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第31章 光纤

人们很早就已发现弯曲的玻璃可以传光。在一个不透光的暗箱中安装一只电灯,把一根弯曲的玻璃棒的上端插入箱中,打开电灯,在棒的下端会有光线射出。这是因为从上端进入捧的光线在棒的内壁多次发生全反射,沿着锯齿形的路线顺玻璃棒传到了棒的下端。

利用弯曲玻璃可以传光的原理制成的光纤按照这一原理,人们制造出一种特殊的玻璃丝。先用石英为原料制成直径只有几微米到几十微米的细丝内芯,再在细丝的外面包上一层折射率比它小的材料制成的外套,光线在内芯和外套的界面上发生全反射,传播途中就不会因漏射而损失入射光的能量,这就是光导纤维,简称光纤。

光纤出现后,很快被人们用在光信号的远距离传送上。实现了光信号的有线传送,这就是光纤通信。

一根光纤只能传送一个很小的光点,若把数以万计的光纤整齐排列,形成一束规则排列的光缆,光缆两端光纤排列的相对位置相同,就可以传送光信号图像了。光缆不仅能远距离传送图像,还能传送声音(光纤电话)。在声音的发送端,通过声电转换和电光转换,把声音信号转变成强弱变化的光信号,通过光缆传到接收端,接收端再通过相应的转换,把光信号还原成声音信号。

光纤通信最大的优点是信息容量大。一根头发丝那么细的光纤维可以传送625根铜导线所能传送的电话。一条光通讯线路,可通一亿路电话,就是说,两亿人可同时通过一条线路讲话而互不干扰,且很清晰。除此而外,光缆还具有成本低、质量轻、铺设方便、保密性强的优点。国内外已有许多城市实现了光纤通信,新铺设的海底光缆跨越大洋两岸。我国第一条通信光缆已于1993年10月15日在京开通,全长3074千米,连接北京、广州、武汉三大城市。全面应用光纤通信的时代已经向我们走来。望远镜在了解军用望远镜之前,我们首先了解下它的历史。透过历史,或许会看到很多有趣的东西。

流入我国的第一具望远镜是明天启六年(1626年)由德国传教士汤若望携带入京的。汤若望和李祖白两人共同翻译了《远镜说》一书,把西方望远镜的制作方法介绍到中国。明崇祯二年(1629年),大学士徐光启奏请装配三具望远镜来测天象,由汤若望监制的望远镜崇祯皇帝还去看过。中国民间较早独立制造望远镜,见诸记载的是明末苏州人孙云球。据康熙《吴县志》载,登上虎丘用孙云球自制的“千里镜”试看,“远见城中楼台、塔院、若接几席,天平、灵岩、穹窿诸峰,峻赠苍翠万,象毕见。”

中国最早将望远镜用于军事的则是明末苏州人薄珏,薄珏创造性地把望远镜放置在自制的火炮上,提高了射击精度。清代特别是鸦片战争之后,外国的望远镜逐渐进入中国。如清康乾时期的宫迁画师郎世宁所绘香妃戎装像上,顶盔贯甲的香妃就令人瞩目地握着一具单筒望远镜。从1859年英国人俄李范所著《跟随额尔金勋爵出使中国日本亲历记》一书的插图可知,当时入侵广州的英法联军所使用的是单筒伽利略式望远镜。

1937年5月,国民党军政部兵工署军用光学器材厂筹务处按照荷兰的图纸资料,在3个月的时间内仿造出荷兰式三倍直筒望远镜样品。同年,柏林大学公费留学生龚祖同奉命到德国亨索尔茨厂实习,在威德特教授的指导下,与金广路一起设计了6×30(放大倍率6倍,物镜直径30毫米)双筒军用望远镜。1939年1月,昆明二十二兵工厂(后与五十一兵工厂合并改为53兵工厂)开始试制双筒望远镜。3个月后,试装出中国第一具双筒军用望远镜,从1939~1949年,共生产了2万余具。这种望远镜曾以当时军政部部长何应钦的号“敬之”命名,后改称“中正式”。这种望远镜采用左右调焦,右目镜中有密位分划,用于测距,镜体上饰硫化皮制的防热层,花纹大面凸现,外观粗犷。“中正式”及“军政部造”的椭圆形标记用极细的金属丝嵌入镜体端面。

在抗日战争前,国民党军队不仅战术思想师法德国,连武器装备也是由德国进口或仿德国样式制造。望远镜也不例外,从德国引进较多的是著名的“蔡司”望远镜。抗日战争中后期,国民党军主力部队曾批量装备由美国提供的威斯汀豪森公司生产的M3型6×30和M16型7×50军用望远镜。这两种望远镜在二战时曾大量装备盟国部队。值得一提的是,战后日本自卫队和台湾地区军队亦仿制美国望远镜装备部队。美式望远镜不同于欧式望远镜,只能从后面(目镜)方向打开,这种结构牢靠且密封性能好,但制造复杂,成本高。无论是国民党军的“中正式”还是不同时期进口的德国、美国以及英国和加拿大的军用望远镜,都曾被我人民解放军大量缴获,成了为我所用的战利品。例如,红军在中央苏区反“围剿”中缴获的一具德国八倍“蔡司”,抗日战争时,一直为周恩来所使用;彭德怀元帅指挥西北解放战争时,一直使用的是一具德国6倍“蔡司”。解放战争中我东北野战军缴获美式望远镜较多,如罗荣桓元帅使用的是M3型6倍望远镜,指挥塔山阻击战闻名的胡奇才中将使用的是M16型7倍望远镜;抗日战争中,我军缴获侵华日军6倍军用望远镜多种,其中标明“富士”的日军望远镜,其实是德国“蔡司”的翻版,我八路军一一五师首战平型关即缴获日军板垣师团第21旅团装备的此种望远镜。以及日军专供炮兵使用的所谓“炮二型”6倍望远镜,以及TOKO8倍、10倍望远镜。

新中国建立初期,我人民解放军装备的望远镜多是引进苏联、捷克和民主德国的。如上世纪50年代进口苏联的Б6(6×30)和Б8(8×30)望远镜,捷克的ХЪК6×30、ХЪК8×30望远镜,以及民主德国耶拿(JENA)制造的“蔡司”6×30、8×30及7×50、10×50、15×50几种望远镜。50年代,中国进口的军用望远镜,无论是光学系统还是外观,德国“蔡司”最好,前苏联次之。捷克的ХЪК望远镜外观较粗糙,镜体没有采用硫化胶皮的防热层,而仅涂以黑漆。

20世纪60年代初,我国的望远镜也同其他武器装备一样,走上了自行设计生产的道路。我国自行生产了六二式8×30望远镜、六二式8×30观红型、六三式15×50型军用望远镜。这三种望远镜均按照当时民主德国和苏联的同类望远镜结构及样式制造,广角大视场,光学性能及坚固性达到了非常高的水平。特别是六二式观红型的左物镜后焦面装有一个感光屏,通过目镜可以看到红外光源的影像即可观察到敌方使用红外夜视器材的情况。我国当时还为边防瞭望哨所配备了极少量的大型双筒望远镜,主要是民主德国的耶那、蔡司25-40×80、20-31-50×80型,后来我国也仿其生产了几种大型双筒望远镜,其中以98厂的25-40×100型最好。

近年来,我国采用先进技术,又为部队设计生产了88式12×40望远镜,这是国产的惟一一款美式结构的军用望远镜。我国目前研制的最新型军用双筒望远镜是九五式7倍系列,仍旧是全金属结构硫化镉饰皮,主要是外观及工艺上有了较大地提高,并采了新的光学材料,镜片采用了MC镀膜,经试用其亮度及色彩还原非常好、成像锐度高,较以往我国的军用望远镜成像严重偏黄的现象有了较大改善。九五式望远镜还采用了高密封技术,具有良好的防尘防水性能,测距方式上首次采用了新的测距曲线,可以直接读出距离。据研制部门称,各方面均达到国际先进水平。

在市面上,我们通常会发现,出售的望远镜里面,军事望远镜的价位要高一点,甚至要高出很多,这是为什么呢?难道军事望远镜有什么特别的地方吗?

事实上,军用望远镜虽然基本原理与普通民用望远镜没有什么区别,但由于使用环境、观测对象不同,两者存在很多区别。

首先,它们的光学系统各有不同。军用望远镜大多有分划板,夜间使用的其分划板还带灯光照明。军用望远镜的出瞳距离比较大,以便观测者佩戴防毒面具。为防止射击时撞击头部,有的瞄准镜出瞳距离大到七八十毫米,还要备有软硬适度的眼罩和护额。

从光学性能和结构性能上来说,军用望远镜比较优良,可靠性较高,因为它的设计更加审慎,用材质优、工艺考究。例如像质好、杂散光少,放大倍率与入瞳大小匹配以达到最佳分辨率。军用望远镜的外壳采用金属而不用塑料,以确保长期使用后不开裂、不变形。与之相比,普通民用望远镜在密封和用材方面要差些,有的不仅是塑料壳,甚至内部镜片也用塑料制造。

由于质量要求高,军用望远镜在出厂前都要经过环境试验。一般包括振动试验、高温(55℃)试验、低温(-45℃)试验、淋雨或浸水试验、气密试验。经过这些试验,产品性能仍能保证在规定范围内的才能出厂。有的产品镜体内还自带干燥器,出厂前抽出空气再灌入干燥空气或氮气,有效地防止日后内部镜片长霉生雾。普通民用望远镜一般不做环境试验,或仅做部分试验。这一点是人们从市场上难以了解到的,仅从产品外貌上也看不出来。

由于这些区别,军用望远镜的设计制造要投入高得多的成本,所以其售价也比普通民用望远镜高。

通常我们所说的军用望远镜限指手持、双筒、以观察搜索为主要目的的望远镜,其工作原理、外观和普通民用望远镜没有多大区别。由于用途不同,其他军用望远仪器具有不同的名称,例如瞄准镜、光学测距仪、炮队镜、方向盘、周视镜、潜望镜、侦察经纬仪等。这些仪器都具有观察搜索远距离目标的功能,同时又具有自身的特殊功能。

瞄准镜种类繁多,用于轻武器、火炮、坦克、飞机、舰艇等。它们共同的特点是利用望远镜中设置的分划板,在分划板上刻上相应的瞄准分划或标志。有的刻有多个分划标志,用来装定弹道修正量、运动目标提前量、横风修正量。有的刻有测距和测高分划标志。随着电子技术、传感器和计算机的发展,瞄准镜的分划已不限于传统的分划板了,瞄准点将由计算机产生,再“注入”望远镜中或屏幕上,而瞄准点的装定修正将自动完成。此外,有的瞄准镜兼有稳像功能,可以让载体在行进中进行瞄准射击。

光学测距仪与上述的利用分划板测距的望远镜不同,它由左右两个分布间距较大的两支望远镜组成。由于左右两物镜对目标的位置有差异,目标在两物镜像平面上的像位置也有微小差异。测量这个微小差异就能换算出目标距离。测量的方法有两种:一种是移动右支像去与左支像重合,称为合像式光学测距仪;另一种是借助人眼的立体视觉使左右两支像合影,比较立体像的纵深,称为体视光学测距仪。光学测距仪的测距精度随目标距离增大将显著降低。为提高精度,不得不增大左右支物镜的距离,增加望远镜的放大倍率,这就导致仪器尺寸太大而笨拙。因此,近年来光学测距仪已逐渐被激光测距仪所代替。

炮队镜也称剪形镜,配置两个左右分布的有潜望高的望远镜。两镜合拢后可获得最大潜望镜高度,检查以及测量目标的距离、高度、方位。它操作简便,而且不受雨、雾及黑夜的影响,分开后即增大两个入射瞳孔的距离,可以进行测距,提高仪器的体视放大率。它也能俯仰和水平转动,测量方位角。方向盘配置的是单筒望远镜,另外还配有一个指北针,而且望远镜可以俯仰和水平转动。借助方向盘可以标定目标的磁北方位角和地理方位角。炮队镜和方向盘一起用来布置阵地的炮位,是牵引火炮炮兵中常见的设备。

周视镜不同于一般的折轴望远镜,它内部的棱镜或反射镜按一定的规律转动,把不同方位的目标像引到固定的观测位置,同时还能保持目标像处于正立状态,这样观察者就可以在保持不动的情况下环视360°。

随着现代电子技术的发展,某些望远仪器已经被逐渐淘汰,但望远镜的基本成像原理仍旧在军事观测、制导中得到广泛应用。