Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды
На примере использования беспилотной авиации при аварии на АЭС Фукусима-1 показана эффективность ее применения. Проведен анализ возможности осуществления мониторинга АЭС и окружающей среды дистанционно пилотируемыми беспилотным летательными аппаратами....
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України
2012
|
| Назва видання: | Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113363 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды / В.П. Бабак, В.А. Канченко, А.А. Ключников, В.А. Краснов, Н.Л. Чепур // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2012. — Вип. 19. — С. 60-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-113363 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1133632017-02-08T03:02:32Z Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды Бабак, В.П. Канченко, В.А. Ключников, А.А. Краснов, В.А. Чепур, Н.Л. Проблеми безпеки атомних електростанцій На примере использования беспилотной авиации при аварии на АЭС Фукусима-1 показана эффективность ее применения. Проведен анализ возможности осуществления мониторинга АЭС и окружающей среды дистанционно пилотируемыми беспилотным летательными аппаратами. На прикладі використання безпілотної авіації для проведення відеоспостереження та вимірювання радіаційного фону при аварії на АЕС Фукусіма-1 показанo ефективність її застосування. Проведено аналіз можливості моніторингу навколишнього середовища дистанційно пілотованим надлегким безпілотним літальним апаратом. As a example of the using of unmanned aircraft for video monitoring and radiation background measurement in the accident area at the NPP Fukushima-1 are shown the efficiency of its use. The analys of possible environmental monitoring remotely piloted ultralight unmanned aerial vehicle are carried out. 2012 Article Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды / В.П. Бабак, В.А. Канченко, А.А. Ключников, В.А. Краснов, Н.Л. Чепур // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2012. — Вип. 19. — С. 60-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1813-3584 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113363 504.3:621.039 ru Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Проблеми безпеки атомних електростанцій Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| spellingShingle |
Проблеми безпеки атомних електростанцій Проблеми безпеки атомних електростанцій Бабак, В.П. Канченко, В.А. Ключников, А.А. Краснов, В.А. Чепур, Н.Л. Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| description |
На примере использования беспилотной авиации при аварии на АЭС Фукусима-1 показана
эффективность ее применения. Проведен анализ возможности осуществления мониторинга АЭС и
окружающей среды дистанционно пилотируемыми беспилотным летательными аппаратами. |
| format |
Article |
| author |
Бабак, В.П. Канченко, В.А. Ключников, А.А. Краснов, В.А. Чепур, Н.Л. |
| author_facet |
Бабак, В.П. Канченко, В.А. Ключников, А.А. Краснов, В.А. Чепур, Н.Л. |
| author_sort |
Бабак, В.П. |
| title |
Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды |
| title_short |
Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды |
| title_full |
Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды |
| title_fullStr |
Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды |
| title_full_unstemmed |
Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды |
| title_sort |
беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга аэс и окружающей среды |
| publisher |
Інститут проблем безпеки атомних електростанцій НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Проблеми безпеки атомних електростанцій |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/113363 |
| citation_txt |
Беспилотные авиационные комплексы как средство радиационного мониторинга АЭС и окружающей среды / В.П. Бабак, В.А. Канченко, А.А. Ключников, В.А. Краснов, Н.Л. Чепур // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля: наук.-техн. зб. — 2012. — Вип. 19. — С. 60-69. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. |
| series |
Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорнобиля |
| work_keys_str_mv |
AT babakvp bespilotnyeaviacionnyekompleksykaksredstvoradiacionnogomonitoringaaésiokružaûŝejsredy AT kančenkova bespilotnyeaviacionnyekompleksykaksredstvoradiacionnogomonitoringaaésiokružaûŝejsredy AT klûčnikovaa bespilotnyeaviacionnyekompleksykaksredstvoradiacionnogomonitoringaaésiokružaûŝejsredy AT krasnovva bespilotnyeaviacionnyekompleksykaksredstvoradiacionnogomonitoringaaésiokružaûŝejsredy AT čepurnl bespilotnyeaviacionnyekompleksykaksredstvoradiacionnogomonitoringaaésiokružaûŝejsredy |
| first_indexed |
2025-07-08T05:38:35Z |
| last_indexed |
2025-07-08T05:38:35Z |
| _version_ |
1837055991906041856 |
| fulltext |
60 ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19
УДК 504.3:621.039
В. П. Бабак, В. А. Канченко, А. А. Ключников, В. А. Краснов, Н. Л. Чепур
Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины, Киев
БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ КАК СРЕДСТВО
РАДИАЦИОННОГО МОНИТОРИНГА АЭС И ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
На примере использования беспилотной авиации при аварии на АЭС Фукусима-1 показана
эффективность ее применения. Проведен анализ возможности осуществления мониторинга АЭС и
окружающей среды дистанционно пилотируемыми беспилотным летательными аппаратами.
Ключевые слова: беспилотный авиационный комплекс, беспилотный летательный аппарат,
радиационная разведка.
Введение
Беспилотный авиационный комплекс (БАК) – комплекс, состоящий из воздушного и
наземного сегментов. Воздушный сегмент это непосредственно беспилотный летательный
аппарат (БЛА) способный осуществлять полет по заданному маршруту при дистанционном
либо автономном управлении (автопилот) и несущий полезную нагрузку (аппаратура радиа-
ционной разведки видео и фотоаппаратура, системы передачи данных и др.). Наземный сег-
мент состоит из оборудования запуска и обслуживания, системы наземного управления со
встроенным оборудованием наземной связи, обученного персонала.
Специалистами ИПБ АЭС НАН Украины проведен анализ причин аварии на АЭС
Фукусима-1 [1] и выявлены радионуклиды фукусимского генезиса на промплощадке объекта
«Укрытие» [2]. Представляет интерес оценить методы проведения радиационной и видео
разведки, которые были применены японскими специалистами и наметить пути создания в
Украине отечественного БАК.
Первая серия снимков АЭС Фукусима-1 была сделана 20 и 24 марта 2011 г. с помо-
щью БАК, в составе которого входил небольшой дистанционно управляемый БЛА самолет-
ного типа (рис. 1) компании Air Photo Service из префектуры Ниигата [3].
Полученные снимки показали масштабы разрушений на АЭС. О дальнейшем приме-
нении этого аппарата не сообщалось.
Для проведения замеров уровня радиации, фотосъемок и видеонаблюдения использо-
вались вертолеты сил самообороны Японии и американский БАК RQ-4 Global Hawk, кото-
рый в своем составе имеет БЛА Global Hawk. Global Hawk является, реактивным самолетом с
размахом крыльев 35 м, длиной фюзеляжа 13,3 м, взлетной массой около 15 т. Стоимость
этого БАК $35 - 123 млн в зависимости от комплектации. Он помог японским специалистам
собирать в режиме реального времени изображения разрушений на Фукусима-1, которые
позволили властям лучше расставить приоритеты в разработке планов по устранению ката-
строфы. Однако из-за высокого уровня радиации над АЭС эти операции проводились со зна-
чительного расстояния.
Рис. 1. БЛА Air Photo Service. Рис. 2. БЛА T-Hawk.
© В. П. Бабак, В. А. Канченко, А. А. Ключников, В. А. Краснов, Н. Л. Чепур, 2012
БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 61
Рис. 3. Фото разрушений на АЭС Фукусима-1.
Применение БАК с небольшими БЛА дало возможность определять реальную обста-
новку в разных точках на АЭС Фукусима-1, прилегающей к ней зоне и повысить эффектив-
ность обеспечения безопасности восстановительных работ.
Именно поэтому Япония закупила у французской компании Helipse (как сообщило
французское издание Sud-Ouest) три БАК с БЛА вертолетного типа стоимостью около
40 тыс. евро. Дополнительно к этому американцы поставили в Японию четыре БАК типа RQ-
16 T-Hawk известной американской компании Honeywell. БЛА этого типа показан на рис. 2.
T-Hawk представляет собой уникальный аппарат массой около 8 кг с туннель-
ным вентилятором и возможностью вертикального взлета и посадки. Может работать до
40 мин на расстоянии до 10 км от пункта управления. Оснащен бензиновым двухцилиндро-
вым двухтактным двигателем мощностью 4 л.с. Стоимость одного RQ-16 T-Hawk составляет
$125 тыс.
T-Hawk обладает функцией дистанционного наведения и увеличения изображения,
которая позволила пилотам более детально изучить поврежденные участки реактора и пере-
давать данные сотрудникам аварийных служб в режиме реального времени. Использование
прямой передачи видеоданных дало возможность корректировать курс полета T-Hawk в со-
ответствии с наиболее сложными участками поврежденных реакторов. Пилоты, в свою оче-
редь, могли контролировать видеокамеры летательного аппарата, задавая нужные углы про-
смотра для наиболее четкого отображения поврежденного оборудования. Аппараты, дистан-
ционно пилотируемый сотрудниками компании, совершили успешные полеты и предоста-
вил спасателям десятки фотографий и видеоматериалов ядерного реактора (рис. 3). Все че-
тыре аппарата, работавших на Фукусиме, были оснащены аппаратурой для измерения уровня
радиации. Получены данные о радиационном фоне на разных высотных отметках: 17 марта
2011 г. в 08:38 мощность экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения на высоте 97 м над
АЭС Фукусима-1 достигала 87,7 мЗв/ч, а на высоте 305 м - 4,13 мЗв/ч.
Таким образом, пример Фукусимы показал целесообразность и эффективность ис-
пользования малых БАК для радиационного мониторинга окружающей среды и проведения
видеонаблюдений.
Целью настоящей работы является исследование возможности создания относительно
простого и дешевого малого БАК отечественного производства для радиационного монито-
ринга АЭС и окружающей среды, а также видеоразведки. При этом под мониторингом по-
нимается:
отбор проб радиоактивных аэрозолей на различных высотах и на разных расстояниях
от источника выброса; измерение МЭД гамма-излучения в заданных географических коор-
динатах и высотах в режиме реального времени;
проведение видеонаблюдений в радиационно-опасных и труднодоступных зонах.
Достижение поставленной цели предлагается осуществить применением БЛА само-
летного типа и оснастить его следующими основными функциональными узлами.
В. П. БАБАК, В. А. КАНЧЕНКО, А. А. КЛЮЧНИКОВ, В. А. КРАСНОВ, Н. Л. ЧЕПУР
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 62
Аппаратура отбора радиоактивных аэрозолей
Отбор проб для определения концентрации радиоактивных аэрозолей в приземном
слое атмосферы и их анализ выполняют по методикам, изложенным в [4]. Здесь используют
воздухофильтрующие устройства в которых вентилятор через фильтры типа ФПП-15-1,5
протягивает воздух внутрь установки. При этом аэрозоли оседают на фильтре. Производи-
тельность таких установок определяется площадью фильтра и потребляемой вентилятором
мощностью (скоростью воздушного потока через фильтр). В [4] приведены характеристики
наиболее применяемых на то время аспирационных установок с производительностью Q от
1500 до 4800 м3/ч при потребляемой мощности от 1,7 до 8 кВт.
Предлагаемый метод отбора проб не требует дополнительных энергетических затрат,
так как реализуется методом фильтроэжекции (ФЭ). Фильтроэжекционное устройство (ФЭУ)
устанавливают на БЛА, в котором за счет набегающего воздушного потока и эффекта эжек-
ции осуществляется фильтрация воздуха.
На рис. 4 представлена конструкция ФЭУ.
Рис. 4. ФЭУ: 1 - внешний корпус; 2 - внутренний корпус; 3 - фильтр; 4 - входная насадка.
ФЭУ устанавливается на БЛА параллельно продольной оси самолета так, чтобы вход-
ная насадка 4 была расположена в направлении полета. При полете БЛА набегающий воз-
душный поток на входе ФЭУ (см. рис. 4) разделяется на две части. Одна часть потока
направляется в середину ФЭУ через отверстие во входной насадке 4 и является эжектиро-
ванной. Вторая часть воздушного потока обтекает внешнюю поверхность ФЭУ и является
эжектирующей. Эжектированный воздушный поток проходит из середины устройства нару-
жу через фильтр 3 за счет разности давлений вне и внутри устройства.
Рассмотрим процесс осуществления принудительного прохождения через фильтр
ФЭУ воздуха, содержащего в своем объеме некоторую долю аэрозолей. Используя уравне-
ние Бернулли [5], описывающее взаимосвязь между статическим и динамическим давления-
ми в подвижной среде, определим величины давлений внутри и снаружи ФЭУ. При скорости
набегающего воздушного потока V, статическая составляющая его давления равна
2
c атм
V
P = P - ρ
2
, (1)
где атмP - значение атмосферного давления на данной высоте полета БЛА; ρ- плотность
воздушного потока 1,225 кг/м3;
2V
ρ
2
- скоростной напор при заданной скорости полета БЛА.
В середине ФЭУ происходит уменьшение скорости потока с соответствующим ростом стати-
ческого давления до величины атмP . За счет разности давлений
2
атм с
V
∆P = P - P = ρ
2 (2)
БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 63
осуществляется всасывание воздушной среды из середины ФЭУ наружу, что обеспечивает, в
свою очередь, необходимый приток воздушной среды во внутреннюю часть ФЭУ. Положим
V = 20 м/с (воздушная скорость БЛА ∼72 км/ч), тогда имеем
2
1
20
ΔP =1,225 =245 Па
2
. (3)
Теперь зададимся геометрическими размерами ФЭУ. Положим диаметр его внешнего
корпуса D1 = 0,05 м, диаметр внутреннего корпуса и фильтра D2 = 0,04 м, длина L1 = 0,25 м и
L2 = 0,2 м, получим, что площадь фильтра Sф1 = π(D2/2)2·L2 = 0,0251 м2. В соответствии с
ТУ2568-411-05795731-2008 на ФПП-15-1,5 при скорости воздушного потока через фильтр
Vф = 1 см/с сопротивление фильтрующего материала составляет ТУ∆P = 1 5 П а . Полагая зави-
симость сопротивления фильтра от скорости воздушного потока линейной, для заданных
значений получаем производительность ФЭУ
3
1 1 ТУ ф1Q = (∆P /∆P ) 0,01 S 3600 = 14,7 м /ч.⋅ ⋅ ⋅ (4)
Определим необходимое значение Q для определения, например, концентрации 137Cs,
которая в атмосферном воздухе по нормам радиационной безопасности Украины (НРБУ-97)
не должна превышать 0,8 Бк/м3. Результаты измерений, которые выполняет лаборатория
радиационного контроля атмосферы в составе отдела радиоэкологического контроля Центра-
льной геофизической обсерватории [6] показывают, что объемная активность 137Cs в
приземном слое воздуха составляет (0,2 – 0,8) · 10-5 Бк/м3. Эти результаты получают при
фильтрации 55 - 60 тыс. м3 воздуха. Выбирая консервативные значения, находим, что
фильтрация 14 м3 воздуха позволяет определить объемную активность 137Cs величиной
0,4 · 10-1 Бк/м3, что более чем на порядок меньше допустимой величины (0,8 Бк/м3).
В проведенном анализе сделано предположение о линейной зависимости сопро-
тивления фильтра от скорости воздушного потока, что приводит к определенной погрешно-
сти. Поэтому обратимся к установленным и неоднократно экспериментально проверенным
характеристикам промышленных аспирационных установок с фильтротканью ФПП-15-1,5. В
таблице приведены [4] основные характеристики таких установок.
Характеристики промышленных аспирационных установок
Тип
Производи-
тельность,
Q2, м
3/ч
Перепад
давления, Па
Расчетная площадь
фильтра,
м2
Рекомендуемый
размер
фильтра Sф2,
м2
Потребляемая
мощность,
кВт
19ЦС48 1900 4650 0,224 0,325 4,5
30ЦС48 3000 4650 0,354 0,325 8,0
48ЦС48 4800 4650 0,8 0,975 8,0
ВЦП3 1500 1760 0,7 0,65 1,7
ЭВ-54/25-1 2000 4400 0,25 0,325 6,0
Для примера выберем аспирационную установку ВЦП3. По данным табл. 1
находим, что скорость Vф2 воздушного потока через ее фильтр при 2ΔP = 1760 Па. Vф2 =
=Q2/(3600 · Sф2) = 0,64 м/с. Если для ФЭУ обеспечить такую скорость поступления воздуха,
то тогда ее производительность составит
3
2 ф2 ф1Q =V S 3600 = 57,8 м /ч⋅ ⋅ . (5)
Такую производительность можно получить, если создать скорость воздушного
потока снаружи ФЭУ величиной
2ΔP 3520
ΔV = = = 53,6 м/с.
ρ 1,225
(6)
В. П. БАБАК, В. А. КАНЧЕНКО, А. А. КЛЮЧНИКОВ, В. А. КРАСНОВ, Н. Л. ЧЕПУР
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 64
Поскольку мы ориентируемся на скорость полета 20 м/с, приходим к выводу, что
необходимо локально вблизи внешней поверхности ФЭУ увеличить скорость воздушного
потока. Такое увеличение скорости можно получить с помощью специальной насадки в виде
конфузора (рис. 5).
Как видно из рисунка, конфузор выполнен конструктивно так, что его внутренний
цилиндр имеет диаметр, как и внутренний цилиндр ФЭУ, а внешняя поверхность в сечении
имеет коническую форму. Входное сечение конфузора больше его выходного сечения,
которое близко к размеру внешнего цилиндра ФЭП. Увеличение скорости следует из уравне-
ния неразрывности струи воздушного потока, которое имеет следующий вид [7]:
1 2
2 1
V S
V S
= , (7)
где 1V - скорость набегающего потока на входе в конфузор; 1S - площадь входного сечения
конфузора; 2V - скорость набегающего потока на выходе из конфузора; 2S - площадь
выходного сечения конфузора.
Рис. 5. ФЭУ с конфузором.
Учитывая, что форма поперечных сечений конфузора есть круг (а площадь таких
сечений определяется соотношением 21
4
S dπ= ), из уравнения (7) получаем выражение для
вычисления необходимого диаметра входного поперечного сечения конфузора вхd , в
зависимости от величин внешнего диаметра ФЭУ ( фэуd ), и необходимых величин скоростей
потока на входе конфузора и его выходе
2
4вх фэу ф эу
1 1
V 2∆P 1
d = d = d
V ρ V
. (8)
В уравнении (8) показано, что скорость на выходе конфузора является скоростью на
внешней поверхности ФЭУ, необходимой для обеспечения требуемого перепада давления
2P∆ .
Отсюда находим, что при скорости полета БЛА 20 м/с при внешнем диаметре ФЭУ
фэуd = 0,05 м значение входного диаметра конфузора должно быть
вхd = 0,082 м.
Таким образом, применяя предложенную конструкцию ФЭУ с конфузором и
используя энергию набегающего воздушного потока со скоростью 20 м/с, можно получить
производительность аспирации около 60 м3/ч.
Использовать изложенный метод можно, видимо, установкой ФЭУ на БЛА самолет-
ного типа. При этом БЛА должен выполнять полет в заданной области пространства, летая
взад-вперед либо по кругу, пока не профильтрует необходимый объем. Именно поэтому
здесь необходим БЛА с электродвигателем (электролет), а не с ДВС.
БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 65
Изложенное выше показывает принципиальную возможность использования ФЭУ для
отбора аэрозолей БЛА самолетного типа и принцип повышения ее производительности.
Геометрические размеры ФЭУ были выбраны не произвольно.
Предложенный метод требует более уточненного расчета для учета местных
сопротивлений, расходов в конфузоре и устойчивости ФЭП к механическим нагрузкам.
Более конкретные расчеты будут представлены после проведения экспериментальных
исследований.
Аппаратура измерения МЭД гамма-излучения
Не останавливаясь на широко известных методах измерения МЭД, отметим, что они,
как правило, статические и применяются для измерений на поверхности земли либо на не-
больших (до 100 м) высотах [9] (pис. 6)
Известны динамические методы [8], когда измери-
тельное устройство перемещается с одновременной реги-
страцией его координат через спутниковую навигационную
систему (GPS) и последующим построением интегрирован-
ной картины.
В обоих случаях измеренное значение МЭД сохраня-
лось во внутренней памяти дозиметра с последующей пере-
записью на ПК и дальнейшей обработкой. Для планируемой
задачи такой метод неприемлем так, как в случае потери
подъемного устройства (БЛА) вся полезная информация бу-
дет потеряна.
Рис. 6. Высотные измерения МЭД на промплощадке
объекта «Укрытие» при помощи аэростата в 2003 г.
С этой целью предполагается установить дозиметр на БЛА и в реальном времени на
наземном пункте осуществлять прием информации о значении МЭД. Для этого телеметриче-
ская информация должна содержать данные о пространственном положении самолета, вре-
мени полета и результаты измерения МЭД. Технически это решаемая задача. Необходим до-
зиметр с цифровым выходом и соответствующими массогабаритными характеристиками,
двунаправленный радиомодем (один на борту, второй на наземном пункте приема информа-
ции) и необходимое программное обеспечение (ПО). Кроме того следует предусмотреть воз-
можность дистанционного переключения пределов измерения дозиметра.
Примером такой аппаратуры мог бы быть дозиметр-радиометр MiniTrace S-100, обо-
рудованный радиоканалом ShortLink и модулем GPS. Прибор отвечает требованиям стандар-
та IEC 60846 и обладает следующими характеристиками.
Диапазон измеряемых доз: 0,01 – 100 мЗв ч-1 с погрешностью + 6 %.
Энергетический диапазон (включая угловую зависимость): 48 кэВ – 2 МэВ + 40 %.
Время реакции: < 2 с.
Время интегрирования: выбирается автоматически в диапазоне 1 – 60 с.
Время работы от батарей: 400 ч при 1 мЗв ч-1.
Рабочий диапазон температур: -10оС - +50 оС.
Механический шок: падение с высоты 1,5 м на деревянный пол с отклонением пока-
заний менее 10 %.
Масса: 190 г, включая батареи (с модулем GPS).
Размеры: 82 × 24 × 139 мм.
Таким образом, достижение поставленной цели требует уточнения известных функ-
циональных схем, формирования технических требований к ее элементам, создания необхо-
димого ПО, сборки с последующими натурными испытаниями.
В. П. БАБАК, В. А. КАНЧЕНКО, А. А. КЛЮЧНИКОВ, В. А. КРАСНОВ, Н. Л. ЧЕПУР
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 66
Следует отметить, что для проведения измерений в локальных зонах, где требуется
пространственное позиционирование, БЛА самолетного типа не годятся. Здесь необходимы
вертолетные либо оптокоптерные БЛА. Тем не менее опыт их построения и работы в реаль-
ном времени можно перенести в последующем и на них.
Управление и аппаратура проведения видеонаблюдения и фотосъемки
Существующие методы проведения видеонаблюдения и фотографирования поверхно-
сти с летательных аппаратов известны и хорошо отработаны. Тем не менее и здесь постав-
ленная задача требует определенных проработок.
Поставленную задачу можно будет осуществить:
1. На базе уже отработанных нами приемов управления БЛА, например полеты в ре-
жиме FPV (First Person View) – полеты от первого лица. Их смысл состоит в том, что на бор-
ту БЛА устанавливают видеокамеру и передатчик видеосигнала, а на Земле приемник видео-
сигнала и устройство отображения – видеоочки, ноутбук. В этом случае управление БЛА
можно дистанционно осуществлять с радиопередатчика в режиме обычного визуального
контроля, а при использовании видеоочков наблюдать и фотографировать поверхность с
борта летательного аппарата. В первом случае дальность полета ограничена зрением пилота
(для мини-БЛА это 200 - 400 м), а во втором случае – техническими характеристиками ис-
пользуемой аппаратуры (до 5…10 км.).
Нами был использован комплект для FPV полетов 900MHZ 800mW Tx/Rx & 1/3-inch
CCD Camera PAL. Масса камеры и бортового видеопередатчика с антенной 120 г. Основная
сложность дистанционного управления БЛА в режиме FPV состоит в том, что оператор-
пилот определяет пространственное положение аппарата по изображению поверхности.
Здесь требуются определенные практические навыки управлением БЛА («чувствовать» вы-
соту, курс, крен и т.д.). Управление существенно упрощается за счет применения стабилиза-
тора-автопилота для FPV полетов фирмы FeiyuTech.
Стабилизатор-автопилот FY-21AP комплектуется блоком управления FY-21AP, бло-
ком AP 117 OSD, GPS приемником с частотой выходной информации 10 Гц и соединитель-
ными кабелями. Питание от источника 5 В, потребляемый ток около 90 мА, масса без соеди-
нительных кабелей 90 г. Блок управления FY-21AP является бесплатформенной инерциаль-
ной навигационной системой (БИНС), состоящей из трех гироскопов, трех акселерометров,
барометрического высотомера и микропроцессора. БИНС работает в комплексе со спутнико-
вой навигационной системой через GPS приемник. Алгоритмы обработки информации и
формирования управляющих сигналов записаны в микропроцессоре блока управления.
Видеосигнал с камеры в этом случае поступает на видеопередатчик через OSD-блок.
Блок OSD к видеосигналу «подмешивает» полетную информацию.
Не останавливаясь на особенностях установки и отладки такой схемы отметим, что в
данной конфигурации бортового оборудования БЛА возможны пять режимов его полета.
1. RC – полет БПЛА при дистанционном управлении с наземного передатчика.
2. ABM – полет при дистанционном управлении с автоматической стабилизацией
БПЛА в горизонтальной плоскости.
3. FAF – полет при дистанционном управлении с автоматической стабилизацией гори-
зонта и высоты.
4. ACM – полет по кругу со стабилизацией высоты в автоматическом режиме.
5. RTL – возврат в точку старта (домой) в автоматическом режиме.
Режимы 2 - 5 включаются с радиопередатчика, а включение режима 5 можно настро-
ить также и при потере связи передатчика с бортовым приемником. В этих режимах приори-
тетными являются сигналы радиопередатчика. Например, если при полете в режиме 3 пилот-
оператор изменяет высоту полета управляющим сигналом радиопередатчика, то БЛА отра-
батывает это изменение, а после окончания такого изменения система будет стабилизировать
измененное значение высоты.
БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 67
Такой комплект аппаратуры был исследован на двух типах БЛА: первый – модель
EPP FPV специально разработана для FPV полетов, собрана по классической схеме с толка-
ющим винтом; второй - модель собрана по двухбалочной аэродинамической схеме также с
толкающим винтом. Размах их крыльев 1,8 м, масса 1,5 - 1,8 кг. Разница еще и в том, что у
первой модели электродвигатель установлен на пилоне, у второй – по строительной оси. Ра-
диопередатчик и бортовой приемник японской фирмы Futaba, работающие на частоте
2,4 ГГц.
Видеоизображение с борта БЛА поступало на видеоочки и одновременно на ноутбук.
Рис. 7. Видеоизображение с борта БЛА.
Из рис. 7 видно, что кроме поверхности на экране отображается полетная информа-
ция: широта и долгота, количество «видимых» спутников, высота полета (м) относительно
точки старта, скорость полета (км/ч) относительно Земли, режим полета, расстояние (м) от
точки старта в плоскости горизонта.
Испытательные полеты были проведены на максимальную дальность полета (с ис-
пользованием видеоочков) 2,5 км в одну сторону. Обратный полет проводился в режиме
RTL. При этом система сама возвращает БЛА в точку старта и после ее достижения выпол-
няет полет по кругу до переключения на ручное управление (режимы 1, 2 или 3). Указанная
система удобна также и тем, что в случае вынужденной посадки ее координаты известны и
поиск БЛА не представляет затруднений.
Контроль режима ACM проведен с дополнительной установкой на борт логгера iBT-
GPS Bluetooth GPS Data Logger. После посадки информация с логгера переписывается в ПК.
ПО для логгера позволяет определять высоту и скорость, а также траекторию полета БЛА с
привязкой на местности за счет подключения Google. Полученные после одного из полетов
характеристики показаны на рис. 8.
Проведенные испытания показали, что дистанционно пилотируемые БЛА в режиме FPV
можно успешно эксплуатировать на дальность полета до 5 км при соответствующем аппара-
турном обеспечении. При массе 2,5…3,5 кг такой БЛА может нести полезную нагрузку око-
ло 0,5 - 0,7 кг. Большим преимуществом мини-аппаратов является старт с руки и посадка на
фюзеляж, что не требует специальных условий и дополнительного оборудования.
В. П. БАБАК, В. А. КАНЧЕНКО, А. А. КЛЮЧНИКОВ, В. А. КРАСНОВ, Н. Л. ЧЕПУР
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 68
Б
Рис. 8. Скорость и высота полета БЛА в режиме ACM по данным логгера (А)
и траектория полета БЛА в режиме ACM по данным логгера (Б).
В предположении создания отечественного БЛА можно применить трехракурсную
съемку [10]. Для этого фотоаппарат, расположенный по центру, направлен в надир, а два
других фотоаппарата располагаются под небольшим наклоном слева и справа от центрально-
го аппарата по направлению полета так, чтобы обеспечивалось перекрытие между боковыми
снимками.
Благодаря такому расположению фотокамер при одновременном фотографировании
значительно возрастает площадь покрытия поверхности снимками и вероятность пропусков
между маршрутами уменьшается. Снимки с камер, расположенных под углом, могут быть
использованы для построения фотоизображений при 3D моделировании. Максимальный
угол захвата местности трехкамерной фотоплатформой от 75 до 95˚, в зависимости от харак-
теристик устанавливаемых фотокамер.
Заключение
На сегодня ИПБ АЭС НАН Украины имеет возможность создания относительно про-
стого и дешевого малого БАК отечественного производства для радиационного мониторинга
АЭС, окружающей среды и видеоразведки, в состав которого входит бортовая аппаратура
для:
отбора проб радиоактивных аэрозолей на различных высотах и на разных расстояниях
от источника выброса;
измерения МЭД гамма-излучения в заданных географических координатах и высотах
в режиме реального времени;
проведения видеонаблюдений в радиационно-опасных и труднодоступных зонах.
Для проведения предварительных исследований и отработки методик радиационного
мониторинга можно успешно применять режим FPV как относительно дешевый. При этом
может быть использован мини-электролет, масса которого составляет 3-4 кг, а его полезная
нагрузка включает видеокамеру с видеопередатчиком, систему FY-21AP, ФЭУ и устройство
измерения радиационного фона. Масса такой полезной нагрузки будет примерно 0,5 - 0,7 кг.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ключников А.А., Скалозубов В.И., Хадж Фараджаллах Даббах А. Предварительный анализ при-
чин большой аварии на АЭС Фукусима-1 // Проблеми безпеки атомних електростанцій і Чорно-
биля. -2011. - Вип. 17. - С. 8 - 16.
2. Калиновский А.К., Краснов В.А., Огородников Б.И. Радиоактивные аэрозоли Фукусимы в Черно-
быле // Там же. - С. 80 - 85.
3. http://nnm.ru/blogs/Etacom/snimki_vysokogo_razresheniya_aes_fukusima-1_vid_s_vozduha/.
БЕСПИЛОТНЫЕ АВИАЦИОННЫЕ КОМПЛЕКСЫ
________________________________________________________________________________________________________________________
ISSN 1813-3584 ПРОБЛЕМИ БЕЗПЕКИ АТОМНИХ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЙ І ЧОРНОБИЛЯ 2012 ВИП. 19 69
4. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам / Вып.12. Наблюдения за радиоактив-
ным загрязнением природной среды / Под ред. К. П. Махонько. – М.: Гидрометиздат, - 1982. -
59 с.
5. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. – М.: Машиностроение, 1984. -
424 с.
6. http://www.cgo.kiev.ua/index.php?fn=hazard&f=structure.
7. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М.: Машиностроение, 1975. –
559 с.
8. http://tetra.ua/production/dosimeter_radiometer/dks-96/
9. Отчет SIP K 00 21 310 MR1 001 01. Контракт SIP 01-3-011.- 2003.
10. БПЛА ПП-45 “Эльф” // Индустриальные геотехнические системы. - Россия, г. Омск.
В. П. Бабак, В. Я. Канченко, О. О. Ключников, В. О. Краснов, М. Л. Чепур
БЕЗПІЛОТНІ АВІАЦІЙНІ КОМПЛЕКСИ ЯК ЗАСІБ РАДІАЦІЙНОГО МОНІТОРИНГУ
АЕС І НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
На прикладі використання безпілотної авіації для проведення відеоспостереження та вимірю-
вання радіаційного фону при аварії на АЕС Фукусіма-1 показанo ефективність її застосування. Про-
ведено аналіз можливості моніторингу навколишнього середовища дистанційно пілотованим надлег-
ким безпілотним літальним апаратом.
Ключовi слова: безпілотний авіаційний комплекс, безпілотний літальний апарат, радіаційна
розвідка.
V. P. Babak, V. J. Kanchenko, O. O. Klyuchnykov, V. O. Krasnov, M. L. Chepur
UNMANNED AERIAL COMPLEXES AS A WAY OF NPP
AND ENVIRONMENT RADIATION MONITORING
As a example of the using of unmanned aircraft for video monitoring and radiation background
measurement in the accident area at the NPP Fukushima-1 are shown the efficiency of its use. The analys of
possible environmental monitoring remotely piloted ultralight unmanned aerial vehicle are carried out.
Keywords: unmanned aerial system, an unmanned aerial vehicle, radiation reconnaissance payload.
Надійшла 16.05.2012
Received 16.05.2012
|