Робототехнические комплексы третьего этапа

В условиях возросших требований к робототехническим средствам, предназначенным для ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций в экстремальных условиях, в конце 90-х годов ГосИФТП разработал и изготовил опытный образец мобильной радиационностойкой дистанционно управляемой системы второго поколения -робототехнический комплекс (МРК) "Система".

МРК предназначен для работы на открытой местности и внутри зданий.

В состав МРК входят базовый подвижный модуль (БПМ), технологическое оборудование (ТО), рабочее место оператора (РМО) и ретранслятор (РТ).

Этот комплекс позволяет:

l выполнять разведывательные работы (измерять температуру среды и предметов, влажность, давление, уровни радиации и шума; брать пробы газовой среды, грунта, жидкостей и россыпей);

l извлекать, транспортировать и обезвреживать опасные предметы;

l выполнять ряд технологических операций набором сменного инструмента;

l осуществлять погрузочно-разгрузочные работы и транспортировку грузов;

l выполнять монтажно-демонтажные работы;

l разрушать железобетонные конструкции;

l прокладывать силовые и индикаторные кабельные линии для длительной работы мощного технологического оборудования.

Конструкция МРК базируется на модульном принципе построения, что позволило существенно расширить область применения и снизить стоимость разработки и изготовления.

В состав МРК входят базовый подвижный модуль, набор сменных технологических модулей, теле-радиомодуль, ретрансляторы и рабочее место оператора.

Базовый подвижный модуль с манипулятором обладает следующими характеристиками:

Габариты (минимальные), мм	600 х 800 х 1500
Масса, кг.	не более 450
Преодолеваемые препятствия: - лестница, дверные проемы, - эскарп и контрэскарп, - брод, - снежный покров, - скорость перемещения, м/с	до 350 мм до 350 мм до 350 мм до 100 мм 0,1 - 1,0
Число степеней свободы манипулятора
Грузоподъемность манипулятора, кг
Зона обслуживания манипулятора, м	полусфера R=1,5
Ширина разведения схвата, мм
Точность позиционирования, мм
ТВ камеры:	стерео ТВ, малоразмерная, широкоугольная
Питание:	бортовой аккумулятор или по кабелю от промсети
Время непрерывной работы от внутреннего источника, ч
Режимы управления:	командный, программный
Точность позиционирования, мм
Дальность управления: - по радио, км - по кабелю, м	до 2 до 200
Радиационный ресурс, Р	1 000 000

В базовом подвижном модуле конструктивно объединены элементы, являющиеся необходимыми при выполнении любых технологических операций. Этот модуль решает задачи перемещения, питания, управления и безопасности.

Шасси с изменяемой геометрией, использованное в базовом подвижном модуле, позволило решить противоречивые требования, предъявляемые к мобильным роботам, работающим в условиях неорганизованной послеаварийной среды и создать достаточную опору для работы технологического оборудования.

Минимальные размеры шасси (в плане) 1000 х 600 мм, максимальные - 2000 х 1100 мм. Изменение клиренса позволяет аппарату частично использовать принцип шагания при наезде на эчкарп, а также помогает при движении в неорганизованной среде. При этом возможны варианты раздвижений, что позволяет адаптировать аппарат к реальным условиям движения. Оригинальная схема изменения геометрии шасси позволила свести к минимуму вспомогательные механизмы. В состав шасси входят 4 гусеничных модуля, содержащие силовой двигатель, редуктор, систему управления, привод и электромеханику балансира. Гусеничный модуль представляет полностью законченную систему.

В состав базового подвижного модуля входит система энергоснабжения бортовых приборов как от внутреннего (серебряно-кадмиевого аккумулятора), так и от внешнего источника (промсети).

Управление бортовыми системами осуществляется с помощью бортовой вычислительной машины.

В базовом подвижном модуле установлены датчики системы безопасности и система обеспечения теплового режима.

Вся бортовая аппаратура базового модуля скомпонована в герметичном приборном контейнере, который является несущей конструкцией для установки технологических модулей.

Управление базовым модулем осуществляется по радио с помощью телерадиомодуля или по кабелю.

В состав телерадиомодуля входят приемопередатчики, телекамера, осветительная аппаратура, антенно-фидерная система и направленные микрофоны. Вся аппаратура размещена на устройстве наведения. На рабочее место оператора передаются два телевизионных сигнала, один из которых - стерео, а также телеметрическая и звуковая информация. С рабочего места оператора роботу передается командная и звуковая информация.

Система управления роботом представляет собой бортовую вычислительную машину и ЭВМ на рабочем месте оператора, связь между которыми обеспечивается по радио или кабелю. Требования радиационной стойкости налагают ограничения на элементную базу бортовых систем, т.к. достаточно эффективная зашита практически невозможна из-за ограничений по весу и габаритам. Программное обеспечение ЭВМ рабочего места оператора обеспечивает многооконный интерфейс оператор-машина, что позволило свести к минимуму задающие органы на пульте оператора. Управление роботом осуществляется на основе двух телевизионных изображений и телеметрической информации, выводимой оператору.

Анализ основных технологических задач, стоящих перед робототехникой для чрезвычайных ситуаций, привел к созданию набора сменных технологических модулей, устанавливаемых на базовый подвижный модуль:

l модуль технической разведки, состоящий из шестистепенного манипулятора, аппаратуры сбора информации и телевизионной аппаратуры. Он обеспечивает замеры параметров внешней среды (температура, влажность, давление, уровень радиации) и взятие проб;

l модуль для монтажных работ, состоящий из двух манипуляторов, сменного инструмента и телевизионной аппаратуры. Манипуляторы могут работать в трех режимах - командном, программном и копирующем. Стереоскопическая телевизионная камера позволяет ввести в память ЭВМ рабочего места оператора координаты рабочей зоны в трехмерном пространстве;

l модуль погрузки, состоящий из манипулятора (длина руки 2 м, грузоподъемностью 50 кг) с грейферным захватом и телевизионной аппаратуры. Управление манипулятором - в командном режиме;

l буроклиновой модуль, состоящий из бура и гидроклина, смонтированных на устройстве позиционирования, и телевизионной аппаратуры. Он предназначен для организации проходов и разрушения крупногабаритных обломков. Может работать в ручном и программном режимах;

l модуль кабелепрокладки, предназначенный для прокладки силовых и индикаторных кабельных линий при длительной работе мощного технологического оборудования.

Кроме того, на базовый подвижный модуль можно установить модули пожаротушения, сварки и резки.

Все модули имеют унифицированный стык по конструктивным и электрическим параметрам, обеспечивающих их оперативную замену.

К настоящее время в ГосИФТП создан экспериментальный образец МРК "Система" в варианте "Разведчик", прошедший полигонные испытания в институте и в Испытательном Центре в г. Карлсруэ (Германия) по европейскому стандарту для атомных станций.

Все разработки выполнены на высоком научно-техническом уровне по технологическим процессам ВПК и могут быть использованы в различных областях, связанных с ситуациями, опасными для жизни человека, связанных с решением задач МО, ФСБ и МЧС.

Глава II
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОСЛЕ ЧЕРНОБЫЛЯ

УРОКИ ЧЕРНОБЫЛЯ

Архипов В.А.,
генерал-майор,

Заводин А.В.,
полковник,
участник ликвидации последствий катастрофы на ЧАЭС, 1986 год.

Железнодорожные войска были направлены на ликвидацию последствий чернобыльской катастрофы директивой МО СССР № 314/026 от 02.06.86 г. Личный состав Железнодорожных войск проявил исключительное внимание и заботу о судьбе людей, которых непосредственно коснулось горе. И когда поступило известие, что решением Правительственной комиссии привлечены к ликвидационным работам многие министерства и ведомства, в том числе и Железнодорожные войска, офицеры, прапорщики, сержанты и солдаты восприняли это решение с высокой ответственностью.

Учитывая установленные сроки выполнения специального задания и сложившуюся ситуацию, руководство войск организационно определило структуру частей войск, действующих в зоне Чернобыля, и систему оперативного управления ими.

Передислокация оперативных групп, частей и подразделений осуществлялась согласно утвержденному плану. Все они своевременно прибыли в установленные места. По мере прибытия личный состав включался в практическую деятельность, что позволило последовательно вести восстановительные работы по выполнению задач в интересах всех структур, ведущих восстановительно-строительные работы и заинтересованных в использовании подъездных железнодорожных путей в опасной зоне.

После получения задачи на выполнение строительно-восстановительных работ проводилась рекогносцировка районов с оценкой радиационной обстановки и принятием решения по сосредоточению сил и средств, организации производства работ.

Исходя из радиационной обстановки, сроков выполнения работ, допустимой дозы облучения личного состава, на каждый вид работ составляли график производства работ с поминутным расписанием всех операций. Непрерывность выполнения работ обеспечивали их организацией вахтовым методом. Продолжительность вахты, с учетом установленной суточной дозы облучения личного состава не более двух рентген, составляла от 15 до 90 минут.

В зоны с повышенными уровнями радиации допускали минимальное количество личного состава. На специально оборудованном полигоне проводили всю подготовительную работу и тренировку вахтовых команд по сборке и подаче звеньев пути и блоков стрелочных переводов, выправке и балластировке. Заблаговременно определяли состояние и усиление подъездов к восстанавливаемому пути.

Тщательная тренировка команд позволила резко сократить время на выполнение ряда основных операций. Так, перед восстановлением железнодорожного пути № 2 в течение четырех дней на полигоне по 4-5 раз в день производилась укладка пути из девяти двадцатипятиметровых звеньев. Темпы укладки одного звена во время тренировок составляли 12-13 минут. В опасной зоне укладку удалось осуществить за еще более короткий срок - 8 минут на звено.

Личный состав с присущей ему энергией, не жалея сил, а иногда и пренебрегая опасностью для здоровья, действовал по-фронтовому. Мужество и профессиональная выучка воинов-железнодорожников, их умение быстро маневрировать штатной техникой позволяли высокоэффективно вести восстановительные работы на зараженной местности непосредственно у первого, второго и четвертого реакторов АЭС.

Не считаясь со временем, преодолевая трудности, восстанавливали транспортную инфраструктуру, которая позволяла обеспечивать доставку необходимых восстановительных материалов. Высокие нравственные качества и самодисциплину при ликвидации последствий аварии продемонстрировали: полковники В. Обносов, А. Ротштейн, Л. Подобрый, М. Пушкарев, А. Синявский; подполковники М. Кульчавый, Н. Федько; майоры Н. Перцев, И. Смолянкж; капитаны В. Коршунов, С. Паршин; старший лейтенант В. Блохин, старший прапорщик В. Гончар, старший сержант В. Павлов; рядовые В. Верейчик, М. Казимиров, М. Самойлов и многие другие.

В ходе восстановительных работ шло наращивание сил и средств, обеспечивающих увеличение пропускной способности подъездных железнодорожных путей, и сокращение сроков строительства железнодорожной ветки к промбазе будущего города Славутича. Соединения и части проявили слаженность и умение маневрировать силами и средствами. Установленные Правительственной комиссией сроки восстановления и- строительства железнодорожных объектов были выдержаны. В ходе ликвидации последствий катастрофы на атомной электростанции в Чернобыле в 1986-1988 гг. войсками выполнены следующие объемы работ:

l вырубка леса - 96 га;

l земляные работы - 95,8 куб. м;

l строительство искусственных сооружений - 11/510 шт./ п.м;

l укладка железнодорожного пути - 56,2 км;

l капитальный ремонт пути - 8 км;

l укладка стрелочных переводов - 107 комплектов;

l капитальный ремонт стрел, переводов- 24 комплекта;

l балластировка пути - 83,6 тыс. куб. м.

В общей сложности выполнено строительно-монтажных работ на сумму более 5,4 млн. рублей.

За этими цифрами - бессонные ночи, смены, тысячи часов, изматывающих силы, мужество солдат и офицеров, не дрогнувших перед лицом смертельной опасности. В наиболее опасных зонах, как правило, трудились добровольцы. Участники ликвидации аварии понимали, что с радиацией шутки плохи, тем более все они были осведомлены, что ожидает их в будущем при несоблюдении мер предосторожности. В этой сложной ситуации в войсках не было случая отказа от поездки в зону Чернобыля. Наоборот, многие из ликвидаторов просили командиров оставить их в опасной зоне на второй срок, что подтверждает не только их подготовленность, но и высокие морально-боевые и нравственные качества.

Самоотверженный ратный труд воинов-железнодорожников при выполнении специального задания оценен достойно. Многие отмечены правительственными наградами. Среди них - генерал-лейтенант Н. Хомяков, полковник В. Обносов, капитан Н. Сарапкин, лейтенант А. Устинов, сержант Мордвинов, ефрейтор С. Правдюк, рядовые А. Дуйсенбин, В. Ковалев, А. Рогожин и другие.

Соединения и части, участвовавшие в работах, накопили положительный опыт строительства и восстановления объектов железнодорожного транспорта в условиях радиоактивного заражения местности, в том числе:

l организация дозиметрического контроля, санитарной обработки и дезактивации;

l проектирование, согласование и выдача проектных решений параллельно с разворотом работ;

l организация работ ограниченными по времени сменами в зависимости от радиационной обстановки;

l выполнение задач в сжатые сроки в условиях ограничения использования личного состава по предельно допустимым дозам облучения;

l проверка в реальных условиях заражения возможностей штатной техники;

l максимальное насыщение восстановительных работ высокопроизводительной техникой при одновременном сокращении ручного труда;

l вынесение за пределы радиоактивной зоны всех вспомогательных технологических процессов;

l организация управления, связи и других видов обеспечения в особых условиях.

Опыт ведения строительно-восстановительных работ в ходе ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, а также опыт учений и исследования говорят о том, что Железнодорожные войска смогут успешно решать задачи по восстановлению железных дорог в сложных условиях радиоактивного заражения.

Для снижения радиационных поражений и сохранения бое- и трудоспособности личного состава потребуется осуществление комплекса мероприятий по обеспечению строительно-восстановительных работ на радиоактивно зараженной местности при минимальном снижении производственных возможностей частей и подразделений.

Мероприятия по защите личного состава от облучения могут быть разделены на три основные группы: обеспечивающие, организационные и мероприятия, непосредственно направленные на уменьшение радиоактивного облучения.

Обеспечивающие мероприятия способствуют уменьшению радиационных потерь личного состава, работающего в условиях заражения, и предусматривают организацию постоянного дозиметрического контроля, радиационной разведки, специальных медицинских мероприятий, инструктаж и обучение личного состава правилам действия на радиоактивно зараженной местности. Осуществление этих мероприятий не требует большого отвлечения сил и средств, не будет оказывать существенного влияния на снижение производственных возможностей частей и подразделений. Эти мероприятия должны проводиться в полном объеме с целью обеспечения максимальной радиационной безопасности личного состава.

Организационные мероприятия включают: установление режимов работы личного состава на зараженной местности; определение рационального состава команд, работающих на зараженной местности; периодический отдых команд, работающих в условиях заражения; подготовку специалистов, владеющих смежными специальностями.

Наиболее существенное значение для сокращения объемов восстановительных работ и сохранения частями их производственных возможностей имеют мероприятия, направленные на непосредственное уменьшение радиационного облучения личного состава, действующего в зонах заражения. Эти мероприятия подразделяются на:

1. обеспечивающие дополнительную защиту от радиационных веществ:

l применение индивидуальных средств защиты;

l экранирование кабин машин и механизмов;

l применение машин и механизмов с дистанционным управлением;

l применение технологий, обеспечивающих дополнительную защиту личного состава;

l применение переносимых экранов;

l периодическая обработка личного состава и техники.

2. снижающие уровни радиации на местности:

l дезактивация местности;

l доставка незараженных материалов;

l естественный спад уровней радиации.

3. улучшающие условия работы:

l обеспыливание;

l герметизация машин и механизмов;

l периодический отдых личного состава, работающего в средствах защиты;

l подготовка мест отдыха.

При организации работ в условиях заражения необходимо иметь в виду, что работа в подобных условиях невозможна без индивидуальных средств защиты. Использование индивидуальных средств защиты сопровождается их влиянием на функциональное состояние деятельности органов дыхания, зрения, слуха и кровообращения, резким увеличением нагрузки на организм, уменьшением подвижности. При планировании необходимо учитывать, что непрерывное пребывание в противогазах возможно лишь в течение 6-8 часов (при использовании респираторов это время увеличивается до 8-12 часов), а непрерывное пребывание в защитном комплекте в летних условиях при температуре +10 +15 градусов не превышает 2-3 часов. Предельно допустимые сроки работ в индивидуальных средствах защиты зависят от температуры окружающего воздуха, физических нагрузок, применяемых средств защиты и обмундирования.

Создание машин и механизмов с хорошо защищенными кабинами для производства работ в условиях сильного радиоактивного заражения представляется наиболее простым и надежным. Увеличение коэффициента ослабления гамма-излучения может быть достигнуто путем дополнительного экранирования кабины листами стали или другого материала. Данные исследований показывают, что при экранировании кабины бульдозера стальным листом толщиной 18 мм, вес машины увеличивается на 750 кг, то есть на 5,5%, что не снижает ее производительности, но уменьшает уровень радиации в 5,2 раза.

Наиболее благоприятные условия труда для личного состава, работающего в условиях сильного радиоактивного заражения, могут обеспечить автоматизированные машины с дистанционным управлением, которые позволяют оператору располагаться в местах с небольшими уровнями радиации или в укрытиях. В Железнодорожных войсках проводились работы по оборудованию бульдозеров и скреперов радиоуправляемыми приспособлениями. Как показали проведенные эксперименты, а также практическое применение машин с дистанционным управлением при работе в сложных условиях радиоактивного заражения на Чернобыльской АЭС, использование таких машин дает значительный эффект, но оно ограничено возможностями визуального наблюдения за их работой (200-300 м) и местными условиями (ровная, открытая местность). Надо учесть, что радиоуправляемые машины, применяемые в настоящее время, имеют сравнительно небольшую производительность от 10 до 50 %, в зависимости от сложности выполняемых операций. Оборудование машин и механизмов автоматизированной системой управления или создание телеуправляемых машин повысит их производительность и исключит нахождение оператора на открытой местности. В настоящее время в Научно-производственном объединении по тракторостроению (НПО НАТИ) успешно ведутся работы по созданию радионавигационной системы вождения машинно-тракторных агрегатов без участия человека. Уже создана автоматическая система управления для трактора Т-150К с помощью бортовой мини-ЭВМ.

Снижение уровня радиации на месте производства работ в основном достигается дезактивацией местности, применением специальной технологии работ или сочетанием обоих приемов, а также увеличением сроков естественного спада уровней радиации, уменьшением пылеобразования и др. В зависимости от характера объекта, его конструктивных особенностей, местных условий, имеющейся техники и других исходных данных дезактивация может производиться следующими способами:

l срезкой зараженного грунта (в зимнее время снежного покрова);

l засыпкой дезактивируемого участка слоем незараженного грунта;

l перепахиванием;

l смыванием радиоактивных веществ водой или специальными растворами;

l сметанием или всасыванием радиоактивных веществ;

l укладкой на зараженных участках щитовых покрытий;

l оборудованием защитных валов;

l комбинацией этих способов.

При работе личного состава на открытой местности наиболее эффективным мероприятием, улучшающим рабочие условия, является обеспыливание (связывание радиоактивной пыли) путем поливки объектов работ водой (в жаркую погоду для длительного поддержания поверхности во влажном состоянии раствором хлористого кальция). При ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС широкое применение получило обеспыливание путем поливки обрабатываемых участков местности различными пленкообразующими составами (латекс, прямая медленно густеющая 30% битумная эмульсия и др.).

Глава II
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОСЛЕ ЧЕРНОБЫЛЯ