CC BY
44
КОМПЛЕКС МОДЕЛЕЙ ОЦЕНИВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ СИТУАЦИЙ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВА РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ ИХ ЛИКВИДАЦИИ В ПРОЦЕССЕ ПОДГОТОВКИ И ПУСКА РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Тарасов Анатолий Геннадьевич,
к.т.н., докторант Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского,
г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
Минаков Евгений Петрович,
д.т.н., профессор, профессор кафедры управления организационно-техническими системами космического назначения Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского,
г. Санкт-Петербург, Россия, [email protected]
АННОТАЦИЯ
Одной из основных задач системы эксплуатации ракетно-космических комплексов является обеспечение требуемых показателей надежности и безопасности эксплуатации объектов космодрома. При этом практика эксплуатации ракетно-космических комплексов свидетельствует о регулярном возникновении происшествий на объектах космодромов, иногда заканчивающихся трагедиями, в связи с чем возникает необходимость совершенствования системы эксплуатации ракетно-космических комплексов для обеспечения своевременности и безопасности выполнения задач подготовки и пуска ракет космического назначения в условиях возникновения экстремальных ситуаций. Проблема обеспечения безопасности на опасных объектах в настоящее время решается применением робототехнических систем ро-бототехнических систем и комплексов робототехнических комплексов. Особенность процессов подготовки и пуска ракет космического назначения заключается в строго регламентированном времени окончания, обусловленном «окном запуска» для выведения космического аппарата в заданную точку орбиты. В связи с этим применение робототехнических комплексов для ликвидации экстремальных ситуаций в процессе подготовки и пуска ракет космического назначения должно обеспечивать не только безопасность системы эксплуатации ракетно-космических комплексов, но и своевременность подготовки и пуска ракет космического назначения. Для обеспечения эффективного выполнения задач подготовки и пуска ракет космического назначения в различных условиях обстановки необходимо разработать модельно-алгоритмическое описание возможных штатных и нештатных состояний функционирования объектов ракетно-космических комплексов, оценить вероятности возникновения экстремальных ситуаций на объектах ракетно-космических комплексов по их показателям надежности и безопасности, определить пространственно-временные характеристики областей экстремальных ситуаций по известным массово-энергетическим характеристикам объектов ракетно-космических комплексов, инициирующих возникновение экстремальных ситуаций. Разработка комплекса моделей, обеспечивающего получение характеристик экстремальных ситуаций и позволяющего определить состав робототехнических комплексов для устранения экстремальных ситуаций, должна осуществляться с позиций системного подхода, который заключается в рассмотрении исследуемых систем в их взаимосвязи гншги взаимодействии со средой, основанного на комбинированном использовании логических, лингвистических и математических моделей и алгоритмов, обеспечивающих обработку информации в реальном времени больших объемов измерительной информации.
Ключевые слова: функциональная структура; робототехнический комплекс; экстремальная ситуация; безопасность системы эксплуатации.
Для цитирования: Тарасов А. Г., Минаков Е. П. Комплекс моделей оценивания характеристик экстремальных ситуаций и определения состава робототехнического комплекса ликвидации экстремальных ситуаций в процессе подготовки и пуска ракет космического назначения // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. 2017. Т. 9. № 3. С. 14-24.
Введение
Под системой эксплуатации ракетно-космических комплексов (СЭ РКК) понимается иерархически организованная совокупность органов управления, средств и объектов эксплуатации, обеспечивающая решение задач комплекса с требуемой эффективностью на всех этапах эксплуатации РКК. При проектировании и разработке СЭ РКК необходимо с позиций системного подхода определять ее структуру не только для штатного функционирования РКК, но и для случаев выполнения задач подготовки и пуска ракет космического назначения (ПП РКН) в условиях экстремальных ситуаций (ЭС). Под ЭС в процессе ПП РКН понимается обстановка, складывающаяся на техническом и стартовом комплексах (CK) и прилегающих к ним территориях, характеризуемая возникновением опасных факторов, представляющих угрозу для здоровья и жизни людей, нанесения вреда окружающей среде или угрозу срыва решения задач своевременной подготовки и пуска РКН.
Для формирования структуры робототехнических комплексов (РТК) ликвидации ЭС с целью безопасного и своевременного выполнения задач ПП РКН [1-3] в условиях ЭС необходимо определить характеристики ЭС, оценить вероятности их наступления на объектах РКК по показателям надежности и безопасности оборудования и статистическим показателям возникновения природных чрезвычайных ситуаций для региона, в котором осуществляется эксплуатация РКК, определить пространственно-временные характеристики областей ЭС по известным массово-энергетическим характеристикам объектов РКК, инициирующих возникновение ЭС. Целью работы является разработка комплекса моделей оценивания характеристик ЭС и определения состава РТК ликвидации ЭС, обеспечивающего своевременное и безопасное выполнение задач ПП РКН в условиях ЭС.
Структура комплекса моделей обнаружения
и ликвидации экстремальных ситуаций
Этапы формирования структуры РТК ОЛ ЭС, под которой понимается количественный и качественный состав РТС и порядок их взаимодействия при ОЛ ЭС, представлены на рис. 1.
Комплекс моделей, представленный на рис. 2, направлен на решение следующих задач, обеспечивающих формирование структуры РТК:
- расчет вероятности возникновения ЭС в процессе ПП РКН;
- расчет площади (радиуса) действия опасных факторов ЭС;
- расчет области воздействия манипуляционных подсистем РТС, входящих в состав РТК;
- расчет минимально потребного состава РТК для различных способов применения;
- расчет вероятности выполнения задач по ликвидации ЭС в процессе ПП РКН с применением РТК.
Многовариантность развития ЭС, значительная неопределенность их характеристик предполагают применение сценарных моделей, определяющих возможные варианты будущей обстановки исходя из структурно-функционального анализа РКК. Для построения сценарных моделей определяются последствия отказов каждого элемента РКК, ошибок эксплуатирующего персонала (ЭП), а также совместные отказы элементов и ошибки ЭП (инициирующие события) [4]. Затем определяются предельные значения параметров системы, выход за которые приводит к возникновению аварийных ситуаций (последствия инициирующих событий). Далее рассматриваются возможные варианты развития аварийных ситуаций (эскалация), а также предполагаемый ущерб (рис.3). Наиболее опасный период в процессе ПП РКН наступает после начала заправки РКН компонентами ракетного топлива (КРТ), в связи с чем на рис.3 представлены сценарии развития ЭС для системы заправки.
Модель расчета вероятности возникновения ЭС
в процессе ПП РКН
В качестве инициирующих событий ЭС выступают отказы технических средств СЭ, отказы средств защиты, ошибки ЭП, а также негативное воздействие внешней среды, вероятность возникновения которых может быть определена по формуле:
Рс( ¡) =
П (! - tn )) П (! - P, (f )) П (! - Рш* (0)
PSCP, (1)
Рис. 1. Этапы формирования структуры РТК ОЛ ЭС
АВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА гдеР (t )— вероятность безотказной работы г'-го техни-
^ технЛ on' г г
ческого средства при выполнении операции ПП РКН;
n—количество технических средств, задействованных в операциях ПП РКН;
Р (t) — вероятность безошибочного выполнения
опер4 j/ г
оператором алгоритмов операций ПП РКН за время t., не превышающее допустимое (нормативное) время t ;
^ — количество алгоритмов ПП РКН, в которых задействован оператор;
Р3ашt(t)—вероятность безотказной работы средств защиты;
k — количество защитных средств, реализованных в процессе ПП РКН;
РФСР — вероятность возникновения ОФ в результате воздействия внешней среды, в том числе противника.
Вероятность негативного воздействия внешней среды определяется через статистические показатели возникновения чрезвычайных ситуаций для региона, в котором осуществляется эксплуатация РКК.
В результате возникновения аварийных ситуаций (АС) на объектах РКК с точки зрения воздействия на людей
Рис. 2. Комплекс моделей оценивания характеристик ЭС и определения состава РТК ликвидации ЭС
Инициирующее событие Последствия Эскалация Ущерб
(причина)
Отказ ЭК7 (открыт), ЭК4 (БР) и ЭКЗ (MP) (закрыт)
Отказ ЭК4 (БР), ЭХ2 и ЭКЗ (MP) (закрыт), насос НЛ1 включен
Отказ ЗК (открыт), СИУЗ, насос HJT I включен
Превышение давления ДДЗ > 50кПа в теч. 5 сек. Взрыв автозаправщика Загрязнение окружающей среды, пожар
Превышение давления ДД2 > 980кПа или ДД4> 650кПав теч.Юс Взрыв заправочных магитсралей —► Загрязнение окружающей среды, пожар
Отказ ЭК7 (закрыт), ЭК6 (открыт), насос HJI1 включен
Понижение давления Деформация Загрязнение
ДДЗ< ЮкПавтеч. 5с. -► автозаправщика —► окружающей среды,
пожар
Достижеш1е Взрыв Загрязнение
аварийного уровня блока «И» окружающей среды.
заправки пожар
Отказ ЗК (закрыт), насос HJI1 включен
Понижение давления ДД4 < ЗОкПа в теч. 1 Ос Утечка керосина через стыковочные разъемы Загрязнение окружающей среды, пожар
Рис. 3. Сценарии развития ЭС для системы заправки
и окружающую среду возможны следующие основные последствия их развития:
- раздельные проливы КРТ или аварийные выбросы КРТ;
- пожары вследствие совместных проливов КРТ;
- взрывы элементов РКК на старте, в процессе полета РКН, а также при падении аварийного РКН в позиционном районе части запуска космического аппарата (КА).
В перечисленных случаях возникновение АС, как правило, влечет за собой массированное воздействие на различные средообразующие компоненты: токсичное загрязнение атмосферы, почв, поверхностных и подземных вод токсичными химическими веществами, механическое загрязнение поверхности земли и т. д.
Модель расчета площади (радиуса) действия
опасных факторов ЭС
При формировании структуры РТК необходимо обеспечить полное покрытие областями действия манипуля-ционных подсистем робототехнических систем (РТС) области ЭС для минимизации ущерба от действия опасных факторов окружающей среде и людям [5-6]. Для решения данной задачи предлагается применить геометрическую аппроксимацию, которая заключается в замене сложных геометрических форм простыми фигурами. Область ЭС, в общем случае, представляет собой неправильную геометрическую фигуру.
В связи с тем, что существуют объективные сложности с моделированием поверхностей и границ областей ЭС, предлагается оценивать их параметры по характеристикам объекта, выступающего в качестве источника опасности.
При ПП РКН на CK возможны проливы КРТ с последующим их возгоранием или без возгорания. Параметры области ЭС в этом случае будут определяться запасами КРТ. При разгерметизации баков с КРТ образуется облако, масса которого в зависимости от времени t определяется по следующей формуле [7]:
MJt)=W)+MJt)+MJt),
^прол
25,5 мкрт - мг -
Ркрт
-л 2
4
где Мкрт — масса КРТ в РКН на момент аварии;
Ркрт— плотность КРТ.
При детонации баков РКН радиус первичного облака
КРТ R 8 определяется по формуле [7]:
Яо6л(0 =
4пРв
(4)
где рвы6 — плотность КРТ в первичном облаке в начальный момент времени.
Радиус вторичного облака Ro6ji2, образующегося при испарении КРТ из пролива определяется по формуле [7]:
*обл2=o,567spo;,
(5)
Для определения радиуса действия ударной волны, сформировавшейся в результате взрыва топливовоздушной смеси, можно воспользоваться приближенной формулой [7]
R =
к 3W
61+
3180
(6)
где коэффициент К категории повреждения определяется по справочным данным, а Ш — тротиловый эквивалент взрыва, определяемый из соотношения
W
. 0,4MT(tq = 0,4(Мобл(?)-Мж(1 )-M„(t))qr 4,05 ■ 106
4,05 ■ 106
(7)
где дг — теплота сгорания газа, величина которой определяется по справочным данным или оценивается по формуле [7]
qr = 44-ß,
(8)
(2)
где М" (t) — масса КРТ в первичном облаке;
MT(t) — масса КРТ, переходящая в первичное облако в виде газа при мгновенном вскипании КРТ;
MJt) — масса КРТ, переходящая в первичное облако в виде аэрозоля;
MR(t) — масса КРТ, переходящая в первичное облако в виде газа при кипении пролива.
Для частного случая пролива КРТ на поверхность СК, площадь поверхности пролива 5прол при их свободном растекании определяется по формуле [7]:
где р —табличное значение корректировочного коэффициента для наиболее распространенных взрывоопасных веществ.
Модель расчета области воздействия манипуляционных подсистем РТС, входящих в состав РТК
Параметры аппроксимирующих фигур предлагается определять по характеристикам РТС, а именно зоной воздействия (ЗВ) манипуляционной подсистемы (МП) [8]. Параметры аппроксимирующей трапеции (рис. 4) определяются шириной действия РТС с учетом расстояния до очага опасного фактора Яр и угла поворота а, на который необходимо поворачивать манипулятор для обеспечения максимальной ширины действия РТС, и высотой В\
L1 = 2VRm -Rp2,B = Ram -Rp,
(9)
(3) где Ят — дальность действия РТС (дальность водяной пушки, радиус зоны обслуживания манипулятора и т. д.); Я — расстояние от рубежа применения РТС до области ЭС.
2
Рис. 4. Определение параметров аппроксимирующего прямоугольника по характеристикам РТС
Угол поворота МП определяется по следующему выражению
а = arccos^)
'ДМ
L2=I^-2(Rm-R,)sma =
= URm~K -Яр)™«
^РТС - "2 (L1 + L2 )B :
CK CK CK
ляется зависимостью
Mz - E [(Z max - Z min)/a ] + 1,
рой понимается геометрическое пространство, образуемое пересекающимися ЗВ МП РТС. Для каждого г'-го слоя число рядов зон сплошного воздействия МП РТК вдоль оси Гк вычисляется по формуле
М2у = E [(Y^ - Y^ min ) ^ L ] + 1, i = 1.....Mz , (14)
где Y .Y. — максимальная и минимальная координата
max min
z-го слоя области ЭС по оси Y .
CK
Для каждого/-го ряда г'-го слоя число рядов зон сплошного воздействия МП РТК вдоль оси X вычисляется по формуле
= E [(Xj max - mmV B ] + 1,
i -1,...,Mz, j -1,...,M ,
(15)
(10)
где X ,Х . — максимальная и минимальная координата области ЭС для гу-го ряда.
Общее число РТС, обеспечивающих зону сплошного воздействия МП РТК оценивается по формуле
Длина второго основания Ь2 определяется по следующему выражению
м, мч)
(16)
(ii)
Площадь ЗВ МП РТС будет приблизительно равна площади аппроксимирующей трапеции
(12)
= (2^*ДМ - *р2 - (ЯДМ - Яр )8ша)(Яда - Яр).
При динамическом способе применения РТС аппроксимирующая область будет представлять собой параллелепипед с шириной , высотой В, а глубина параллелепипеда (длина полосы покрытия РТС) определяется характеристиками локомоционной и энергетической подсистем РТС.
Модель расчета минимально потребного состава
РТК для различных способов применения
Для определения минимально потребного количества РТС ЛТр в составе РТК необходимо рассчитать минимально избыточное число слоев параллельных основной плоскости О X Y (горизонтальных слоев), которое опреде-
Модель расчета вероятности выполнения задач по ликвидации ЭС в процессе ПП РКН с применением РТК
В качестве способов применения РТС следует выделить в зависимости от количества применяемых РТС одиночное и групповое, а также в зависимости от расстояния между центрами РТС без разрывом и с разрывами в области покрытия. С учетом рассчитанного количества РТС для различных способов применения может быть определено время, в течение которого обеспечивается сплошное покрытие области ЭС ЗВ МП РТС. Формирование структуры РТК ликвидации ЭС направлено на решение двуединой задачи: гарантированной ликвидации ЭС и минимизации времени проведения операций по ликвидации ЭС. В связи с этим в качестве показателя результативности применения РТК для ликвидации ЭС предлагается вероятность ликвидации ЭС за требуемый интервал времени:
У г
звмп
РТС
:(0 =
>1
Кт Руук ('„„ )>
(17)
(13)
где Кэс -£ £ £ XAVj
i =1 j=1 k=1
ijk'
где Z , Z . — максимальная и минимальная координата
max min ^^
области ЭС по оси Z ;
ск'
а — высота действия МП РТС.
Одной из кинематических характеристик применения РТК является его зона сплошного воздействия, под кото-
Х =
0,если ук-й куб не используется в аппроксимации области ЭС 1,если ук-й куб используется в аппроксимации области ЭС
Vptk =ЕЕЁ^и , i=1 j=1 k=1
0,если ijk -й куб не покрыт ЗВ МП РТС 1,если ijk-й куб покрыт ЗВ МП РТС
Работоспособность РТК следует оценивать исходя из решения целевой задачи, а именно обеспечения покрытия заданной области ЭС
П РРТа (О при однократном
¿=1
покрытии аппроксимирующей области ЭС совокупностью РТС
^PTK(ton)
(18)
1-П (1-РРТСг (¿оп)) при многократном
1=1
покрытии аппроксимирующей области ЭС совокупностью РТС
Вероятность безотказной работы РТС Рртс определяется безотказностью технических средств Ртс, безошибочностью программного обеспечения Рпо и надежностью (устойчивостью) канала связи Ркс:
Р =(Р Р Р >.
РТС 4 ТС> ПО' КС '
Для получения интегрального показателя надежности РТС может использоваться метод главного показателя, линейная (аддитивная) свертка (метод взвешенной суммы), мультипликативная свертка. Первый метод не подходит, т.к. среди показателей нет главного, существенно отличающегося от остальных. Линейная свертка не подходит, т.к. низкая оценка по одному показателю не может быть компенсирована высокой оценкой по другим. Поэтому для оценки эффективности выбрана мультипликативная свертка. В данном случае интегральный показатель надежности РТС рассчитывается по формуле [9]:
р = Пр?> = 1.
¿=1 ¿=1
где п — количество показателей, п = 3; — вес г'-го показателя.
г
Приведенные математические модели подтверждают необходимость использования зонного подхода к планированию применения РТС в составе РТК ликвидации ЭС для обеспечения требуемой вероятность ликвидации ЭС за минимальный интервал времени.
Пример формирования структуры РТК
ликвидации пожара при подготовке и пуске РКН
Наиболее часто встречающимися ЭС при подготовке и пуске РКН являются проливы КРТ, которые в случае появления источника воспламенения в месте пролива могут привести к пожару и взрыву РКН на старте. Вероятность возникновения пожара на СК оценивается с помощью метода анализа деревьев отказов [10], который позволяет проследить возможные пути возникновения опасных событий и оценить вероятности возникновения возможных событий.
Для возникновения пожара необходимо одновременное возникновение трех событий: пролив горючего, наличие кислорода, присутствующего в воздушной среде, и появление источника воспламенения. Выполнение одновременности появления этих событий при построении дерева отказов определяется применением логической операции «И». Предположим, что пролив горючего может произойти вследствие разгерметизации резервуара, магистралей или средств управления (насосов, вентилей, клапанов) и вероятностей наступления этих событий (в данном случае первичных отказов) соответственно при моделировании принимались равными 0,02; 0,09 и 0,1. Для пролива горючего достаточно реализации любого из названных событий, что отражается в дереве отказов соединением этих событий с событием «Пролив горючего» посредством логической операции «ПЛИ».
Предположим также, что источниками воспламенения в рассматриваемом случае могут быть электрические искры, электрические разряды статического электричества или искры, образованные механическим путем. Вероятности их появления при моделировании принимались равными 0,2; 0,05 и 0,1 соответственно. Для воспламенения горючего достаточно появления одного из источников. Поэтому события, изображающие их, как и в предыдущем случае, соединены с событием «Появление источника воспламенения» посредством логической операции «ПЛИ». Количественное оценивание вероятности возникновения пожара выполняется снизу вверх. Зная вероятности возникновения первичных отказов (приведены в кружках на рис. 5), можно определить вероятности событий, появление которых зависит от возникновения одного из первичных отказов.
Развитие событий после возникновения пожара будет зависеть от того, как будет функционировать автоматическая система пожаротушения (система обеспечения безопасности), составными частями которой являются подсистемы обнаружения пожара, оповещения о пожаре и тушения пожара. Дерево событий, характеризующее возможные варианты развития событий после возникновения пожара и их вероятности, полученные в результате моделирования, представлены на рис. 6.
По характеристикам РКН «Союз-2» для наиболее критического периода полета (0^40 с), характеризуемого значительными запасами топлива и незначительной высотой полета, по формулам (2-5) рассчитаны характеристики областей ЭС, представленные в табл. 1. В качестве исходных данных для моделирования принимались:
Рис. 5. Дерево отказов для события «Пожар»
#
Инициируюгц ее событие (причина)
Возможные последствия развития инициирующего события
Система обнаружения пожара = {^ljKfc'^ljpis} Система оповещения о пожаре = } Система тушения пожара ■53 = {s3j«e=s34»s}
Результирующие события, характеризующие возможный ущерб
№ сцена рия
#
Рис. 6. Сценарии развития событий после возникновения пожара
Таблица 1
Пространственные характеристики в случае возникновения ЭС без возгорания КРТ на начальном этапе полета РКН
время полета, с Масса горючего, М, кг Мр кг М-Мг кг Мж, кг Ми,кг Мо6л, кг Snpoji, м2 Ro6„2> М
0 78071 30606 47465 30606 16860 61211 6 52 4
10 73463 28799 44664 28799 15865 57599 6 50 4
20 68856 26993 41863 26993 14870 53986 5 48 4
30 64248 25187 39061 25187 13875 50373 5 46 4
40 59640 23380 36260 23380 12879 46761 5 43 4
- масса окислителя бокового блока — 27903 кг;
- масса окислителя центрального блока — 63834 кг;
- масса окислителя третьей ступени — 27903 кг;
- масса горючего бокового блока— 11259 кг;
- масса горючего центрального блока — 26326 кг;
- масса горючего третьей ступени — 6650 кг;
- тяга маршевого двигателя бокового блока—85600 тс;
- тяга маршевого двигателя центрального блока — 80800 тс;
- плотность керосина — 800 кг/м3.
Для случая возгорания КРТ по формулам (6-8) определены следующие значения радиусов действия ударной вол-Ф ны для зоны полного разрушения зданий R (K = 3,8), для
зоны тяжелых повреждений R2 (K =5,6)и для зоны средних повреждений R (K = 9,6), которые представлены в табл. 2.
Требуется определить минимально потребное число РТС в составе РТК для области ЭС в виде круга радиуса R3C = 300 м, что соответствует ЭС в случае взрыва РКН на старте. Для ликвидации последствий ЭС применим РТС пожаротушения, оборудованные защитой от огня, которая позволяет работать в 10-15 метрах от очага пожара, расчётные значения размеров аппроксимирующих прямоугольников, вычисленные по формулам (9-12) представлены в табл. 3.
При расчете минимально потребного числа РТС будем считать, что минимально избыточное число «слоев», параллельных основной плоскости О X Y (горизонталь-
г СК С( ctv г
ных слоев) —М = 1.
' Z
Расчетные данные, полученные по характеристикам РТС (табл. 3) и формулам (13-16), представлены в табл. 4.
Данное количество РТС необходимо, если каждое РТС будет покрывать только одну аппроксимирующую область. С учетом энергетического и материального ресурсов РТС пожаротушения обеспечивают покрытие полосы аппроксимирующей области вдоль оси ОсХск, в связи с чем минимально потребное число РТС определяется столбцом М . Тушение пожара возможно как сплошным воздействием по фронту ЭС, так и разбиением на участки для снижения интенсивности и последующего окончательного тушения. В первом случае РТС будут действовать без разрывом воздействия по области ЭС, а во втором — с разрывами в области воздействия.
Таблица 2
Расчетные значения радиусов действия ударной волны в случае возникновения ЭС на начальном этапе полета РКН для различных зон повреждений
Время полета, с Мр кг W, МДж R1, м R2, м R3, м
0 253152,29 129979,95 192,47 283,64 486,24
10 238211,17 122308,50 188,61 277,94 476,48
20 223270,06 114637,05 184,57 272,00 466,29
30 208328,94 106965,60 180,36 265,79 455,64
40 193387,83 99294,15 175,93 259,27 444,47
Таблица 3
Расчетные значения аппроксимирующих прямоугольников для РТС пожаротушения
Тип РТС R , м дм' R , м р Lv м В, м а Ьг, м Spic, м2
Ель-10 90 15 177,5 75,00 80,4 29,5 7763,7
Кедр 60 15 116,2 45,00 75,6 29,0 3267,2
Луф-60 60 15 116,2 45,00 75,6 29,0 3267,2
Уран-14 50 15 95,4 35,00 72,6 28,6 2169,8
Таблица 4
Расчетные значения минимально потребного числа РТС пожаротушения
Тип РТС Rsc,M 7zimD-7zim.n м м zyi X . -X .. zyjmax zyjmin, М м zyzj N РТС
Ель-10 300 600 4 600 9 36
Кедр 300 600 6 600 14 84
Луф-60 300 600 6 600 14 84
Уран-14 300 600 7 600 18 126
Для рассматриваемого примера минимально потребным для сплошного покрытия по фронту области пожара является структура РТК в составе семи РТС пожаротушения «Уран-14», принятых на вооружение в ВС РФ. При подключении к внешнему водоисточнику данный состав РТК обеспечит сплошное покрытие области ЭС за 36 минут (0,6 часа). Вероятность безотказной работы РТС за данный интервал времени равнаРртс(Г = 0,6 ч) =0,994. Вероятность ликвидации ЭС РТК в составе семи РТС пожаротушения «Уран-14» при К™ = 0,9 определяется по формулам (17-18)P (f )=1,0'0,9'0,9947 = 0,86.
' ликвЭС оп' ' ' ' '
Однако низкая вероятность возникновения ЭС предопределяет не частое применение РТС, которые требуют регулярного технического обслуживания и с экономической точки зрения не целесообразно содержать парк РТС в таком количестве, в связи с чем необходимо обеспечить оптимальное сочетание штатных технических средств и РТС пожаротушения. Исходя из представленных расчетов областей ЭС, расположения опасных объектов на CK и уровней опасности проводимых работ по ликвидации ЭС в зависимости от расстояния до эпицентра ЭС оптимальной является структура из трех РТС пожаротушения, действующих вблизи источников опасности, и шести автомобилей пожаротушения, действующих на удалении от эпицентра ЭС в зонах с низким уровнем опасности. Данная структура аварийно-спасательного формирования обеспечивает оптимальное время покрытия заданной области за счет мобильности автомобилей пожаротушения и безопасность тушения пожара за счет комплексного применения РТС пожаротушения в зонах наибольшей опасности.
Заключение
Предложенный комплекс моделей позволяет оценить вероятности наступления опасных событий на объектах РКК по их показателям надежности, определить пространственно-временные характеристики областей ЭС по известным массово-энергетическим характеристикам объектов РКК, инициирующих возникновение ЭС, а также определить оптимальный состав сил и средств аварийно-спасательного формирования для ликвидации ЭС с требуемыми показателями безопасности за минимально возможное время. Результаты проведенного моделирования показали, что решать задачи по ликвидации ЭС только с применением РТС в настоящее время не целесообразно из-за объективно низких характеристик РТС, что может быть компенсировано разработкой тактики совместного применения организационно-технических и робототехнических систем. Для повышения эффективности ликвидации ЭС требуется разработка метода синтеза зон применения организационно-технических и робототехнических систем аварийно-спасательного формирования по критерию опасности выполняемых операций.
Литература
1. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Современные инфоком-муникационные системы и сети специального назначения. Основы построения и управления: монография. М.: Медиа-Паблишер, 2015. 348 с.
2. Тарасов А.Г., МинакоеЕ.П.Робототехническш комплексы автоматизированных систем управления подготовкой и пуском ракет космического назначения и показатели эффективности их применения II Промышленные АСУ и контроллеры. 2015.№6.С. 19-24.
3. Легкое К.Е., Ледянкин И.А. Метод оценивания качества функционирования инфокоммуникационных систем специального назначения II Сборник докладов Всероссийской научно-технической конференции «Расплетин-ские чтения». Москва, 2014. С. 22-30.
4. Легкое К.Е., Ледянкин И.А. Методика оценивания качества функционирования инфокоммуникационных систем специального назначения II Вестник воздушно-космической обороны. 2015. № 4 (8). С. 76-79.
5. Минаков Е.П., ТарасоеА.Г., ОноеВ.А.Обосно-вание необходимых условий и вариантов применения робототехнических систем и комплексов ликвидации экстремальных ситуаций II Проблемы управления рисками в техносфере. 2016. № 3 (39). С. 17-25.
6. Буренин А.Н., Легкое К.Е. Вопросы управления структурой инфокоммуникационных сетей специального назначения II Информация и космос. 2015. № 3. С. 23-28.
7. Методики оценки последствий аварий на опасных производственных объектах: сборник документов. Серия 27. Выпуск 2 / Колл. авт. 3-е изд., испр. и доп. М.: Научно-технический центр исследований проблем промышленной безопасности, 2010. 208 с.
8. Легкое К.Е. Функциональная структура автоматизированных систем управления инфокоммуникационны-ми сетями специального назначения II Сборник статей по материалам Всероссийской НТК слушателей, курсантов и молодых ученых, посвященной Дню образования войск связи. IV научные чтения имени А.С.Попова « Современное состояние и перспективы развития систем связи и радиотехнического обеспечения в управлении авиацией» (15 октября, Воронеж). Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА», 2015. С. 26-28.
9. Латыпоеа В. А. Оценка эффективности процесса обучения при наличии сложных открытых задач с помощью экспертных методов II Инженерный вестник Дона». 2016. № 1. URL: http://www.ivdon.ru/uploads/article/pdf/ IVD_70_Latypova.pdf_fabe509124.pdf
10. Белозерое В.А., ТарасоеА.Г., БудушкинМ.В.Про-граммный комплекс для расчета показателей надежности и безопасности II Сборник алгоритмов и программ типовых задач. Выпуск 26. МО РФ, 2007. С. 212-223.
THE COMPLEX OF MODELS OF CHARACTERISTICS ASSESSMENT OF EXTREME SITUATIONS AND DETERMINE THE COMPOSITION OF A ROBOTICS COMPLEX LIQUIDATION OF EXTREME SITUATIONS IN THE PROCESS OF PREPARING AND LAUNCHING SPACE ROCKETS
Tarasov Anatoly Gennadevich,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
Minakov Evgenу Petrovich,
St. Petersburg, Russia, [email protected]
ABSTRACT
One of the main tasks of the system operation of rocket-space complexes is providing the required reliability and safety of cosmodrome objects operation. The practice of exploitation of rocket-space complexes indicates the regular occurrence of accidents on the objects of space, sometimes ending in tragedies, and in this connection it is necessary to improve the system of exploitation of rocket-space systems to ensure timely and safe execution of tasks for preparing and launching space rockets in the conditions of extreme situations occurrence. The problem of ensuring safety at hazardous facilities is currently being addressed by the use of robotic systems and complexes. The peculiarity of the preparing and launching space rockets process is strictly regulated end time to "launch window" to launch a spacecraft at a given point of the orbit. In this regard, the use of robotic systems for liquidation of extreme situations in the process of preparing and launching space rockets must ensure not only the safety of the system operation space-rocket complexes, but also the timeliness of the preparation and launch of space rockets. To ensure effective implementation of the preparing and launching space rockets tasks in different terms of the situation it is necessary to develop the model and algorithmic description of the possible normal and abnormal states of functioning of objects of rocket-space complex to estimate the probability of extreme situations occurrence on objects of rocket-space complex for their reliability and security to determine the spatial-temporal characteristics of extreme situations regions on the famous mass-energy characteristics of objects of rocket-space complex, initiating the emergence of extreme situations. Development of complex models for the characterisation of extreme situations and to determine the composition of the robotic complex to resolve extreme situations should be carried out from positions of the system approach, which consists in the consideration of the systems studied in their interrelation and interaction with the environment, based on a combination of logical, linguistic and mathematical models and algorithms, providing processing information in real time of large amounts of measurement information.
Keywords: functional structure; robotics; extreme situation; the security of the system operation.
References
1. Burenin A.N., Legkov K.E. Sovremennye infokommunikatsionnye sistemy i seti spetsial nogo naz-nacheniya. Osnovy postroeniya i upravleniya: Monografiya. [Modern infocommunication systems and special purpose networks. Basics of creation and control]. Moscow, Media Publisher, 2015. 348 p. (In Russian)
2. Minakov E.P., Tarasov A.G. Robotic systems of automated control systems preparation and launching of a space rocket and indicators of efficiency of their application. Industrial automation and controllers. 2015. No. 6. Pp. 19-24. (In Russian)
3. Legkov K.E., Ledyankin I.A. Metod ocenivanija kachestva funkcionirovanija infokommunikacionnyh sistem special'nogo naznachenija [Method of assessing the quality of functioning of infocommunication systems of special purpose]. Sbornik dokladov Vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii «Raspletinskie chtenija» [Collection of reports of the All-Russian scientific and technical conference "Raspletinsky readings"]. Moscow, 2014. Pp. 22-30. (In Russian)
4. Legkov K.E., Ledyankin I.A. Special purpose infocommunication systems functioning quality estimation technique. Vestnik vozdushno-kosmicheskoj oborony. 2015. No. 4 (8). Pp. 76-79. (In Russian)
5. Minakov E.P., Tarasov A.G., Onov V.A. Rationale for the necessary conditions and applications of robotic systems and complexes elimination of extreme situations. Problemy upravlenija riskami v teh-nosfere [Issues of Risk Management in the Technosphere]. 2016. vol.3 (39). Pp. 17-25. (In Russian)
6. Burenin A.N., Legkov K.E. Problems of special purpose infocommunication network structure management. Informacija i kosmos [Information and Space]. 2015. No. 3. Pp. 23-28. (In Russian)
7. Metodiki otsenki posledstviy avariy na opasnykh proizvodstvennykh ob"ektakh: sbornik doku-mentov [Evaluation Methods of Accident Consequences at Hazardous Industrial Units: A Sourse Book]. Series 27. Vol. 2. 3rd ed., revised and enlarged. Moscow: Research and Development Centre for Problems of Industrial Safety, 2010. 208 p. (In Russian)
8. Legkov K.E. Funktsional'naya struktura avtomatizirovannykh sistem upravleniya infokommunikat-sionnymi setyami spetsial'nogo naznacheniya [Functional structure of automated control systems for infocommunication networks of a special purpose]. Sbornikstatey po materialam Vserossiyskoy NTK slushateley, kursantov i molodykh uchenykh, posvyashchennoy Dnyu obrazovaniya voysk svya-zi. IV nauchnyye chteniya imeni A.S.Popova « Sovremennoye sostoyaniye i perspektivy razvitiya sistem svyazi i radiotekhnicheskogo obespecheniya v upravlenii aviatsiyey». [Collection of articles on the materials of the All-Russian STC of listeners, cadets and young scientists dedicated to the Day of the formation of communication troops. IV Scientific readings named after AS Popov "Current state and prospects of development of communication systems and radio engineering support in aviation management" (October 15, Voronezh)]. Voronezh: Voennyj uchebno-nauchnyj centr Voen-no-vozdushnyh sil «Voenno-vozdushnaja ordenov Lenina i Oktjabr'skoj Revoljucii, dvazhdy Kras-noznamjonnaja, ordena Kutuzova akademija imeni professora N. E. Zhukovskogo i Ju. A. Gagarina» (g. Voronezh)», 2015. Pp. 26-28. (In Russian)
9. Latypova V. A. A learning efficiency assessment in case of complex open ended assignments using expert methods. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2016. No. 1. URL: A learning efficiency assessment in case of complex open ended assignments using expert methods (In Russian)
10. Belozerov V. A., Tarasov A. G., Budushkin M. V. Programmnyy kompleks dlya rascheta pokaza-teley nadezhnosti i bezopasnosti [Programmatic complex for calculation of reliability and security]. Sbornik algoritmov i programm tipovykh zadach [Collection of algorithms and programs typical task]. Issue 26. MO RF. 2007. Pp. 212-223. (In Russian)
Information about authors:
Tarasov A. G., PhD, doctoral student of the Military Space Academy;
Minakov E. P., PhD, Full Professor, professor in department of organizational-technical systems for space purposes of Military Space Academy.
For citation: Tarasov A. G., Minakov E. P. The complex of models of characteristics assessment of extreme situations and determine the composition of a robotics complex liquidation of extreme situations in the process of preparing and launching space rockets space rockets. H&ES Research. 2017. Vol. 9. No. 3. Pp. 14-24. (In Russian).
