarino moderno se inventó a principios del siglo XX. Cuando la Armada alemana construyó su primer submarino en 1906, ya utilizaba un periscopio óptico bastante completo, que constaba de una lente objetivo, un sistema de conversión de imágenes y un ocular. Los periscopios de aquella época tenían una potencia de periscopio de 5 a 7 metros, una distancia de observación corta, un campo de visión estrecho, una calidad de imagen deficiente y no podían utilizarse de noche. Las funciones principales de los periscopios tradicionales incluyen observar barcos en el agua, observar aviones en el aire, estimar la distancia del objetivo atacado, proporcionar su posición y distancia al sistema de control de incendios e implementar navegación por puntos de referencia o navegación celeste en estado sumergido.
Los fabricantes de periscopios modernos aplican los últimos avances en tecnologías optoelectrónicas, como visión nocturna con poca luz, imágenes térmicas infrarrojas, alcance láser, computadoras, control automático y sigilo para desarrollar una nueva generación de periscopios optoelectrónicos. Tomemos como ejemplo el periscopio SERO 400, desarrollado recientemente en Alemania en 2003. El rendimiento técnico principal incluye: rango de inclinación -15 ~ +60 grados, 1,5x, 6x, 12x, estabilización bieje de línea de visión de alta precisión, diámetro de pupila de entrada del periscopio >: 21 mm, potencial de caída de aproximadamente 12 m. Puede equiparse con una variedad de cámaras y sensores, como cámaras digitales, cámaras de televisión con poca luz, cámaras de televisión en color, cámaras térmicas, telémetros láser seguros para los ojos, etc. , para que el comandante del submarino elija según las necesidades reales, la señal de video también se puede proporcionar al monitor del sistema de combate en tiempo real para lograr una observación sincrónica. La interfaz serie del sistema de periscopio se puede utilizar para el control remoto de diferentes consolas del sistema de combate. El sistema de periscopio tiene buenos efectos de observación en condiciones diurnas y nocturnas. Puede monitorear eficazmente el mar y el aire, recopilar datos de navegación, buscar e identificar varios objetivos marítimos y las imágenes observadas se pueden grabar y reproducir.
También merece atención el periscopio panorámico desarrollado recientemente por la Marina estadounidense. Se trata de una reaplicación de la antigua tecnología de periscopio panorámico en condiciones técnicas modernas, y las perspectivas de esta tecnología aún se están verificando. Además, los países extranjeros conceden gran importancia al diseño modular de los periscopios y los han adoptado ampliamente. Sin cambiar la estructura básica y la función del periscopio, los sensores antiguos se pueden reemplazar fácilmente según sea necesario para mejorar el rendimiento del periscopio.
La tecnología moderna de periscopio fotoeléctrico ya está bastante madura y no se puede mejorar más. Las deficiencias inherentes de los periscopios penetrantes tradicionales son muy obvias: la principal desventaja es que el periscopio debe penetrar el caparazón del submarino. Cuanto mayor es el diámetro del cilindro de la lente, mayor es el impacto en la resistencia a la presión del submarino; La lente del periscopio es generalmente de 0,6 metros. Ocupa demasiado espacio en el barco originalmente limitado, lo que es muy perjudicial para el diseño del módulo de mando del submarino. En tercer lugar, el periscopio solo es adecuado para que lo opere y observe una persona. Es imposible que varias personas observen al mismo tiempo, lo que no favorece el disfrute de los recursos de información de combate. A pesar de las deficiencias del progreso, los periscopios fotoeléctricos siguen siendo el equipo de observación de imágenes más utilizado para submarinos navales en varios países en la actualidad y en el futuro.
Sistema de mástil fotoeléctrico
En 1976, Kollmorgen propuso oficialmente un principio de mástil fotoeléctrico original para la revisión de la Marina. En la década de 1980 se lanzó oficialmente el plan de desarrollo de mástiles fotoeléctricos no penetrantes. Hoy en día, los mástiles fotoeléctricos han evolucionado desde conceptos y prototipos principales hasta modelos de ingeniería. Las armadas de Estados Unidos, Gran Bretaña y Francia han eliminado los tradicionales periscopios penetrantes de los nuevos submarinos de propulsión nuclear y todos estarán equipados con mástiles fotoeléctricos. Esta elección marca que la tecnología de mástiles fotoeléctricos submarinos ha alcanzado un nivel bastante maduro y confiable. La mayor diferencia entre un mástil fotoeléctrico y un periscopio convencional es que el mástil fotoeléctrico es un "mástil no penetrante". Consta de tres partes: cabezal de observación del mástil fotoeléctrico, mástil no penetrante y consola a bordo. El sistema de imágenes An/BVS-1 es un sistema de mástil electroóptico en los submarinos estadounidenses de clase Virginia. Además de las funciones de los sistemas de periscopio existentes, también puede proporcionar funciones como recopilación de inteligencia electrónica, vigilancia y ataque de objetivos.
En comparación con el periscopio penetrante tradicional, el mástil fotoeléctrico tiene muchas ventajas: por ejemplo, el mástil fotoeléctrico no penetra el casco resistente a la presión, sino que está dispuesto directamente en una posición adecuada en el módulo de mando, lo que no solo mejora la resistencia del submarino, sino que también facilita la disposición del módulo de comando; el cabezal de observación del mástil fotoeléctrico está equipado con varios sensores de detección fotoeléctrica, guerra electrónica y antenas de comunicación. La situación fuera del barco puede capturarse mediante televisión y cámaras infrarrojas, luego transmitirse al barco y mostrarse en el monitor de la consola y en la pantalla grande. Los mástiles fotoeléctricos están reemplazando gradualmente a los periscopios penetrantes y se están convirtiendo en una parte importante de los sistemas de información de combate submarinos.
Sin embargo, debido a la compleja tecnología y al alto precio, actualmente sólo unos pocos submarinos utilizan mástiles fotoeléctricos. Por ejemplo, los submarinos nucleares de misiles de clase "Delta III" y "Delta IV" de Rusia están equipados con mástiles fotoeléctricos "Brick Rain". Sólo los submarinos nucleares de ataque de clase Virginia de EE. UU. utilizan dos mástiles fotoeléctricos. Aunque los submarinos nucleares de ataque británico HMS Astute y francés HMS Victory también están equipados con dos mástiles fotoeléctricos, aún no han sido botados y tardarán algún tiempo en entrar en servicio.
En la actualidad, es más común utilizar mástiles fotoeléctricos con periscopios, como en algunos submarinos de Estados Unidos, Gran Bretaña, Alemania, Francia, Rusia, Japón y Egipto.
Sistema de monitorización de cámaras de snorkel
La tecnología del snorkel submarino fue inventada por Alemania durante la Segunda Guerra Mundial. En la década de 1960, comenzamos a estudiar cómo utilizar dispositivos de observación de periscopio en condiciones de snorkel para que el snorkel pudiera usarse para múltiples propósitos. La primera opción en aquel momento era instalar un periscopio en el snorkel. Por ejemplo, el periscopio NavS de la empresa alemana Zeiss se puede instalar en el snorkel de un submarino. En los últimos años se ha prestado cada vez más atención a la instalación de dispositivos de observación y comunicación en los snorkels submarinos. La patente estadounidense "Dispositivo de snorkel para submarinos" solicitada por la empresa alemana IKL en septiembre de 2004 describe en detalle cómo configurar periscopios, radares y antenas de comunicación en el snorkel, involucrando principalmente tecnología de imágenes electrónicas y tecnología de alerta temprana de radar. El sistema de monitoreo de cámara de snorkel aplica tecnología de mástil fotoeléctrico submarino al dispositivo de snorkel, lo que permite que el submarino mantenga observación alerta, comunicación y advertencia de radar mientras trabaja en el estado de snorkel, mejorando el ocultamiento del submarino. Desde un punto de vista técnico, si dominas la tecnología de mástiles fotoeléctricos, no te será difícil implementarla en el snorkel. Esta tecnología ha atraído la atención de quienes trabajan en la industria submarina.
Sistema de cámara de TV en la carcasa exterior
Esta es una aplicación especial del sistema de cámara de TV en submarinos. Se utiliza principalmente para inspeccionar y monitorear el entorno externo de los submarinos y diversas condiciones de lanzamiento, y también puede proporcionar navegación óptica para actividades submarinas bajo hielo. La aplicación de sistemas de cámaras de televisión en cascos de submarinos tiene una historia de al menos 30 años y se utiliza comúnmente en submarinos navales británicos, rusos y nórdicos. El sistema de cámara de televisión submarina instalado en el casco del submarino británico está especialmente desarrollado para las necesidades de los submarinos que operan sobre hielo o bajo el agua. Puede proporcionar una navegación submarina segura y es un importante dispositivo auxiliar para que los submarinos floten. En general, en lo que a sistemas de navegación se refiere. En el casco del submarino se deben colocar dos cámaras de televisión submarinas, una de las cuales está colocada en posición de observación hacia arriba y la otra en posición de observación hacia adelante en un ángulo de 40 grados con respecto a la dirección horizontal. Esta disposición es muy propicia para obtener imágenes de la mejor calidad mientras el submarino está flotando o maniobrando hacia adelante. La cámara OE-0285 de la compañía británica Unitary Mlad ha sido equipada con submarinos británicos. Es una cámara de objetivo de silicio mejorada que puede observar varios objetivos a través de una luz débil en condiciones de nubes estrelladas. La cámara OE-0285 es un importante equipo auxiliar para los submarinos que operan en el Océano Ártico.
Sistema de periscopio virtual
Se trata de un sistema de cámaras submarinas para submarinos que está siendo estudiado por la Marina de Estados Unidos. Aunque se le llama periscopio "virtual", es completamente diferente del campo de la tecnología informática de la "realidad virtual" y del sistema de cámaras de la carcasa. El periscopio virtual es un sensor óptico que puede ver completamente a través del agua desde una plataforma submarina, incluyendo una cámara submarina, un procesador y una pantalla de imágenes. Lo llamado "virtual" significa que la visualización de imágenes puede reproducir la imagen incompleta en el campo de visión del mar del hemisferio superior en una imagen completa. La integración del periscopio virtual con el sistema de sensores submarinos puede reducir la cantidad de veces que el comandante del submarino utiliza periscopios convencionales y mejorar el sigilo del submarino.
La tecnología de periscopio virtual también puede minimizar la probabilidad de colisión entre submarinos y buques de superficie. Antes de que el submarino suba a la profundidad de inmersión, debe confirmar que no hay barcos en la superficie. La "zona de transición" desde la profundidad de inmersión hasta aproximadamente 150 pies (46 metros) bajo el agua es un área insegura para que los submarinos operen bajo el agua. En esta zona incómoda, el submarino estaba "demasiado profundo" para ver si había un velero encima, y el velero estaba "demasiado poco profundo" debajo para pasar con seguridad. Pero esta zona de transición puede contener la mejor profundidad de búsqueda hidroacústica y la mejor profundidad de evasión, y es el área de profundidad más ideal para que los submarinos operen de forma segura en aguas poco profundas. Si un submarino pierde esta zona de transición, su maniobrabilidad se reducirá significativamente. Si un submarino utiliza tecnología de periscopio virtual para observar su entorno, podrá moverse con seguridad a través de esta zona de transición.
El principio óptico del periscopio virtual es diferente al del periscopio ordinario. Los periscopios ordinarios reciben luz en un lugar determinado de la superficie del mar; los periscopios virtuales utilizan una o varias cámaras que miran hacia arriba bajo el agua para recibir luz del espacio y penetrar en el océano. El proyecto Virtual Periscope utiliza tecnología de imágenes para reconstruir la luz débilmente refractada para desarrollar un sistema de cámara submarina (incluido un sistema de software) que pueda detectar objetivos acuáticos. El periscopio virtual no es sólo una tecnología de imagen especial, sino que también es totalmente adecuado para el uso de fuerzas de operaciones especiales submarinas. Esta tecnología se encuentra en etapa experimental.
Sistema de boyas fotoeléctricas
A principios de los años 80, Estados Unidos solicitó una patente para la tecnología de boyas fotoeléctricas. En la década de 1990, Ship Imaging Systems Company de Pocahontas, Massachusetts, EE. UU., inició el diseño e investigación de boyas fotoeléctricas para submarinos. La compañía firmó un contrato de investigación de 654,38 millones de dólares con la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. para diseñar y construir un sistema de boya con cámara (BCD) lanzado desde submarinos. El BCD utiliza sensores CCD para permanecer conectado al submarino a través de cables y fibras ópticas. La estabilidad y la dirección de monitoreo del sensor CCD son controladas por el submarino. Los datos de la imagen del objetivo se adquieren en la superficie del agua y luego se convierten en señales de fibra óptica para su transmisión al submarino. La información obtenida se procesa mediante un software de algoritmo de mejora de imágenes. Las boyas fotoeléctricas submarinas pueden ser invisibles para mejorar su ocultación, como disfrazarse de hielo u objetos flotantes en el mar. Si se pueden reducir los costos, se pueden diseñar boyas fotoeléctricas para que sean desechables. También se recomienda el desarrollo de un sistema de boyas fotoeléctricas multisensor.
Sistema UAV
El desarrollo de los UAV submarinos ha solucionado el problema de la baja altura de los periscopios y de los periscopios de mástil fotoeléctrico, que impide la observación a larga distancia. Los submarinos pueden obtener imágenes tomadas por drones mientras están sumergidos, mejorando así su ocultamiento. La investigación sobre tecnología de drones relacionada con submarinos comenzó a mediados de la década de 1980. En aquel entonces, los drones se lanzaban desde tubos lanzatorpedos; ahora se pueden lanzar desde mástiles de submarinos. Por ejemplo, el lanzador de vehículos aéreos no tripulados desarrollado por la empresa estadounidense Kollmorgen está instalado en el mástil de un submarino y puede albergar cuatro vehículos aéreos no tripulados a la vez. La Marina de los Estados Unidos ya ha aplicado tecnología de drones a submarinos de ataque de clase Virginia y Ohio. Los UAV pueden transmitir información detectada al submarino de lanzamiento a través de satélites militares, o reenviarla a otros submarinos, buques de superficie y centros de comando de combate en tierra, formando una red de información integrada con varios sistemas, como vehículos submarinos.