CC BY
53
УДК 002:004
Использование дистанционно-пилотируемых летательных аппаратов для решения задач МЧС России
© Технологии гражданской безопасности, 2009
С.П. Тодосейчук А.В. Калдаев
Аннотация
Выполнение основных задач МЧС России связано с большим риском, требует высочайшей подготовки личного состава и применения высокоэффективных технических средств. Предотвращение ЧС и их локализация в самой начальной стадии развития является наиболее важной задачей при разработке новой техники, а также форм и методов ее применения.
Ключевые слова: безопасность; природные чрезвычайные ситуации, глобальный мониторинг, робототехнические комплексы, дистанционно-пилотируемые летательные аппараты.
The use of unmanned aerial vehicles in operations of MChS of Russia
© Civil Security Technology, 2009
S. Todoseichuk A. Kaldaev
Abstract
A lot of the MChS of Russia basic functions are associated with high risks and therefore require highly trained personnel and the use of high-performance technologies. Emergency prevention and early containment is the most important objective when developing new equipments, as well as forms and methods of their use.
Key words: natural emergencies, global monitoring, robotic systems, unmanned aerial vehicles.
Важность и сложность решения стоящих перед МЧС России задач определяется специфическими особенностями Российской Федерации: обширной территорией, относительно низкой средней плотностью населения и высокой его концентрацией в крупных городах, наличием регионов регулярных природных чрезвычайных ситуаций (ЧС) (землетрясений, наводнений, тайфунов и ураганов, крупных лесных пожаров, оползней, схода снежных лавин и других).
Высокие риски, обусловленные угрозами возникновения техногенных ЧС и катастроф, связаны с большим износом и старением основных производственных мощностей. Особую опасность представляют аварии на атомных объектах и крупных химических производствах, размещенных в непосредственной близости от населенных пунктов.
Большую протяженность имеют нефте- и газопроводы. Аварии на них могут приводить к большим человеческим жертвам, крупномасштабному загрязнению окружающей среды, а также к большим экономическим потерям, так как экспорт энергоносителей составляет самую большую долю валютных поступлений в бюджет страны.
Потенциальную опасность представляет значительная изношенность жилищного фонда, являющаяся причиной возникновения больших пожаров, вызывающих многочисленные человеческие жертвы и существенные материальные потери.
Относительная ограниченность людских ресурсов МЧС России, необходимость сохранения здоровья и жизни самих спасателей в сложных условиях крупных техногенных катастроф с радиоактивными, химическими и биологическими объектами, существенные бюджетные ограничения вызывают необходимость поиска наиболее эффективных путей улучшения работы МЧС России по предупреждению, выявлению, локализации ЧС и ликвидации их последствий.
В указанных условиях перспективными являются не экстенсивные, а интенсивные направления развития. Они могут быть основаны на использовании новейших технологий, комплексного применения сил и средств, предпочтительного использования методов, направленных на предупреждение, выявление и локализацию ЧС на ранних стадиях их возникновения и распространения.
Выполнение основных задач МЧС России связано с большим риском, требует высочайшей подготовки личного состава и применения высокоэффективных технических средств. Предотвращение ЧС и их локализация в самой начальной стадии развития является наиболее важной задачей при разработке новой техники, а также форм и методов ее применения.
Для дистанционного зондирования местности, мониторинга потенциально опасных территорий и зон промышленных объектов целесообразно использовать роботизированные системы, способные в реальном масштабе времени передавать соответствующим руко-
водящим инстанциям информацию об их состоянии для принятия оперативных и адекватных мер в случае угрозы возникновения ЧС. Перспективными направлениями развития систем и технических средств, предназначенных для предупреждения, обнаружения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на региональном и общегосударственном уровнях могут стать:
создание систем непрерывного круглосуточного глобального и общенационального мониторинга территорий с помощью авиационных и космических средств, а также наземных, надводных и подводных роботизированных систем;
интеграция средств мониторинга со средствами связи для образования единой общенациональной системы информирования руководства МЧС России и его региональных центров в реальном масштабе времени о чрезвычайных ситуациях или угрозе их возникновения с целью принятия своевременных и правильных управленческих решений.
Назначение воздушного робототехнического комплекса
Применение воздушных робототехнических комплексов в интересах МЧС России является весьма актуальным. Входящие в их состав дистанционно пилотируемые летательные аппараты могут заменить самолеты и вертолеты в ходе выполнения заданий, связанных с риском для жизни их экипажей и с возможной потерей дорогостоящей пилотируемой авиационной техники.
Воздушный робототехнический комплекс предназначен для решения следующих задач:
дистанционный мониторинг земной поверхности с целью
мониторинг лесных массивов с целью обнаружения лесных пожаров;
мониторинг и передача данных по радиоактивному и химическому загрязнению местности и воздушного пространства в заданном районе;
инженерная разведка районов наводнений, землетрясений и других стихийных бедствий;
обнаружение и мониторинг ледовых заторов и разлива рек;
мониторинг состояния транспортных магистралей, нефте- и газопроводов, линий электропередачи и других объектов;
экологический мониторинг водных акваторий и береговой линии;
определение точных координат районов ЧС и пострадавших объектов;
доставка малогабаритных специальных грузов и средств в особо опасные районы ЧС и террористических актов.
Мониторинг обеспечивается днем и ночью, в благоприятных и ограниченных метеоусловиях.
Операторы на наземной станции управления (НСУ) проводят визуальное наблюдение изображений, пере-
даваемых с ДПЛА в реальном масштабе времени и регистрируют телеметрическую информацию в течение всего полета, а видеоинформацию — в течение 4 часов.
ВРК обеспечивает поиск потерпевших аварию (катастрофу) технических средств и пропавших групп людей. Поиск проводится по заранее введенному полетному заданию или по оперативно изменяемому оператором маршруту полета.
При проведении поисковой операции на НСУ передается видеоизображение, формируемое оптическим и/ или тепловизионным средствами наблюдения. Обнаружение выполняется визуально оператором в реальном масштабе времени либо в процессе наземной обработки зарегистрированной в полете видеоинформации.
ВРК обеспечивает выполнение автоматического, полуавтоматического и ручного дистанционно-пилотируемого полета по запрограммированному или оперативно вводимому маршруту с управлением ДПЛА в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Заход на посадку на оборудованные и необорудованные взлетно-посадочные полосы и площадки выполняется в автоматическом или ручном режиме управления.
Основные задачи (сценарии полетов)
Задачи для применения ВРК можно классифицировать на четыре основные группы:
— обнаружение ЧС;
— участие в ликвидации ЧС;
— поиск и спасение пострадавших;
— оценка ущерба от ЧС.
Под обнаружением ЧС понимается достоверное установление факта ЧС, а также времени и точных координат места его наблюдения.
Воздушный мониторинг территорий с помощью ДПЛА проводится на основе прогнозов повышенной вероятности возникновения ЧС или по сигналам из других независимых источников. Это может быть облет лесных массивов в пожароопасных погодных условиях. С учетом статистических данных относительно того, что сам человек в большинстве случаев является источником лесных пожаров, сюда же можно отнести мониторинг зон загородного отдыха горожан.
В таких задачах пилот ВРК должен оптимальным образом выбрать маршрут, скорость и высоту полета ДПЛА, чтобы охватить район наблюдения за минимальное время или количество пролетов с учетом секторов обзора телевизионной и тепловизионной камер. При этом необходимо исключать двукратный или многократный пролет одних и тех же мест с целью экономии материальных и людских ресурсов.
Данные об опасных и быстро распространяющихся ЧС, таких как пожары, следует передавать в реальном масштабе времени для оповещения людей и принятия возможных срочных мер по их ликвидации.
Сведения о медленно развивающихся ЧС, например наводнениях и разливах рек, можно записать на борто-
вой или наземный видеомагнитофон и обработать после возвращения ДПЛА.
ВРК может быть включен в состав сил и средств по ликвидации ЧС. При этом задачи пилоту ДПЛА и оператору его полезной нагрузки ставит руководитель спасательной операции. Среди таких задач могут быть:
— облет района пожара, с целью определения его очага, границ, направления и скорости распространения;
— выяснение степени химического или радиоактивного заражения местности с установлением точных данных о концентрациях вредных веществ и уровнях опасных излучений для определения возможности направления туда спасателей, для выбора времени и режима их работы, а также средств индивидуальной защиты;
— определения границ разлива нефти на водной поверхности, формы и направления движения нефтяного пятна.
В зависимости от поставленной задачи техник ВРК должен установить соответствующие бортовые технические средства для ее выполнения, например газоанализаторы.
Крайне полезными, а порой и незаменимыми, могут оказаться ВРК при проведении поисково-спасательных операций на суше и на море. С их помощью можно вести поиск пострадавших, устанавливать точные координаты их местонахождения, сбрасывать на парашюте необходимые медикаменты, средства радиосвязи, продукты питания, воду, радиомаяки и сигнальные огни.
ВРК целесообразно применять и для оценки ущерба от ЧС в тех случаях, когда это необходимо сделать быстро и точно, а также без риска для здоровья и жизни наземных спасательных отрядов или летчиков пилотируемых самолетов и вертолетов. При этом выбор полетного задания, состава технических средств полезной нагрузки ДПЛА, режима обработки получаемой информации проводится таким же образом, как и при решении других перечисленных выше задач.
Система непрерывного оперативного мониторинга обстановки
В соответствии с «Положением о Министерстве Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий» МЧС осуществляет на федеральном уровне управление государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
Эффективность работы такой системы во многом определяется уровнем ее технической оснащенности и правильной организацией взаимодействия всех входящих в нее элементов.
Для решения задачи сбора и обработки информации в области гражданской обороны, защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, обеспечения пожарной безопасности, а также обмена этой инфор-
мацией целесообразно использовать все три эшелона технических средств:
космические аппараты — спутники наблюдения Земли из космоса, пилотируемые космические корабли и орбитальные станции;
авиационные средства — самолеты вертолеты и беспилотные летательные аппараты;
наземные и надводные средства.
Каждое из перечисленных технических средств имеет свои достоинства и недостатки, а также соответствующие области применения. Поэтому только совместное использование космических пилотируемых авиационных средств, беспилотных летательных аппаратов, наземных и надводных технических систем в рамках государственной системой предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций может быть результативным и экономически оправданным.
Космические средства в состоянии осуществлять мониторинг земной поверхности на большой площади при пролете над территорией страны или обеспечивать практически круглосуточное наблюдение за счет одного спутника на геостационарной или высокой эллиптической орбите, а также с помощью группировки, состоящей из нескольких спутников. Однако чувствительность и разрешающая способность космических средств наблюдения может оказаться недостаточной, а стоимость их вывода в космос слишком большой для непрерывного наблюдения всей площади РФ. При этом на качество снимков и изображений интересующих районов, полученных из космоса, может негативно влиять облачность. Поэтому космические средства целесообразно использовать для оперативного получения сигнальной информации, которая в последствии должна быть уточнена и детализирована с помощью других средств.
Авиационные средства могут быстро достичь практически любой заданный район нашей страны, в том числе и в удаленной и труднодоступной для наземных средств местности, и провести необходимые наблюдения, видео— и фотосъемку. При этом ДПЛА способны существенно дополнить и расширить возможности пилотируемой авиационной техники за счет непрерывного барражирования над интересующим районом или объектом в течение 12-14 часов и передачи в любое время суток достоверной информации о происходящем.
Система информирования руководящего состава Гражданской обороны о чрезвычайных ситуациях в реальном масштабе времени
Фактор времени является крайне важным при планировании и проведении мероприятий по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, а также обеспечения пожарной безопасности. От своевременного получения информации о ЧС руководящим составом МЧС России разного уровня и от оперативного реагирования на происходящее во многом зависит уровень экономического ущерба от ЧС и количество
пострадавших граждан. При этом для принятия руководящими инстанциями соответствующих оперативных управленческих решений необходимо представление полной, объективной и достоверной информации, не искаженной или видоизмененной из-за субъективных факторов.
Полученные с помощью ДПЛА данные могут быть переданы по каналам связи (в том числе спутниковым) в штаб проведения поисково-спасательной операции, Региональный центр МЧС России или в центральный аппарат МЧС России в Москве заинтересованному пользователю в реальном масштабе времени.
Таким образом, применение ДПЛА может существенным образом восполнить информационные пробелы относительно динамики развития ЧС. При этом, в сочетании с данными, полученными от других технических средств космического, наземного или надводного базирования, могут быть детально представлены реальная картина происходящих событий, а также характер и темпы их развития.
Важным достоинством такой комплексной системы с использованием воздушного робототехнического комплекса является возможность отдачи руководством МЧС России регионального или даже федерального уровня команд пилоту и оператору полезной нагрузки ДПЛА для получения дополнительных данных о ЧС.
Воздушный робототехнический комплекс, объединенный с соответствующими средствами связи с автоматизированной информационной управляющей системой ГО ГУ МЧС России по субъекту РФ, может стать эффективным инструментом обратной связи, позволяющим не только информировать руководство о ЧС, но и исполнять его оперативные команды практически в реальном масштабе времени.
Интеграция и совместное использование средств мониторинга и ликвидации чрезвычайных ситуаций
Крайне важной задачей является обнаружение с помощью ДПЛА возникновения чрезвычайной ситуации. Применение только одних ДПЛА может оказаться весьма эффективным для медленно развивающейся ЧС, или ЧС в относительной близости от размещенных сил гражданской обороны и средств по ее ликвидации.
Однако в общем случае своевременное получение информации о ЧС является необходимым, но не достаточным условием для защиты населения и территорий от ЧС. Целесообразно интегрировать средства мониторинга со средствами борьбы с ЧС в единую систему. При этом скорость реагирования на полученную информацию о ЧС должна быть достаточно высокой.
Идея использования ДПЛА для обнаружения небольших пожаров высказывалась ранее в ряде стран, в том числе в США. В рамках общенациональной десятилетней программы борьбы с пожарами НАСА продемонстрировала возможность применения экспери-
ментального ДПЛА «Алтус» для мониторинга земной поверхности. Однако нигде еще в мире ДПЛА не использовались для обнаружения или тушения реальных пожаров. Тем более, не ставилась задача их интеграции со средствами тушения в единую систему.
Впервые аргументированное предложение относительно применения воздушного робототехниче-ского комплекса совместно с воздушным танкером — самолетом-амфибией
«Бе-200» для обнаружения и тушения пожаров было выдвинуто Корпорацией «ИРКУТ» совместно с ВНИИ-ГОЧС.
По заказу МЧС РФ Корпорация «ИРКУТ» производит самолеты-амфибии «Бе-200», которые уже поступают на снабжение подразделений этого министерства. В случае принятия решения об использовании ВРК в интересах МЧС такая уникальная и не имеющая аналогов в мире система борьбы с пожарами может быть реализована в самые ближайшие годы.
В результате совместной работы ВНИИГОЧС и Корпорации «ИРКУТ», с учетом накопленного опыта по защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций и знания технических возможностей ВРК,
Рис. 1. Беспилотный летательный аппарат и самолет-амфибия Бе-200 в совместном полете
могут быть отработаны наиболее эффективные способы применения новейших технических средств. Их можно будет нормативно закрепить в соответствующих приказах и инструкциях в рамках МЧС России, отработать на учениях сил гражданской обороны и использовать в реальной работе по решению стоящих задач.
На рисунках изображен сценарий тушения пожара на морском судне с помощью взаимодействующих между собой воздушного робототехнического комплекса и самолета-амфибии «Бе-200». По сигналу «SОS» в район терпящего бедствие судна был направлен ДПЛА, с помощью которого проведен тщательный осмотр этого судна и подтвержден факт возникновения пожара в машинном отделении и установлена угроза его распространения на палубные надстройки. В этот район вызван самолет «Бе-200» ( рис. 1).
Сведения об авторах
Тодосейчук Сергей Павлович: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), начальник
центра, к.т.н., с.н.с., Москва, ул.Давыдковская, д.7. Калдаев Александр Васильевич: НПК «Иркут», начальник аналитического сектора, e-mail: [email protected].
