Stato attuale e tendenze di sviluppo delle apparecchiature per l'imaging termico di singoli soldati stranieri

Nelle condizioni della guerra moderna, per soddisfare le esigenze operative dei singoli soldati nella guerra ad alta- tecnologia, il miglioramento tecnologico delle attrezzature individuali è diventata una scelta inevitabile. Essendo gli "occhi" del soldato, devono possedere capacità visive universali in condizioni di giorno, notte e di scarsa visibilità, il che ha reso le termocamere l'attrezzatura ad alta tecnologia preferita dai singoli soldati.

L'uso di apparecchiature di imaging termico per singoli soldati prevede piattaforme relativamente semplici e i componenti necessari possono essere acquistati dal mercato internazionale. La soglia di sviluppo è relativamente bassa e consente a molti paesi di ricercare e produrre tali apparecchiature. I paesi in grado di sviluppare e produrre in modo indipendente componenti fondamentali per tali apparecchiature includono: Stati Uniti, Regno Unito, Francia, Germania, Israele, Russia, Giappone, Canada, Svezia, Svizzera, Paesi Bassi, Spagna, Turchia, Polonia, Bulgaria, Singapore, Corea del Sud e altri.

Attualmente, il combattimento di fanteria si è evoluto da modelli tradizionali, come la cooperazione tra unità di fanteria e singoli soldati, il semplice coordinamento tra fanteria e artiglieria, fanteria e carri armati e operazioni aria-di terra, nonché operazioni indipendenti da parte di singoli soldati, a operazioni congiunte che coinvolgono vari rami e servizi, tra cui l'aeronautica militare, la marina, l'aviazione militare, i corpi corazzati e l'artiglieria. La fanteria si è anche trasformata da unità di combattimento con potenza di fuoco diretta in un'unità responsabile dell'acquisizione di informazioni e delle operazioni di potenza di fuoco. A tal fine, paesi come gli Stati Uniti e l’Europa stanno sviluppando ed equipaggiando i singoli soldati con apparecchiature di imaging termico che offrono più funzioni e capacità avanzate. Oltre a migliorare le capacità di combattimento diurno-e-notturno dei soldati, questi sistemi si integrano con i sistemi informativi dei singoli soldati e le reti Internet tattiche per consentire operazioni congiunte con altri rami, servizi e forze amiche. Per soddisfare i requisiti delle operazioni congiunte, le apparecchiature di imaging termico dei singoli soldati sono passate dal fornire semplicemente funzioni di osservazione, ricerca e puntamento a diventare sistemi optoelettronici completi che integrano funzionalità come luce visibile, visione in condizioni di scarsa-luce, gruppo/fusione laser, distanza, calcolo, trasmissione wireless e calcoli di controllo del fuoco. A livello applicativo, le singole apparecchiature di imaging termico si stanno evolvendo in micro/piccole termocamere multifunzionali e sistemi di controllo del fuoco optoelettronici integrati con armi leggere. A livello di sistema, le singole apparecchiature di imaging termico vengono gradualmente incorporate nei sistemi di combattimento "Future Soldier" attivamente sviluppati da vari paesi.

1.Il ruolo della tecnologia di imaging a infrarossi/termica

In campo militare, la tecnologia di imaging a infrarossi/termica svolge principalmente le seguenti tre funzioni:

1)Consente l'osservazione di immagini, la ricognizione, la sorveglianza, la guida e altre operazioni durante la notte e in condizioni di scarsa-visibilità. Offre una lunga portata effettiva e può penetrare la nebbia leggera e il fumo, fornendo la capacità di ottenere "trasparenza unidirezionale" ottenendo un vantaggio informativo nella completa oscurità o in condizioni di scarsa visibilità.

Figura 1: il vantaggio della "trasparenza un-direzionale" offerta dai dispositivi di imaging a infrarossi/termici nelle operazioni di combattimento nell'oscurità totale

Come mostrato nella Figura 1, i dispositivi di imaging a infrarossi/termici offrono il vantaggio della "trasparenza un-direzionale" nelle operazioni di combattimento nella completa oscurità. Nelle condizioni notturne-di buio pesto, la luce visibile (Visible) non può produrre un'immagine della scena (a sinistra). Tuttavia, nello stesso momento e luogo, è possibile ottenere immagini termiche chiare (termiche) nello spettro infrarosso a onde lunghe-, consentendo l'identificazione di personale, veicoli, strade e foreste.

Figura 2: La capacità dei dispositivi di imaging a infrarossi/termici di penetrare la foschia

Come mostrato nella Figura 2, i dispositivi di imaging a infrarossi/termici possiedono la capacità di penetrare la foschia. In condizioni di nebbia, gli edifici davanti e dietro la torre situata a 4,9 km di distanza (Torre a 4,9 km) sono debolmente visibili nell'immagine a luce visibile (a sinistra). Tuttavia, nell'immagine a infrarossi dell'onda media- (a destra) catturata da una termocamera all'antimoniuro di indio (InSb) 640 × 480 nello stesso momento e luogo, questi edifici sono chiaramente distinguibili.

Figura 3: Capacità dei dispositivi di imaging a infrarossi/termico di penetrare il fumo denso

Come mostrato nella Figura 3, i dispositivi di imaging a infrarossi/termici possiedono la capacità di penetrare il fumo denso. Nell'immagine a luce visibile di una stanza con fumo denso che fuoriesce dalla porta (a sinistra), sono visibili solo il fumo denso e la foschia che si diffonde all'esterno della casa. Tuttavia, nell'immagine a infrarossi a onda lunga- (a destra) catturata nello stesso momento e nello stesso luogo, la persona in piedi all'interno della stanza, che era oscurata dal fumo nell'immagine a luce visibile, così come i dettagli sul lato sinistro della casa, diventano chiaramente visibili. Ciò dimostra che la radiazione infrarossa a onda lunga- può penetrare il fumo, facendo apparire "trasparenti" le scene da essa bloccate.

2)Riceve passivamente segnali di radiazione infrarossa generati da differenze di temperatura, differenze di emissività o differenze di riflettanza delle scene (inclusi target e sfondi) attraverso diverse bande o lunghezze d'onda dell'infrarosso. Questa capacità consente l'identificazione di bersagli mimetizzati, la percezione dello stato del bersaglio e il rilevamento di bersagli invisibili. Grazie al suo forte occultamento e alla bassa suscettibilità alle interferenze, facilita il raggiungimento della sorpresa tattica.

Figura 4: La capacità della tecnologia di imaging a infrarossi/termica di identificare bersagli mimetizzati

Come mostrato nella Figura 4, la tecnologia di imaging a infrarossi/termica possiede la capacità di identificare bersagli mimetizzati. Il principio dell'imaging in condizioni di scarsa-illuminazione si basa sulla riflessione della luce visibile dalle superfici di scene e oggetti per la formazione dell'immagine. Quando i riflessi superficiali della scena e degli oggetti sono simili, l'identificazione diventa difficile (a sinistra). Il principio della termografia si basa invece sulla radiazione infrarossa emessa dalle scene e dagli oggetti stessi. Finché esistono differenze di temperatura o di emissività superficiale tra la scena e gli oggetti, il rilevamento e l'identificazione diventano possibili. Nell'immagine a infrarossi a onde lunghe-della stessa ora e scena, una persona in piedi nel bosco che indossa una tuta mimetica può essere chiaramente identificata (a destra), perché l'abbigliamento mimetico non è in grado di replicare la temperatura e l'emissività superficiale dell'ambiente circostante.

Figura 5: La capacità della tecnologia di imaging a infrarossi/termica di percepire lo stato del target

Come mostrato nella Figura 5, la tecnologia di imaging a infrarossi/termica possiede la capacità di percepire lo stato del target. Nell'immagine a luce visibile si può vedere un camioncino (a sinistra). Nell'immagine a infrarossi a onde lunghe-acquisita nello stesso momento e nello stesso luogo (a destra), non solo è visibile il camioncino, ma è anche evidente che il suo motore è molto caldo mentre le ruote posteriori mostrano un calore minimo. Ciò indica che il camion è parcheggiato ma il motore è al minimo e la durata del parcheggio è approssimativamente il tempo necessario affinché le superfici delle ruote posteriori raggiungano l'equilibrio termico con il terreno.

Figura 6: Immagine a infrarossi a onde lunghe-di un parco di serbatoi di stoccaggio

Come mostrato nella Figura 6, questa è un'immagine a infrarossi a onda lunga-di un parco di serbatoi di stoccaggio. Il calore del petrolio riscalda i tetti dei serbatoi, facendo sì che la scala di grigi dei tetti rifletta i livelli di riempimento dei serbatoi. I serbatoi di stoccaggio con il tetto bianco contengono una maggiore quantità di petrolio, mentre quelli con il tetto nero contengono meno petrolio o sono addirittura vuoti.

3) Offre vantaggi quali alta precisione, dimensioni compatte, design leggero e basso consumo energetico, facilitando l'integrazione in vari sistemi d'arma e piattaforme.

2. Scenari per operazioni di combattimento di singoli soldati

Nella moderna guerra localizzata, gli scenari operativi tipici per le apparecchiature di imaging termico dei singoli soldati includono l'osservazione e la ricognizione, la designazione del bersaglio e la guida laser, il puntamento di armi leggere, operazioni di cecchino da posizioni fisse pre-stabilite, l'ingaggio preciso di bersagli dietro ostacoli o all'interno di punti ciechi utilizzando armi leggere e l'integrazione nei sistemi di combattimento del "Soldato del futuro".

2.1 Osservazione e ricognizione del campo di battaglia

I singoli soldati utilizzano termocamere portatili per l'osservazione e la ricognizione di notte e in condizioni di scarsa-visibilità e possono anche essere impiegate per rilevare bersagli mimetizzati. In effetti, le termocamere sono ugualmente efficaci durante le operazioni diurne. Quando una termocamera portatile è relativamente pesante, può essere montata su un treppiede per un uso stabile (come mostrato nella Figura 7).

Figura 7: La termocamera laser portatile "Sych-4" equipaggiata dall'esercito russo

Come mostrato nella Figura 7, la termocamera laser telemetro portatile "Sych-4" equipaggiata dall'esercito russo presenta un design che ne consente il montaggio su un treppiede, caratteristica dei sistemi portatili.

2.2 Designazione del bersaglio e guida per gli attacchi

Oltre all'osservazione e alla ricognizione, le termocamere portatili (Figura 8) possono anche essere integrate con componenti quali dispositivi di misurazione dell'angolo, sistemi di posizionamento satellitare, telemetri laser e designatori di bersagli laser (Figura 9). Questa combinazione consente la determinazione delle coordinate angolari e della distanza del bersaglio, consentendo la guida di munizioni guidate di precisione laser semi-attivo-per colpire con precisione bersagli di alto-valore.

 Figura 8 Un soldato può utilizzare stabilmente una termocamera portatile per l'osservazione e la ricognizione tenendola con entrambe le mani. L'immagine mostra la termocamera portatile francese "Sophie".

Figura 9 La termocamera portatile "Sophie".

Come mostrato nella Figura 9, la termocamera portatile "Sophie" (a destra) può essere integrata con dispositivi quali uno strumento di misurazione dell'angolo, un sistema di posizionamento satellitare, un telemetro laser e un designatore di target laser. Questa combinazione consente ai soldati in prima linea di condurre ricognizioni, determinare le posizioni dei bersagli e guidare munizioni di precisione laser semi-attive-per colpire "bersagli puntiformi" di alto-valore.

2.3 Operazioni Speciali e Combattimento Notturno

Le termocamere montate sul casco-non solo soddisfano le esigenze di osservazione e ricognizione dei soldati durante le ore notturne (così come diurne) e in condizioni di scarsa-visibilità, ma liberano anche le loro mani per utilizzare armi e attrezzature, come mirare e sparare con armi leggere o guidare veicoli. Per migliorare la precisione di tiro dei soldati, è possibile montare sull'arma un indicatore laser che emette luce laser nel vicino-infrarosso (ad esempio, con una lunghezza d'onda di 808 nm). Allo stesso tempo, la termocamera montata sul casco-integra un modulo di visione notturna-in condizioni di scarsa illuminazione (Figura 10). Ciò consente ai soldati di vedere il punto nel vicino-infrarosso proiettato dall'indicatore laser dell'arma sul bersaglio attraverso l'immagine del modulo di visione notturna-in condizioni di scarsa illuminazione, mirando efficacemente al bersaglio e consentendo loro di sparare. Questo metodo di mira è denominato mira indiretta.

Figura 10 Dispositivo per la visione notturna avanzato monoculare AN/PVS-20 montato su casco negli Stati Uniti

Come mostrato nella Figura 10, questo è il dispositivo di visione notturna monoculare americano AN/PVS-20 potenziato montato su casco-. Integra due moduli in un unico alloggiamento: un modulo per la visione notturna in condizioni di scarsa-luce (in alto) e una termocamera a infrarossi a onde lunghe-non raffreddata (in basso). Quando non in uso, l'intera unità può essere ribaltata verso l'alto. Questo design risponde alla necessità di avere le mani libere del soldato e consente l'osservazione in condizioni notturne e di scarsa visibilità. L'arma del soldato è dotata di un indicatore laser integrato che, combinato con il modulo di visione notturna in condizioni di scarsa illuminazione, facilita la mira indiretta e il tiro di precisione.

2.4 Mirare e sparare con armi leggere

Ci sono due fattori principali che contribuiscono al miglioramento della precisione delle armi leggere con mirini ottici:

Visibilità migliorata-La lente dell'obiettivo di un mirino ottico ha un'apertura di circa un ordine di grandezza più grande di quella dell'occhio umano, consentendogli di raccogliere più energia fotonica e produrre un'immagine più luminosa.

Miglioramento della chiarezza e della misurazione della distanza-I mirini ottici forniscono un ingrandimento (in genere circa 8×) e sono dotati di reticoli a mil-punti per misurare la distanza dal bersaglio, consentendo correzioni basate su tabelle balistiche.

I mirini termici (Figure 11 e 12), oltre a offrire la funzionalità dei mirini ottici, affrontano le sfide dell'osservazione, della mira e del tiro di precisione in condizioni notturne (così come diurne) e di scarsa-visibilità.

Figura 11 Un fucile mitragliatore MP7 dotato solo di mirino termico, che consente al soldato di effettuare tiri di precisione su bersagli sia di giorno che di notte.

Figura 12 Un mirino termico utilizzato in combinazione con un mirino ottico, che consente al soldato di effettuare tiri di precisione su bersagli sia di giorno che di notte.

Di notte o in condizioni di scarsa{0}}visibilità (come fumo, polvere, nebbia, foschia, ecc.), l'occhio umano non può vedere i bersagli, rendendo impossibile per i singoli soldati utilizzare i mirini ottici montati sulle armi leggere per cercare, mirare e sparare. Pertanto, se è disponibile la capacità di osservare e cercare bersagli sia di giorno che di notte, nonché in condizioni di scarsa-visibilità, l'efficacia in combattimento dei singoli soldati può essere migliorata.

Le armi leggere equipaggiate dai singoli soldati includono fucili d'assalto, fucili mitragliatori, mitragliatrici leggere, fucili di precisione (Figura 13), lanciarazzi, fucili senza rinculo (Figure 14, 15), sistemi missilistici anticarro portatili (Figura 16) e sistemi missilistici anti-aerei (Figura 17). Poiché gli obiettivi operativi e le distanze di ingaggio di queste diverse armi leggere variano, i mirini termici per armi leggere, medie e pesanti sono stati sviluppati per essere compatibili con essi.

Figura 13 Una squadra di combattimento di tre-persone dell'esercito francese

Come mostrato nella Figura 13, questa immagine raffigura una squadra di combattimento di tre-persone dell'esercito francese. Un soldato è equipaggiato con un fucile di precisione calibro FR-F2 7.62 mm dotato di un cannocchiale di precisione per il controllo del fuoco di osservazione "Sword"-, in grado di infliggere letalità puntuale precisa contro bersagli entro 800 metri. Un altro soldato è armato con una mitragliatrice leggera "Minimi" dotata di mirino termico, che fornisce la soppressione dell'area contro bersagli entro 1.000 metri. Il terzo soldato porta con sé un fucile d'assalto "FAMAS", incaricato di fornire copertura al cecchino e al mitragliere.

Figura 14 Il fucile senza rinculo "Carl Gustav".

Come mostrato nella Figura 14, l'immagine a sinistra raffigura la variante M3 del fucile senza rinculo "Carl Gustav" equipaggiato con il mirino termico diurno francese "Sword"-e-notturno. Questa configurazione consente il targeting e l'attivazione sia in condizioni diurne che notturne, nonché in ambienti con scarsa-visibilità.

Figura 15 Il fucile senza rinculo M3 "Carl Gustav" dotato di mirino ottico.

Figura 16 FGM-148 Sistema di armi missilistiche anticarro portatili "Javelin"

Come mostrato nella Figura 16, il sistema di controllo del fuoco (Command Launch Unit) del sistema d'arma missilistico anticarro portatile FGM-148 "Javelin" utilizza un mirino termico a infrarossi a onde lunghe-con tecnologia di scansione delle immagini. Ciò consente l’acquisizione del bersaglio sia in condizioni diurne che notturne, nonché in ambienti a scarsa visibilità, facilitando il calcolo e la programmazione dei parametri di lancio per il lancio dei missili.

Figura 17 Sistema d'arma missilistico antiaereo portatile FIM-92 "Stinger".

Come mostrato nella Figura 17, il sistema d'arma missilistico antiaereo portatile FIM-92 "Stinger"- è dotato del mirino termico AN/PAS-18, che consente al cercatore a infrarossi del missile di acquisire bersagli prima del lancio sia in condizioni diurne che notturne, nonché in ambienti con scarsa visibilità.

Per massimizzare l'efficacia dei mirini termici, il loro raggio operativo dovrebbe superare o almeno corrispondere al raggio di tiro delle armi leggere con cui sono accoppiati. Di conseguenza, i mirini termici sono generalmente classificati in tre tipi in base al loro raggio operativo: mirini termici per armi leggere (LWTS), mirini termici per armi medie (MWTS) e mirini termici per armi pesanti (HWTS). Un esempio è la serie di mirini termici AN/PAS-13E (Figura 18) prodotta da Raytheon negli Stati Uniti.

Figura 18 Mirini termici non raffreddati serie AN/PAS-13E prodotti da Raytheon negli Stati Uniti

Come mostrato nella Figura 18, la serie AN/PAS-13E di mirini termici non raffreddati prodotti da Raytheon negli Stati Uniti forma mirini termici non raffreddati leggeri (LWTS), medi (MWTS) e pesanti (HWTS) incorporando diverse lenti ottiche a infrarossi e rilevatori del piano focale a infrarossi non raffreddati. Questi mirini sono dotati di doppio campo visivo e di una funzione di zoom elettronico 3x, che li rende adatti a varie armi leggere con diverse portate effettive. Oltre a fungere da mirini termici, possono anche essere utilizzati indipendentemente come termocamere portatili.

2.5 Operazioni dei cecchini

Le operazioni da cecchino si riferiscono a un metodo di combattimento in cui la fanteria utilizza fucili di precisione per condurre attacchi precisi contro bersagli all'interno del loro campo visivo, tipicamente a distanze intorno ai 1.000 metri. Ad esempio, l'11 novembre 2012, durante le ore diurne, un cecchino dell'esercito britannico ha eliminato con successo due soldati talebani a una distanza misurata tramite GPS-di 2.475 metri utilizzando un fucile di precisione L115A3. Tuttavia, condurre operazioni di cecchino in condizioni di giorno, notte o di scarsa visibilità richiede l'uso di un mirino termico (Figura 19). L'efficienza dell'acquisizione del bersaglio con il solo mirino termico del fucile di precisione è limitata. Pertanto, i cecchini spesso si affidano a una termocamera portatile per cercare bersagli, fornire indicazioni direzionali e misurare le distanze.

Figura 19 Scenario di un team di due-persone che conduce un'operazione da cecchino

Come mostrato nella Figura 19, in uno scenario di squadra di cecchini composta da due-persone, il cecchino (a sinistra) utilizza unMirino termico per fucile di precisione coassiale ad alte prestazioni-(HISS-XLR), che ha un'efficienza limitata nella ricerca del target. Pertanto, lo spotter (a destra) impiega aTermocamera portatile Recon Vper cercare obiettivi, fornire indicazioni sull'azimut e misurare le distanze.

2.6 Puntamento optoelettronico – Telemetria laser – Sistema di controllo del fuoco per armi leggere

Attualmente esiste anche la richiesta di dotare le armi leggere di unsistema di puntamento optoelettronico-telemetro laser-controllo del fuoco. La ragione principale è che all'aumentare delle distanze di ingaggio (ad esempio, oltre i 2.000 metri), l'efficacia del combattimento che si basa esclusivamente sull'osservazione umana e sulla mira diminuisce significativamente. Le armi leggeresistema di puntamento optoelettronico-telemetro laser-controllo del fuoco(Figure 20, 21) non solo risponde alle esigenze di osservazione e di precisione dei soldati in condizioni di visibilità notturna (e diurna) e meteorologiche avverse/bassa-visibilità, ma risolve anche il calcolo e la visualizzazione dei parametri di fuoco. Ciò consente anche ai soldati comuni di effettuare tiri di precisione con armi leggere, rendendole una componente cruciale del sistema del singolo soldato.

Figura 20 Lanciagranate automatico MK-47 "Striker" da 40 mm dell'esercito americano

Come mostrato nella Figura 20, il lanciagranate automatico da 40 mm MK-47 "Striker" dell'esercito americano è un'arma di soppressione d'area-con una portata effettiva di 2.200 metri. È dotato del mirino video leggero AN/PWG-1, che integra una telecamera, un dispositivo per la visione notturna a bassa-generazione di terza-generazione, un telemetro laser, un computer balistico e un display. Insieme al mirino per armi termiche pesanti AN/PAS-13 (in alto a sinistra), forma un sistema distribuito completo di puntamento, telemetro laser e controllo del fuoco distribuito.

Figura 21 Lanciagranate XM25

Come mostrato nella Figura 21, il lanciagranate XM25 utilizza un sistema di puntamento optoelettronico integrato, telemetro laser e sistema di controllo del fuoco. Questo sistema gestisce il calcolo e la visualizzazione dei parametri di fuoco, consentendo ai soldati comuni di effettuare tiri ad alta-precisione con armi leggere in condizioni notturne (così come diurne) e di scarsa-visibilità.

Quando un sistema di controllo del fuoco di armi leggere è composto da un mirino a "tre- ottiche", il tiratore può rilevare e identificare i bersagli attraverso canali visibili e infrarossi, misurare la distanza utilizzando un telemetro laser e far elaborare i dati da un computer balistico per generare parametri di fuoco. Il punto di mira viene quindi visualizzato direttamente sullo schermo, consentendo anche ai soldati comuni di ottenere un tiro ad alta-precisione simile a quello dei cecchini professionisti.

Nel 2014, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti (DARPA) ha avviato il programma Computational Weapon Optic (CWO) per sviluppare il "Super Smart Scope" (3S). Questo telescopio è dotato di funzionalità avanzate di imaging termico e visione notturna per migliorare la consapevolezza della situazione e la precisione del puntamento (Figura 22). Integra anche un computer balistico, un software di balistica applicata e funzionalità di sincronizzazione radio, tra gli altri.

Figura 22 Sviluppo del "Super Smart Scope" da parte del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti nell'ambito del programma Computational Weapon Optic (CWO)

Come mostrato nella Figura 22, il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti, nell'ambito del programma Computational Weapon Optic (CWO), sta sviluppando il "Super Smart Scope". Questo cannocchiale integra molteplici funzioni, tra cui luce visibile, visione in condizioni di scarsa-illuminazione, imaging termico, telemetria laser, computer balistico con software Applied Ballistics e sincronizzazione radio. Ciò consente anche ai soldati comuni di eseguire tiri ad alta-precisione simili a quelli dei cecchini professionisti.

Per ottenere tiri precisi su bersagli all'interno della linea di vista o dietro ostacoli con armi leggere, è essenziale ottenere misurazioni precise della distanza dal bersaglio. Pertanto, l'integrazione di un telemetro laser nel mirino termico diventa la scelta ottimale. Una volta misurata la distanza del bersaglio, è possibile calcolare i parametri di fuoco, consentendo al mirino termico di evolversi naturalmente in un sistema di controllo del fuoco elettro-ottico per armi leggere. Con un sistema di controllo del fuoco elettro-ottico integrato sulle armi leggere, i soldati comuni possono anche effettuare tiri precisi sia contro bersagli in linea-di-vista che oltre il raggio-visivo-. A tal fine, gli Stati Uniti hanno sviluppato il "Sistema di controllo del fuoco diurno/notturno di acquisizione del bersaglio" (TA D/N FCS) per il lanciagranate XM25. Il suo prototipo è stato originariamente sviluppato per l'ormai-cancellato XM29 "Objective Individual Combat Weapon System" (OICW), come mostrato nella Figura 23.

Figura 23 L'XM29 "Objective Individual Combat Weapon System" (OICW), un pioniere nello sviluppo globale delle armi individuali dei soldati

Come mostrato nella Figura 23, l'XM29 "Objective Individual Combat Weapon System" (OICW), che ha guidato le tendenze globali nello sviluppo delle armi individuali dei soldati, è costituito principalmente da tre componenti principali: un fucile d'assalto di piccolo-calibro da 5,56 mm (in basso), un lanciagranate automatico da 20 mm (al centro) e un sistema di controllo del fuoco elettro-ottico integrato (in alto).

Il "Target Acquisition Day/Night Fire-Control System" (TA D/N FCS) integra un mirino a luce visibile, un modulo di imaging termico non raffreddato, un telemetro laser/marcatore di punti laser, sensori di temperatura e pressione, un computer balistico e un dispositivo di impostazione dei fusibili-. Il video dell'imaging termico viene proiettato sul mirino a luce visibile tramite uno specchio, mentre dati come misurazioni della distanza laser, reticoli del mirino e punti di correzione della mira vengono sovrapposti sul micro-display del modulo di imaging termico per l'osservazione del soldato. Questo progetto soddisfa i requisiti per le operazioni di combattimento diurne e notturne, come illustrato nella Figura 24.

Figura 24 L'esercito statunitense ha schierato il lanciagranate XM25 equipaggiato con il "Target Acquisition Day/Night Fire-Control System" (TA D/N FCS) nel teatro dell'Afghanistan per la convalida operativa.

L'esercito americano ha integrato il "Target Acquisition Day/Night Fire-Control System" (TA D/N FCS) nel lanciagranate XM25. Durante il funzionamento, il soldato allinea il centro del mirino con il punto di mira del bersaglio, esegue la misurazione del raggio laser, seleziona la distanza di scoppio desiderata rispetto al bersaglio e il sistema programma automaticamente la miccia della granata con i parametri di fuoco calcolati prima del lancio. Collegandosi a un ricevitore GPS esterno per ottenere le coordinate del bersaglio, il sistema consente colpi precisi contro bersagli dietro gli ostacoli.

Se il mirino a "tripla-ottica" viene combinato con una montatura controllata elettricamente e un collegamento di controllo, può formare una stazione di armi per fucili di precisione telecomandata-. Ciò elimina la necessità che i soldati rimangano nascosti in posizioni pre-preimpostate per periodi prolungati, consentendo loro di condurre operazioni di cecchino da una posizione sicura, come mostrato nella Figura 25. Il mirino a "triplice-ottica" è una componente cruciale dei futuri sistemi d'arma individuali dei soldati, consentendo sia la mira diretta e il fuoco attraverso il mirino termico, sia la mira e il tiro indiretti tramite lo schermo del display.

Figura 25: Combinazione del mirino "Tripla-ottica" con un supporto e un collegamento di controllo controllati elettricamente per formare una stazione per armi per fucili di precisione controllata a distanza-

Come mostrato nella Figura 25, l'integrazione del mirino a "tripla-ottica" con un supporto controllato elettricamente e un collegamento di controllo consente la creazione di una stazione di armi per fucili di precisione controllata a distanza. Ciò elimina la necessità che i soldati rimangano nascosti in posizioni pre-prestabilite per periodi prolungati, consentendo loro di condurre operazioni di cecchino da una posizione sicura. Nel sistema illustrato, la stazione d'arma per fucili di precisione-di grosso calibro-controllata a distanza utilizza un'architettura distribuita per il suo mirino a tripla-ottica.

2.7 Sistema di combattimento "Soldato futuro".

Il sistema di combattimento "Future Soldier" è un sistema di equipaggiamento informatizzato integrato per i singoli soldati. Collegandosi all'Internet tattico, trasforma il soldato in un nodo di informazione e combattimento all'interno della più ampia rete operativa. Questo sistema affronta sfide come la consapevolezza della situazione sul campo di battaglia, la pianificazione operativa, l'esecuzione di combattimenti coordinati/congiunti e il supporto logistico, massimizzando al contempo l'efficacia in combattimento delle armi dei singoli soldati. Nel programma tedesco New Future Soldier "GLADIUS", il sistema comprende otto tipi di apparecchiature per l'immagine termica (Figura 26).

Figura 26 Il programma tedesco “GLADIUS” per il nuovo futuro soldato

Come mostrato nella Figura 26, la composizione del sistema del programma tedesco "GLADIUS" per il Nuovo Soldato del Futuro include un sistema centrale composto da "occhiali per la visione notturna con modulo IR", apparecchiature di ricognizione comprendenti tre tipi di termocamere e attrezzature accessorie per armi (mirini termici) costituite da sette modelli configurati per sei tipi di armi leggere.

Il sistema di combattimento francese "Future Soldier" è noto come"Sistema integrato di equipaggiamento e comunicazioni di fanteria (FELIN)"che incorpora anche più modelli di apparecchiature per l'immagine termica. Questo sistema affronta entrambicoordinamento e operazioni congiunte tra i singoli soldati(Figure 27–29) eoperazioni congiunte tra singoli soldati e altri rami militari. Gli esempi includono la designazione dei bersagli sul campo di battaglia e la guida della potenza di fuoco aerea o degli attacchi di artiglieria per un ingaggio preciso dei bersagli.

Figura 27 Sistema d'arma francese FELIN per soldato individuale

Come mostrato nella Figura 27, il mirino a "triplice-ottica" è una componente fondamentale dei futuri sistemi d'arma dei singoli soldati. L'immagine raffigura il sistema d'arma francese FELIN per soldato individuale, in cui il soldato può azionare il mirino termico tramite i pulsanti situati sull'impugnatura anteriore del fucile d'assalto mentre mira.

Figura 28 Mirino termico del sistema francese FELIN Individual Soldier

Come mostrato nella Figura 28, le immagini termiche del mirino termico del sistema francese FELIN per soldato individuale possono essere trasmesse al display montato sull'elmetto-, consentendo ai soldati di mirare e sparare indirettamente con il fucile d'assalto FAMAS.

Figura 29 Sistema di combattimento francese del "futuro soldato".

Come mostrato nella Figura 29, questo è uno scenario operativo del sistema di combattimento francese "Future Soldier"-il sistema "Integrated Infantry Equipment and Communications" (FELIN). Un soldato disteso a terra utilizza una termocamera portatile "JIM MR" per l'osservazione, dirigendo un altro soldato in piedi dietro un albero al riparo per ingaggiare bersagli con un fucile d'assalto "FAMAS" dotato di mirino diurno-e-notturno "Spada".

Una versione semplificata del sistema di combattimento "Soldato del futuro" rende possibile il concetto di "guardalo, spara" integrando mirini termici con display montati sul casco-. Ciò consente ai soldati di ingaggiare bersagli senza bisogno di alzare e puntare i fucili (Figure 30 e 31). Negli ambienti urbani o nella giungla, dove la visibilità è spesso scarsa o la visuale è limitata, i bersagli possono apparire a distanza ravvicinata, lasciando poco tempo per la mira tradizionale. Con questo sistema, i soldati possono sparare non appena vedono il bersaglio-ottenendo veramente il "guardalo, spara".

 Figura 30 Integrazione dei mirini termici con i display montati sul casco- per ottenere il risultato "Guardalo, spara"

Figura 31 L'integrazione dei mirini termici con i display montati sul casco- consente la funzionalità "guardalo, spara" per il fuoco delle mitragliatrici pesanti.

Apparecchiature individuali per l'imaging termico negli Stati Uniti

L’esercito americano pone un’enfasi significativa sul miglioramento delle capacità operative dei singoli soldati. Ciò si riflette non solo nello sviluppo e nella produzione di una vasta gamma di armi leggere su misura per vari scopi, ma anche nella vasta gamma di apparecchiature di imaging termico per i singoli soldati. Ciò include termocamere portatili, termocamere portatili, mirini termici per armi leggere, mirini termici a clip-, monocoli per termocamere, binocoli per termocamere, termocamere a clip-e termocamere montate su casco-, tra gli altri.

Il progresso della tecnologia di imaging termico di seconda-generazione negli Stati Uniti ha superato le limitazioni imposte dai vincoli di dimensioni, peso, costo e affidabilità della tecnologia di imaging termico di prima-generazione. Di conseguenza, le singole apparecchiature di imaging termico statunitensi hanno raggiunto livelli-leader a livello mondiale in tutti gli aspetti, tra cui diversità strutturale, varietà di modelli, prestazioni funzionali, scala di implementazione e utilizzo operativo pratico. Le principali manifestazioni di questa leadership sono le seguenti:

1) Copertura di tre finestre di trasmissione atmosferica
L'esercito statunitense ha sviluppato e distribuito termocamere individuali con gamme di risposta spettrale che coprono tutte e tre le finestre di trasmissione atmosferica: infrarossi a onde corte- (1 μm–2,5 μm), infrarossi a onde medie-(3 μm–5 μm) e infrarossi a onde lunghe-(8 μm–14 μm).

2) Sviluppo parallelo di molteplici percorsi tecnologici
Per garantire il successo del programma di termocamere individuali di seconda-generazione, gli Stati Uniti hanno perseguito una strategia di sviluppo di più percorsi tecnologici in parallelo. In termini di metodi di imaging, gli approcci includono imaging a scansione optomeccanica, imaging a scansione elettronica e imaging fisso. Per quanto riguarda i rilevatori a infrarossi sul piano focale, sono stati avanzati sia i tipi raffreddati che quelli non raffreddati. Dal punto di vista dei materiali del rivelatore, sono stati utilizzati materiali di tipo quantistico-come tellururo di mercurio-cadmio (HgCdTe), antimoniuro di indio (InSb), siliciuro di platino (Pt:Si), seleniuro di piombo (PbSe) e arseniuro di indio-gallio/arseniuro di gallio (In₁₋ₓGaₓAs/GaAs), insieme a materiali di tipo termico-come come titanato di bario-stronzio (BST), ceramiche di titanato di zirconato di piombo (PZT), film sottili di ossido di vanadio (VOₓ) e silicio amorfo (-Si). Storicamente, la tecnologia più matura-il dispositivo di raffreddamento termoelettrico a 6 stadi-raffreddato da 40×16-elementi HgCdTe TDI rilevatore del piano focale con imaging a scansione optomeccanica-è stata sviluppata per prima e ha visto la produzione e l'implementazione su larga scala. La tecnologia del rilevatore del piano focale non raffreddato, che comportava alcuni rischi tecnici, è stata adottata per la produzione e l’impiego su larga scala solo dopo aver raggiunto la maturità.

3)Due approcci tecnologici agli array di piani focali a infrarossi-a onda lunga non raffreddati

Per mantenere la leadership globale nella tecnologia di imaging termico, alla fine degli anni '80 gli Stati Uniti hanno avviato attività di ricerca e sviluppo classificate sulla tecnologia FPA (Focal Plane Array) a infrarossi a onda lunga non raffreddata. Per garantire il successo di questa tecnologia, gli Stati Uniti hanno perseguito due approcci tecnologici paralleli: la tecnologia FPA ferroelettrica ibrida e la tecnologia FPA microbolometrica integrata- all'ossido di vanadio (VOx). All'inizio degli anni '90, quando questa ricerca fu declassificata, furono raggiunti progressi in entrambe le tecnologie FPA non raffreddate: il tipo ferroelettrico che utilizza materiali ceramici al titanato di bario stronzio (BST) e il tipo microbolometrico che utilizza film sottili di ossido di vanadio (VOx). Le termocamere che utilizzano questi due tipi di FPA non raffreddati sono state sviluppate, prodotte in massa-e messe in campo con successo, dando agli Stati Uniti un vantaggio di circa 15 anni nella tecnologia di imaging termico non raffreddato. Successivamente, è stata sviluppata con successo anche la tecnologia FPA a infrarossi a onda lunga non raffreddata-basata su materiali a film sottile-di silicio amorfo (-Si), con le corrispondenti termocamere che entrano nella produzione e implementazione di massa. Oggi, le tecnologie FPA non raffreddate ferroelettriche, all’ossido di vanadio e al silicio amorfo rappresentano i tre approcci principali.

4)Sviluppo di cinque generazioni di Focal Plane Array non raffreddati

Per sostenere la leadership nella tecnologia di imaging termico del singolo soldato, gli Stati Uniti hanno continuato a progredire attraverso cinque generazioni di tecnologia FPA non raffreddata (vedere Figura 1), contrassegnate dal formato del rilevatore e dal passo dei pixel:

Prima generazione: Passo pixel di 51 μm × 51 μm, con formati come 320 × 240.

Seconda generazione: Passo dei pixel compreso tra 25 μm e 35 μm, con formati inclusi 320 × 240, 160 × 120 e 640 × 480/512.

Terza generazione: Passo pixel di 17 μm × 17 μm, con formati come 320 × 240, 640 × 480/512 e 1024 × 768.

Quarta generazione: Passo pixel di 12 μm × 12 μm, con formati inclusi 206 × 156, 320 × 240, 640 × 480/512 e 1024 × 768.

Quinta generazione: Passo pixel di 5 μm × 5 μm, con formati come 1280 × 720.

Nel corso di queste generazioni, la differenza di temperatura equivalente al rumore (NETD) degli FPA non raffreddati è migliorata da circa 100 mK nella prima generazione a un minimo di 10 mK nell'ultima generazione (pur mantenendo un'apertura relativa intorno a f/1).

Gli Stati Uniti hanno sviluppato una gamma completa di specifiche FPA (Focal Plane Array), tra cui:

160 × 120 (un quarto VGA)

320 × 240/256 (metà formato TV o metà VGA)

640 × 480 (formato TV completo o VGA)

1024 × 768 (formato quasi-TV ad alta definizione o QXGA)

1920 × 1080 (formato TV ad alta definizione o HDTV).

Figura 1 Sviluppo continuo da parte degli Stati Uniti di cinque generazioni di tecnologia Focal Plane Array non raffreddata

Come mostrato nella Figura 1, per garantire la leadership nella tecnologia di imaging termico del singolo soldato, gli Stati Uniti hanno continuato a progredire attraverso cinque generazioni di tecnologia FPA (Focal Plane Array) non raffreddata. La figura illustra l’evoluzione tecnologica dal 1996 al 2012.

5) Sviluppo di componenti comuni, moduli e sistemi completi per l'imaging termico dei singoli soldati

Gli Stati Uniti hanno sviluppato simultaneamente componenti comuni, moduli comuni e sistemi comuni completi per l'imaging termico dei singoli soldati. Il software di elaborazione delle immagini è stato progettato per essere-configurabile e personalizzabile dall'utente, riducendo significativamente le dimensioni, il peso e il consumo energetico. Questo approccio soddisfa efficacemente i vincoli di "dimensioni, peso e potenza" (SWaP) delle termocamere dei singoli soldati.

6)Forme diversificate di termocamere individuali
Lo sviluppo di componenti e moduli comuni per l'imaging termico non raffreddato ha abbassato le barriere tecniche per la ricerca, lo sviluppo e la produzione di singole termocamere. Ciò consente alle aziende di piccole e medie-dimensioni di progettare e produrre un'ampia gamma di dispositivi, tra cui termocamere portatili, termocamere portatili, telescopi termici monoculari, telescopi termici binoculari, mirini per armi termiche e termocamere montate su elmetto-. Il numero di modelli disponibili supera i 100, migliorando contemporaneamente l'affidabilità, la durata e l'usabilità tattica di questi sistemi.

7)Sviluppo di software applicativo versatile per termocamere individuali
È stato sviluppato e implementato un software applicativo avanzato e ricco di funzionalità-per singole termocamere. Questi includono varie modalità di correzione della non-uniformità, opzioni multiple di reticolo/mirino, funzionalità di telemetria delle immagini termiche, diverse modalità di elaborazione delle immagini, pseudocolore e "colorazione intelligente", misurazione radiometrica della temperatura, fusione di immagini termiche con immagini visibili/a scarsa-luce e archiviazione di video termici e immagini catturate da fotogrammi-. Questi progressi migliorano significativamente la qualità dell'immagine espandendo e perfezionando le capacità funzionali.

8)Integrazione di più sensori con termocamere
Le singole termocamere ora integrano vari sensori, come fotocamere a luce visibile-, telemetri laser, designatori laser, ricevitori GPS, gruppi micro-giroscopici, altimetri barometrici e inclinometri, estendendo così la loro funzionalità.

9)Incorporazione dello spazio di archiviazione-incorporato
È stata aggiunta-memorizzazione integrata alle singole termocamere, consentendo la registrazione di video e immagini nonché la riproduzione post-missione.

10)Aggiunta di Bluetooth o Wi-Fi
L'integrazione di Bluetooth o Wi-Fi nelle singole termocamere consente il controllo remoto wireless, la condivisione di video o immagini registrati sulle reti e la riproduzione su dispositivi abilitati alla rete-come smartphone, tablet e televisori.