Роботизированный комплекс гуманитарного разминирования

Назад

Гамма-активационная технология гуманитарного разминирования

                        А.И.Карев, В.Г.Раевский, Физический институт им.П.Н.Лебедева РАН
                        Ю.А.Коняев, А.С.Румянцев, ОАО "ЦКБ Алмаз"
                        В.И.Колесниченко, Московский НИИ приборной автоматики.

Невозможно построить мир на заминированной земле.

/Е.М. Примаков/

Р Е Ф Е Р А Т

Причина технологического кризиса в решении проблемы глобального разминирования состоит в том, что существующие методы обнаружения взрывоопасных предметов (ВОП) ориентированы в основном на использование ручных методов поиска ВОП и по основным параметрам: вероятности обнаружения, числу ложных срабатываний и быстродействию они не удовлетворяют предъявляемым к ним требованиям. Выход из кризиса заключается в использовании безлюдной технологии разминирования и применении роботизированных систем обнаружения ВОП, основанных на новых физических принципах. Предложен новый гамма-активационный метод прямого обнаружения взрывчатых веществ (ВВ). Метод основан на регистрации специфических ядерных реакций на ядрах атомов азота и углерода - химических элементов, входящих в состав всех боевых ВВ. Описывается проектируемый мобильный комплекс, реализующий этот метод поиска ВОП, и приводятся характеристики, демонстрирующие его высокую эффективность, производительность и соответствие стандартам ООН. Показано, что применение комплекса позволяет реализовать безлюдную технологию разминирования, при этом производительность по сравнению с традиционными ручными методами разминирования возрастает в сотни раз при вероятности обнаружения ВВ не менее 99,6%.

Gamma-activation technology for humanitarian demining

A.I.Karev, V.G.Raevsky, Lebedev Physical Institute of RAS
Yu.A. Konyaev, A.S.Rumyantsev, JSC “CDB Almaz”
V.I.Kolesnicheko, Moscow Research Institute of Automatic Devices.

ABSTRACT

The reason of technological crisis in the solution of the global demining problem consists in existing methods of detection of explosive subjects (ES) which are oriented, basically, to use of hand-operated technology of ES search. The main parameters of these methods: probability of detection, number of false signals and operating speed do not satisfy of qualifying standards. The way out is application of unmanned technology of the demining and robotic systems of ES detection which are based on new physical principles. The new gamma-activation method of direct detection of the explosive is offered. The method is based on registration of specific nuclear reactions on nucleuses of nitrogen and carbon atoms - chemical elements, which are main parts of all ES. The designed mobile complex realising this method of ES detection is described. The characteristics of the complex are resulted. They demonstrate of high efficiency, productivity and conformity to the UN-standards. It is shown the application of the robotic complex permits to realise "non hand-operated" technology of demining. The productivity of the complex grows in hundreds times in comparison with conventional "hand-operated" methods of the demining and probability of ES detection is not less than 99,6 %.

Введение

XXI век получил от прошлого столетия тяжелое наследство – “минную чуму”. В 70 странах мира установлены ~ 120 миллионов противопехотных (ППМ) и противотанковых (ПТМ) мин и другие взрывоопасные предметы (ВОП). Это результат боевых и террористических действий, которые человечество вело в прошлом веке. Ежедневно в мире жертвами мин становятся 70 мирных жителей, каждый третий пострадавший - ребенок. Фактически, каждые 20 минут на мине подрывается человек!

Территории зараженные "минной чумой" не могут быть включены в хозяйственный оборот, что существенно для перенаселенных стран с малыми территориями. Эти проблемы относятся и к территориям России и стран СНГ, где происходят вооруженные конфликты, а также остались мины и боеприпасы со времен Великой Отечественной войны. На сегодняшний день на территории только 9 субъектов Российской Федерации требуют разминирования более 5400 км². земель [1].

Для борьбы с "минной чумой" сосредоточены политические, организационные, финансовые, научные и технологические усилия различных международных, национальных правительственных, неправительственных и религиозных организаций. Для проведения работ по тотальному разминированию территорий под эгидой ООН в 1996 году были разработаны “Международные стандарты на проведение операций по разминированию в рамках гуманитарных акций под эгидой ООН” [2]. В этих стандартах определен весь комплекс мероприятий по проведению работ и сформулированы основные и очень жесткие требования к качеству очистки территорий. В числе этих требований - удаление не менее 99,6% ВОП, находящихся в земле на глубине до 20 см.

К сожалению, имеющиеся технические средства обнаружения и нейтрализации мин не позволяют обеспечить столь высокое качество очистки, поэтому по данным ООН более 80% очищаемых территорий сегодня разминируется вручную. Это приводит к низкому темпу проведения работ, их высокой стоимости и обуславливает высокую степень риска для персонала команд разминирования. Так, по мнению экспертов, на разминирование всей планеты с использованием существующих технологий потребуется около 1000 лет, стоимость работ составит 65-100 млрд. долларов, а на каждые 5000 обезвреженным мин придется один погибший и двое покалеченных саперов. И все это при условии полного запрещения применения минного оружия.

В настоящее время минная ситуация на планете только ухудшается. В результате продолжающихся локальных войн, региональных конфликтов и террористических акций, несмотря на все усилия по глобальному разминированию, количество установленных мин возрастает. На одну найденную из 120 миллионов мин, приходится 20 вновь установленных!

1. Технологический кризис проблемы гуманитарного разминирования

С технической точки зрения разминирование заключается в решении двух задач: обнаружении мины и ее обезвреживании. После того, как мина обнаружена нейтрализация ее, обычно, не представляет сложности. В большинстве случаев обнаруженные мины уничтожаются на месте с помощью подрывных зарядов и соответствующих устройств. Наибольшую сложность представляет собой решение именно задачи обнаружения мин.

История создания и развития современных методов обнаружения ВОП насчитывает уже почти 70 лет. Особенно интенсивно их развитие идет три последних десятилетия, следуя за развитием минного оружия и возникновением такой проблемы, как международный терроризм.

Современные средства обнаружения ВОП оцениваются в части поисковых возможностей двумя важнейшими показателями: вероятностью обнаружения и темпом поиска (производительностью).

В настоящее время предложено множество методов обнаружения ВОП от визуального осмотра и применения специально дрессированных животных до использования ядерно-физических эффектов и генномодифицированных насекомых, реагирующих на запах ВВ [3,4]. Однако следует констатировать, что ни один из разработанных к настоящему времени методов обнаружения ВОП по своим основным параметрам (чувствительности, избирательности, быстродействию) не удовлетворяет, как требованиям стандартов ООН для гуманитарного разминирования, так и общей задаче глобального разминирования планеты в обозримом будущем. Налицо технологический кризис проблемы гуманитарного разминирования не смотря на все технологические и финансовые усилия сообщества. Данный кризис является следствием того, что большинство разработок новых методов обнаружения ВВ и усовершенствование прежних были направлены на использование ручных технологий разминирования с непосредственным участием человека. Это отражает принятую в начале 90-х годов политическую и экономическую доктрину проведения работ по гуманитарному разминированию в слаборазвитых странах силами местного населения, обучив их и дав им дешевую, но малоэффективную технику обнаружения ВВ. На разработку таких методов и приборов мировое сообщество выделяет средства в приоритетном порядке.

В настоящее время, как и полвека назад, наиболее распространенным техническим средством обнаружения ВОП является индукционный миноискатель, принцип действия которого основан на обнаружении металла содержащегося в мине. Современные приборы способны обнаруживать массу металла, исчисляемую граммами, поскольку такое его количество содержится в минах с неметаллическими корпусами. Однако высокая чувствительность миноискателя приводит к тому, что в местах бывших боев при поиске на одну обнаруженную мину приходится от 100 до 1000 ложных сигналов, источниками которых становятся многочисленные осколки и пули находящиеся в земле. Это делает практически невозможным дальнейшее использование прибора и заставляет сапера взять в руки саперный щуп и сантиметр за сантиметром прощупывать впереди себя почву. Так ему удается очистить от мин за день от 20 до 50 м². Кроме того, за время от окончания боевых действий до начала разминирования почва, как правило, покрывается травой и кустарником, что еще больше снижает темп поиска ВОП и увеличивает риск работы сапера.

В качестве примера можно привести операцию по гуманитарному разминированию Кувейта. По данным российского отделения международной организации “Международная кампания за запрещение противопехотных мин (МКЗППМ)” разминирование Кувейта — самая всеобъемлющая на сегодняшнее время операция по разминированию, осуществленная на коммерческой основе. Стоимость операции в Кувейте составила 961538 долларов за км² (700 миллионов долларов за 728 км²). В ней участвовало 4000 иностранных саперов, 84 из которых погибли. В процессе оценки результатов операции были обнаружены пропущенные саперами мины, и сегодня большие районы подвергаются повторному обследованию [5].

2. Безлюдная технология обнаружения и обезвреживания ВОП

Выход из создавшегося технологического кризиса на сегодняшний день возможен двумя путями. Первый путь – разработка установок, использующих, так называемые, мультисенсорные датчики, т.е. комбинации приборов обнаружения на известных принципах с одновременным увеличением их числа для повышения производительности. Совместная работа этих приборов и сложная компьютерная обработка должны, в принципе, повысить вероятность обнаружения ВОП и увеличить темп поиска и тем самым производительность.

Второй путь – использование принципиально новых методов обнаружения ВОП, например, из арсенала фундаментальной физической науки, точнее, физики средних и высоких энергий. Такой метод существует, называется он – “Гамма-активационный метод обнаружения скрытых взрывчатых веществ” и успешно разрабатывается, применительно к задачам гуманитарного разминирования, в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН).

Реализация указанных путей решения проблемы требует совершенно иного способа проведения работ по разминированию на местности: отказа от применения ручных методов поиска и обезвреживания мин с прямым участием человека, и использование безлюдной технологии с применением роботизированных мобильных установок, исключающих непосредственный контакт человека с взрывоопасным предметом.

Развитие и применение безлюдной технологии в гуманитарном разминировании характеризуется тремя направлениями:

механизация очистки от ВОП без их обнаружения

роботизация процесса обнаружения ВОП (дистанционно управляемые системы)

автоматизация разминирования (комбинация обнаружения и очистки).

Первое направление исторически связано с применением различных механических минных тралов в войсковых противоминных операциях. В последние годы рядом фирм ведется интенсивная разработка различных механических минных тралов предназначенных для гуманитарного разминирования. Эти тралы представляют собой металлические катки, фрезы и цепные устройства, которые, воздействуя на грунт, призваны вызвать подрыв мины или ее разрушение [6]. Применение тралов позволяет очистить от ВОП до 80% местности, но эти действия вызывают загрязнение территории частицами ВВ из разрушенных мин, что неблагоприятно сказывается на плодородии почвы и увеличивает вероятность ее эрозии. Однако, несмотря на эти недостатки, механические минные тралы все же находят применение в акциях по гуманитарному разминированию.

Второе направление связано с разработкой и созданием мультисенсорных систем, в которых сигнал обнаружения формируется как логическая функция от сигналов, поступающих от различных датчиков. В качестве удачного примера такой системы можно привести разработанный в Канаде мобильный комплекс [7], оборудованный индукционным миноискателем, подповерхностным локатором и телевизионными камерами видимого и ИК диапазонов. В ходе испытаний эта система при совместном использовании всех датчиков обеспечила вероятность обнаружения ВОП на уровне 96%. .

Третье направление – связано с созданием машин будущего, использующих новые высокоэффективные методы и средства поиска скрытых взрывчатых веществ. Они должны работать на минных полях самостоятельно, обнаруживать ВОП, обезвреживать их и отмечать очищенную местность, при этом все требования ООН по качеству разминированию должны выполнятся.

Все три направления объединяет общая, и по существу новая, технология гуманитарного разминирования. Все установки размещаются на телеуправляемых колесных или гусеничных носителях. Управление этими машинами осуществляется дистанционно операторами из удаленных кабин управления. Такие установки предназначены для разминирования больших открытых (доступных для этой техники) участков местности, прежде всего, сельскохозяйственного назначения.

В настоящее время усилиями организаций, представленных авторами настоящей статьи, ведется разработка высокоэффективного и быстродействующего роботизированного мобильного комплекса, предназначенного для обнаружения мин и взрывоопасных предметов и ориентированного на применение в действиях по гуманитарному разминированию. В основу функционирования системы положен гамма-активационый метод обнаружения и идентификации ВВ по повышенной концентрации азота и углерода, составляющих основу всех современных боевых взрывчатых веществ.

3. Роботизированный комплекс для гуманитарного разминирования на основе гамма-активационного метода обнаружения ВОП

3.1. Физические основы гамма-активационного метода обнаружения ВВ.

Суть гамма-активационного метода состоит в обнаружении в обследуемом объеме повышенной концентрации азота и углерода. Для этого используется регистрация продуктов распада короткоживущих изотопов ¹²B (бор-12) и ¹²N (азот-12) с периодами полураспада 20,2 и 11,0 мс. Эти изотопы рождаются в результате фотоядерных реакций типа: ¹⁴N(g,nn)¹²N, ¹⁴N(g,pp)¹²B, ¹³C(g,p)¹²B на азоте-¹⁴N и углероде-¹³C (примесь изотопа ¹³C в природном углероде - 1,107 %), при их облучении гамма-квантами с энергией большей порогового значения Eg. В конечном состоянии этих реакций образуются также нейтроны-(n) и протоны-(p). Значения энергетических порогов реакций - Eg =31 МэВ для ¹⁴N(g,nn)¹²N, Eg =24 МэВ для ¹⁴N(g,pp)¹²B и Eg =17 МэВ для ¹³C(g,p)¹²B [8].

Образуемые изотопы ¹²B и ¹²N являются бета-активными и в процессе распада испускают электроны и позитроны с максимальной энергией ~13 МэВ и ~17 МэВ, которые, двигаясь в веществе, в свою очередь индуцируют гамма-кванты. Эти гамма-кванты, вместе с электронами и позитронами составляют вторичные продукты распада и могут быть зарегистрированы детектором.

Выбор вышеприведенных реакций в качестве реперных обеспечивает высокую селективность метода обнаружения ВВ, т.к. при облучении любых других химических элементов гамма-пучком с энергией меньше 100 МэВ не образуются никакие другие изотопы с периодом полураспада в диапазоне от 1 до 100 мс. Следовательно, если облучить обследуемый объект импульсом гамма излучения с энергией гамма-квантов выше пороговых значений Eg , то в последующем за ним временном интервале 1 - 20 мс, он откликнется, при наличии в нем достаточной концентрации атомов азота и/или углерода, потоком вторичных частиц от распада изотопов ¹²B и ¹²N, в противном случае этот поток отсутствует. Таким образом, если включить на регистрацию детектор вторичного излучения именно в течение этого временного промежутка, то возможно получить высококонтрастный сигнал, свидетельствующий о наличие азота и/или углерода.

Малое время экспозиции необходимое для обнаружения ВВ (20 мс) обеспечивает высокое быстродействие метода. Процедуру поиска ВВ можно повторять с частотой 50 Гц, смещая точку облучения исследуемой зоны на необходимую величину и осуществляя, таким образом, режим сканирующего обследования.

Еще одним преимуществом описываемой методики является то, что в качестве, как зондирующего излучения, так и носителя полезного сигнала используются гамма-кванты, обладающие высокой проникающей способностью, что позволяет обнаруживать ВВ в грунте на значительной глубине.

Из сказанного выше следует, что такая характеристика образующихся изотопов ¹²B и ¹²N, как малое время распадов, дает уникальную возможность с высокой надежностью (~100%) за малый промежуток времени (~20 мс) в режиме сканирующего поиска определять наличие скрытого взрывчатого вещества. Точка облучения объекта, из которой был получен сигнал отклика, указывает на координаты ВОП.

3.2. Ускорительно - детектирующий комплекс обнаружения ВВ

Современными источниками гамма излучения высоких энергий являются ускорители электронов. Генерация пучка гамма-квантов осуществляется следующим образом. Выведенный из ускорителя пучок ускоренных электронов направляется на тонкую 1 мм пластину-мишень из тяжелого материала (свинец, вольфрам, платина, тантал и т.п.), в которой в результате радиационного торможения возникает узкий пучок гамма-квантов, направление которого совпадает с направлением пучка электронов. Изменяя направление исходного электронного пучка с помощью магнитного поля можно создавать сканирующие пучки гамма-квантов.

Практическая реализация гамма-активационного метода обнаружения ВВ связана с созданием ядра установки - ускорительно-детектирующего комплекса (УДК) с параметрами, удовлетворяющими как требованиям по надежности обнаружения и идентификации ВОП, так и по возможности его применения в составе мобильной установки.

УДК (рис. 1) состоит из трех основных узлов:

компактного импульсного электронного ускорителя;

системы сканирования, конвертора гамма-квантов и системы контроля положения пучка;

быстродействующего детектора вторичного излучения.

Рис.1. Схема ускорительно-детектирующего комплекса

ЭП – электронная пушка, МИ – магнит инжектора,
УС – ускоряющая структура, М1 и М2 – 180^о поворотные магниты,
МВ – магнит вывода, Л1 и Л2 – квадрупольные линзы, МП – магнит поворотный,СК – магнит сканирования, МК – мишень конвертор гамма-квантов,МИК – многопроволочная ионизационная камера, Д- детектор вторичного излучения.

Электронный ускоритель. Основные параметры ускорителя - энергия и импульсный ток ускоренных электронов определяются физическими характеристиками возбуждаемых процессов. Поскольку энергия гамма-квантов должна превышать пороговые значения энергий Еg для возбуждаемых фотоядерных реакций, энергия ускоренных электронов должна быть в диапазоне 50-70 МэВ. Значение импульсного тока ускоренных электронов составляет ~(40-50) мА в импульсе длительностью 5-6 мкс, что обусловлено необходимой интенсивностью пучка гамма-квантов (~10¹² гамма-квантов/импульс), достаточной для образования требуемого для надежной регистрации количества изотопов ¹²B и ¹²N от воздействия одного импульса гамма-излучения.

Выбор типа ускорителя, используемого в качестве источника гамма излучения, имеет принципиальное значение для практического использования метода в мобильных установках. При уникальных физических параметрах ускоритель должен быть надежен и обладать весо-габаритными характеристиками и энергопотреблением приемлемыми для его установки на подвижных носителях. Единственно возможным типом ускорителя для этих целей является специализированный электронный ускоритель - разрезной микротрон (РАМ), принцип работы которого основан на использовании прогрессивной схемы ускорения частиц, впервые в стране реализованной в Физическом институте им. П. Н. Лебедева РАН [9].

Специализированный электронный ускоритель РАМ сконцентрировал новейшие достижения в области высоких технологий, в том числе сверхвысокочастотной и ускорительной техники, и его основные характеристики приведены в таблице 1.

Таблица 1. Технические характеристики ускорителя РАМ

Энергия электронного пучка	50 - 70 МэВ.
Ток пучка в импульсе	до 50 мА
Длительность токового импульса	~ 6 мкс
Частота следования импульсов	50 Гц
Габариты ускорителя	1800 ґ 700 ґ 800 мм
Масса ускорителя	~ 1500 кг
Потребляемая мощность	380 В, 50 Гц, до 20 кВт.

Разрезной микротрон имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным линейным ускорителем, важнейшими из которых являются следующие:

многократное прохождение пучка через ускоряющую структуру обеспечивает повышение электронного КПД ускорителя, что позволяет при заданной мощности СВЧ- питания увеличить ток ускоренного пучка и за счет этого повысить интенсивность тормозного излучения установки;

уменьшаются продольный габаритный размер ускорителя и его масса;

улучшаются электронно-оптические характеристики ускоренного пучка.

Система сканирования, контроля положения пучка и конвертор гамма-квантов объединяет в едином конструктивном узле устройства формирования гамма-пучка и состоит из тракта транспортировки электронного пучка, магнита сканирования, конвертора g -квантов и монитора положения сканирующего гамма пучка. Система окружена локальной радиационной защитой.

Тракт транспортировки пучка формирует пятно облучения на поверхности мишени-конвертора и с помощью поворотного магнита поворачивает электронный пучок в направлении обследуемой поверхности. Магнит сканирования предназначен для динамического изменения направления электронного пучка с целью пошагового облучения обследуемой зоны. Магнитное поле этого магнита задает направление пучка электронов на мишень-конвертор, где пучок электронов конвертируется в пучок тормозных гамма-квантов, направленных вдоль оси отклоненного электронного пучка. Контроль положения сканирующего гамма-пучка осуществляется по данным пучкового монитора - многопроволочной двухкоординатной ионизационной камеры, расположенной за мишенью-конвертором.

Система сканирования обеспечивает последовательное (построчное) перемещение пучка по обследуемой зоне с минимальным шагом 5 см при скорости смещения 1 шаг на импульс ускорителя (с частотой 50 Гц). Точность фиксации положения пучка на объекте - ± 1см при диаметре зоны облучения на поверхности грунта 5 см.

Детектор вторичного излучения предназначен для регистрации продуктов распадов изотопов ¹²B и ¹²N. Если ВОП находится на поверхности земли или на небольшой глубине, то детектор в основном фиксирует электроны и позитроны. Если ВОП находится на большой глубине, то детектор регистрирует гамма-кванты, рождающиеся при движении в грунте распадных электронов и позитронов. Детектор состоит из набора сцинтилляторов - специальных оптических материалов испускающих короткую световую вспышку при прохождении через них элементарной частицы. Световая вспышка преобразуется в короткий электрический сигнал фотоэлектронными умножителями, просматривающими чувствительный объем детектора.

Детектор размещается над зоной облучения. Электронная логика работы детектора позволяет одновременно регистрировать и разделять сигналы от заряженных частиц и гамма-квантов и измерять времена распадов образованных изотопов.

Работа всех устройств УДК обеспечивается автоматизированной системой управления, которая позволяет синхронно управлять и контролировать режимы электронного ускорителя РАМ, управлять системой сканирования, собирать и обрабатывать данные от детектора, выдавать на консоли оператора информацию о динамике хода работ, накапливать в базе данных результаты проводимой работы и обеспечивать работу УДК в нештатных и аварийных ситуациях.

4. Роботизированный мобильный комплекс для гуманитарного разминирования

Прогресс, достигнутый на сегодняшний день в развитии гамма-активационного метода обнаружения ВВ и уровень инженерной проработки, позволил перейти к практической реализации метода и разработке на его базе высокоэффективных установок по поиску ВОП для целей гуманитарного разминирования.

Гамма-активационный метод и параметры специализированного ускорительно-детектирующего комплекса обеспечивают обнаружение ВОП с массой заряда от 125 г на глубине до 20 см и массой от 500 г на глубине до 40 см. Вероятность обнаружения при однократном воздействии гамма-пучка не менее 99,6 %. При этом, остаточная радиоактивность местности полностью отсутствует через несколько минут после облучения.

Кроме того, системы поиска ВОП на основе гамма-активационного метода обладают рядом дополнительными преимуществами. К ним, прежде всего, относятся:

Способность к обнаружению ВВ в любой упаковке.

Высокая избирательность. Установка реагирует только на наличие веществ с повышенным содержанием углерода и азота, составляющих основу современных ВВ. Способы обработки сигналов и соответствующие режимы облучения позволяют обнаружить и различить вещества по содержанию в них углерода и/или азота. Смесь этих элементов характерна только для ВВ. К другим химическим элементам установка не чувствительна. Это является принципиальной основой высокой помехозащищенности.

Высокое быстродействие системы. Параметры ускорителя и методика идентификации позволяют получить и обработать информацию от контролируемого объема за время не более 20 мс, что дает возможность проводить сканирующее обследование с быстродействием 50 точек в секунду.

Возможность получать изображение контура объекта содержащего ВВ за счет сканирования обследуемой поверхности.

Возможность поиска ВОП на местности покрытой кустарниковой растительностью, поскольку расстояние между обследуемой поверхностью и детектором вторичного излучения может составлять 1,5-2 метра.

Разрабатываемый комплекс мировых аналогов не имеет и представляет собой высокотехнологичную мобильную роботизированную систему, создаваемую на основе новейших достижений в области физики средних и высоких энергий, ускорительной и СВЧ – техники, робототехники, машиностроения, ядерной электроники, автоматизации, телеуправления и высоких информационных технологий.

5. Роботизированная машина поиска и обнаружения ВОП

Мобильный роботизированный комплекс состоит из роботизированной машины поиска и обнаружения ВОП (РМП) и кабины дистанционного управления (КДУ). Вариант компоновки РМП на самоходном гусеничном шасси представлен на рис.2. РМП поиска и обнаружения ВОП модульного типа разрабатывается на базе серийно выпускаемого многоцелевого базового гусеничного шасси, имеющего значительные резервы для поэтапного совершенствования как отдельных составных частей, так и системы в целом и предназначено для эксплуатации в различных климатических условиях – от крайнего Севера до южных тропиков.

Рис.2. Компоновка РМП на самоходном гусеничном шасси

1 – детектор вторичного излучения, 2 – контейнер с аппаратурой, 3 – блок гамма-излучателя, 4 – источник первичного электропитания, 5 – технологический кран-манипулятор, 6 – система водоохлаждения.

Самоходное базовое гусеничное шасси дорабатывается для обеспечения дистанционного управления его основными узлами в процессе эксплуатации. Базовое шасси, укомплектованное многотопливным двенадцатицилиндровым двигателем с жидкостным охлаждением, сочетает в себе мощность и экономичность в различных климатических условиях.

Гидромеханическая трансмиссия с гидрообъемным механизмом поворота обеспечивает движение РМП вперед и назад на четырех передачах, бесступенчатый поворот и разворот машины на месте, что является весьма важным условием при дистанционном управлением движением РМП.

Совершенная конструкция ходовой части с гидроамортизаторами, имеющими жидкостное охлаждение, обеспечивает отличную проходимость и высокую плавность хода.

Среднее удельное давление на грунт не превышает 0,8 кг на см². Грузоподъемность базового шасси составляет 11,5 тонн.

Для создания в корпусе необходимых объемов под размещение электронного ускорителя РАМ, источника СВЧ - мощности, системы высоковольтного электропитания, электронной аппаратуры управления УДК и приемной аппаратуры дистанционного управляющего комплекса (ДУК) корпус базового шасси оснащается броневой рубкой (контейнером) для защиты размещаемой в нем аппаратуры от повреждения при случайных подрывах ВОП. Внутри броневой рубки (контейнера) системой климат – контроля поддерживается заданный температурно-влажностный режим для обеспечения устойчивой работы УДК.

В передней части базового шасси располагается узел системы сканирования с конвертором и монитором направления гамма-пучка, окруженный системой локальной радиационной защиты, а также система маркировки разведанного прохода и участка местности с обнаруженными ВОП.

Контейнеры с сцинтилляционными детекторами вынесены вперед за пределы носовой части базового шасси, что позволяет обеспечить беспрепятственную возможность поиска ВОП не только на открытой местности, но и в труднодоступных для поиска местах на местности покрытой кустарниковой растительностью.

В кормовой части базового шасси устанавливается станция электропитания типа ГТД-80 кВт и генераторы 20 и 50 кВт, а также система водяного охлаждения УДК и эжекционная система охлаждения с теплосъемом порядка 4000000 кКал/час.

С правой стороны броневой рубки (контейнера) устанавливается технологический кран – манипулятор.

В носовой части базового шасси размещается система визуализации рабочей области.

В задней части броневой рубки размещаются система радиоуправления и связи, телекоммуникационного информационно – управляющего канала и навигационная аппаратура.

Кроме того, броневая рубка оснащается системой пожаротушения, работающей в автоматическом и ручном режимах.

Навигационная аппаратура обеспечивает высокоточную, всепогодную, непрерывную координатно-временную привязку РМП на местности. В состав навигационного оборудования входят комплект навигационной аппаратуры пользователей (НАП) Глобальной навигационной системы (ГНСС) "Глонасс – GPS Navstar", аппаратура инерциальной навигационной системы (ИНС) и антенная система для приема сигналов с космических навигационных аппаратов. В интегрированном режиме ИНС обеспечивает автономную выработку навигационной информации в случае кратковременного перерыва приема информации от космических аппаратов ГНСС "Глонасс – GPS Navstar".

При необходимости на РМП может быть установлена система для ликвидации ВОП на месте их обнаружения. В этом случае РМП дополнительно комплектуется подвижным экраном, защищающим контейнеры с сцинтилляционными детекторами и оборудование носовой части базового шасси от действия взрывной волны и осколков.

Кабина дистанционного управления

Кабина дистанционного управления (КДУ) предназначена для автоматизированного управления всеми устройствами РМП и обработки результатов поиска ВОП.

В состав КДУ входят:

АРМ УДК – автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора УДК обеспечивает управление УДК, системой электромагнитного сканирования и конверторами тормозного излучения, детекторами вторичного излучения, системой контроля положения пучка гамма-квантов. АРМ оператора управления УДК оснащен системой визуализации рабочей области;

АРМ СПД – АРМ оператора системы передачи данных (СПД) обеспечивает автоматизированный сбор, обработку информации, поступающей от детекторов, контроль состояния РМП и его систем, контроль систем электропитания и охлаждения и кондиционирования, контроль системы радиационной защиты;

АРМ (УДБШ) – АРМ оператора управления движением базового шасси РМП, подвижным экраном, дистанционным подрывом обнаруженных ВОП, системой пожаротушения РМП;

подсистема документирования и протоколирования обнаруженных ВОП;

подсистема отображения;

центральный вычислительный комплекс;

подсистема телекоммуникаций и связи;

подсистема навигации и ориентирования;

подсистема автономного электропитания;

общее, общесистемное, информационное и специальное программное обеспечение.

Кабина управления разрабатывается на базе серийно выпускаемого кузова-контейнера постоянного объема типа КК2.1 грузоподъемностью 3,7 тонны транспортируемого автомобилем Урал 4320-31.

Кузов-контейнер КК2.1 представляет собой сменный модуль постоянного объема каркасно-панельной конструкции, выполненный из дюралюминиевого сплава с пенополиуретановым заполнителем. Кузов-контейнер оснащен современными системами жизнеобеспечения (кондиционирование, отопление, вентиляция, освещение), электропитанием с автоматической защитой от поражения электрическим током, пультами управления этими системами.

При поиске ВОП РМП движется с небольшой скоростью и сканирует перед собой на местности полосу шириной 4 м. Поиск может производиться либо автоматически по выбранному оператором алгоритму, либо в полуавтоматическом режиме с помощью системы телевизионного обзора обследуемой области грунта и органов ручного управления, расположенных на панелях рабочих мест операторов. При получении сигнала о наличии ВОП РМП останавливается, координаты обнаруженного объекта фиксируются в базе данных системы документирования комплекса и выдается соответствующее сообщение оператору, который принимает решение о способе обезвреживания заряда. При этом точка обнаружения заряда маркируется на местности посредством флажка и/или распыления на грунт красящего вещества. В зависимости от принятой технологии разминирования производится либо выемка объекта с ВВ специальным манипулятором с последующей его эвакуацией, либо ликвидация заряда на месте, либо операция по нейтрализации мины проводится вручную. Возможны также и другие варианты маркировки и обезвреживания обнаруженных зарядов. Управлять работой этого комплекса может экипаж из трех человек.

Комплекс позволяет обработать большую площадь заминированной территории при однократной топографической привязке кабины управления. Потенциальные границы зоны разминирования при спокойном рельефе местности ограничены, в основном, дальнодействием информационного канала, т.е. несколькими километрами. Процесс поиска объектов с ВВ характеризуется высоким уровнем безопасности и не требует специальных мер радиационной защиты кабины управления вследствие удаленности зоны разведки. Основные технические характеристики комплекса приведены в таблице 2.

Таблица 2. Основные технические характеристики мобильного комплекса обнаружения ВОП.

Тип обнаруживаемых объектов с взрывчатым веществом	любой
Глубина обнаружения ППМ c массой заряда > 40 г	5 см
Глубина обнаружения ППМ c массой заряда > 125 г	20 см
Глубина обнаружения ПТМ c массой заряда > 500 г	40 см.
Вероятность обнаружения ВОП, не менее	99,6%
Ширина зоны обследования местности	4 м
Техническая производительность	до 1400 м²/час
Остаточная радиоактивность местности	отсутствует

Проведенные нами оценки технико-экономических параметров показывают, что комплекс способен за один рабочий день очистить от мин площадь до 1 га. Это означает что, реализуемый метод проведения работ по гуманитарному разминированию в 250 раз эффективнее традиционного - ручного.

Представленный комплекс обеспечивает высокий уровень безопасности выполнения работ по разминированию с применением безлюдной технологии, удовлетворяет требованиям Стандарта ООН к таким системам, и в сотни раз увеличивает скорость проведения работ по гуманитарному разминированию. Применение комплекса особенно эффективно при разминировании больших площадей, например сельскохозяйственных угодий.

Заключение

Авторы выражают глубокую благодарность за внимание и поддержку работы депутатам 3-ой Государственной Думы РФ А.Г.Арбатову, М.И.Васильеву и А.А.Кокошину.

Выражаем большую благодарность академику РАН О.Н.Крохину и профессору А.Н.Лебедеву за постоянное внимание, поддержку и содействие в работе.

Пользуемся случаем выразить также особую благодарность за полезные советы и помощь в работе В.Е.Ярыничу и А.Н.Яковлеву.

ЛИТЕРАТУРА

Сердцев Н.И., Аверченко А.М., Пахомов В.П. и др. Гуманитарное разминирование: состояние, задачи и пути их решения.// Стратигическая стабильность.- 2000, -№2,-С.33-40.

International Standards for Humanitarian Mine Clearance Operations. UN-1996.-75p.

Claudio Bruschini (EPFL-LAMI), Karin De Bruyn (VUB-ETRO), Hichem Sahli (VUB-ETRO), Jan Cornelis (VUB-ETRO). Study on the State of the Art in the EU related to humanitarian demining technology, products and practice EUDEM: The EU in humanitarian DEMining, Final Report.

Web: http://diwww.epfl.ch/lami/detec/eudem/eudemfinal.pdf

Claudio Bruschini. “Commercial Systems for the Direct Detection of Explosives (for Explosive Ordnance Disposal Tasks)” ExploStudy, Final Report. 17/2/2001.Йcole Polytechnique Fйdйrale de Lausanne (EPFL) & Vrije Universiteit Brussel (VUB). Web: http://diwww.epfl.ch/lami/detec/

Web: http://www.ippnw.ru/rus/ippnw_r/landmine/icbl/links.html

Web: www.rheinmetall-ls.de

Treading a fine line mine detection and clearance.// Janes International Defence Review.-1997.-№11 P.30-37.

Trower W.P., Nucl.Instrum&Meth., B79 (1993) 589

Belovintsev K.A, Bukin A.I., Gaskevich E.B., Karev A.I. at al. The Radiation Complex for fundamental Research // Fourth European Particle Accelerator Conferees. EPAC 94. London, 27-30 June 94, p.861.

Журнал “Наукоемкие технологии”,М,2001г.

Для контактов:

Раевский Валерий Георгиевич: E-mail: raevsky@sgi.lpi.ruhep.ru

Карев Александр Иванович: E-mail: karev@sgi.lpi.ruhep.ru

Назад