CC BY
315
УДК 614.8
Мобильные средства поиска и обследования затонувших объектов. Перспективы комплексного использования
В. П. Ананьев, И. В. Зайвенко, Н. Ф. Марченко
Аннотация
Перспективы комплексного использования перечисленных методов позволят эффективно и качественно решать такие прикладные задачи, как поиск и обезвреживание затопленных взрывоопасных предметов.
Ключевые слова: мобильные подразделения для проведения водолазных аварийно-спасательных работ, гидролокаторы бокового обзора, малогабаритные осмотровые телеуправляемые подводные аппараты, методы КП (кратковременных погружений) и ДП (длительного пребывания под повышенным давлением газовой среды), поиск и обезвреживание затопленных взрывоопасных предметов.
Drowned Objects Mobile Search and Exploration Means. Prospects of Complex Use
V. Ananiev, I. Zajvenko, N. Marchenko Abstract Abstract
Prospects of given methods complex use will allow effective and quality solving of such applicable tasks as search and deactivation of drowned explosive objects.
Key words: mobile divisions for conducting diving search and rescue works, side look hydro locators, small scale remote control inspection devices; methods of brief dipping and long dipping under increased pressure of gas environment; deactivation of drowned explosive objects.
17 мая 2010 года исполняется 14 лет со дня введения в действие приказа МЧС России от 17.05.1996 г № 318 «Об организации водолазного дела в МЧС России». В соответствии с этим приказом была проделана большая работа по созданию и развитию водолазной составляющей поисково-спасательных формирований МЧС России.
Направления дальнейшего развития водолазного дела в МЧС России на период до 2010 года утверждены коллегией министерства 6 декабря 2006 года.
Одним из приоритетных направлений развития водолазного дела в системе МЧС России является создание мобильных подразделений для проведения аварийно-спасательных работ до глубин 100—120 метров. Организация, техническое оснащение и методика выполнения операций в целях предотвращения ЧС и ликвидации последствий в случае их возникновения на во-
дных объектах и в территориальном море Российской Федерации мобильным водолазным формированием определяется решаемыми задачами:
1. Максимально быстрое прибытие к месту ЧС и оперативное развертывание.
2. Поиск затонувшего объекта и локализация его местоположения.
3. Идентификация объекта и предварительное обследование.
4. Детальное обследование, оценка состояния объекта и степени его потенциальной опасности.
5. Проведение экстренных операций на объекте. Подъем ценных или представляющих иной интерес предметов и устройств.
6. Проведение (в случае необходимости) сложных подводно-технических работ, требующих энергоемкого
инструмента, мощного грузоподъемного оборудования и специального обеспечения.
7. Заключительный контроль, документирование и оценка выполненных работ.
Для эффективной работы и оперативной передислокации мобильное формирование должно быть малочисленно, но иметь высокую техническую оснащенность и соответствующую профессиональную подготовку личного состава.
Поиск затонувших объектов представляет серьезную проблему, особенно если отсутствуют четкие привязки к береговым ориентирам. Наибольшую сложность представляют поисковые работы в открытом море или иной обширной акватории, подразумевающие необходимость в обследовании больших площадей донной поверхности со значительным перепадом глубин.
На сегодняшний день промышленность предлагает широкий ассортимент аппаратуры и технологий зондирования подводных пространств, начиная с ручных ме-таллоискателей и кончая средствами космического сканирования. Однако на практике наблюдается серьезная недооснащенность поисковой аппаратурой многих организаций и отрядов, для которых оперативное обследование акватории является профильным видом деятельности. Основных причин этого можно выделить две. Во-первых, это массогабаритные характеристики аппаратуры, которые далеко не всегда позволяют использовать многие приборы в экспедиционных условиях, особенно в труднодоступных регионах и отдаленных акваториях. Во-вторых, это ценовой фактор.
Обычно большинство потенциальных целей находится на сравнительно мелководных участках акватории, как правило, не превышающих нескольких десят-
ков метров по глубине. Сюда относится большинство кабельных и трубопроводных переходов, практически все гидротехнические сооружения типа плотин, водозаборов и т. п., которые требуют периодической инспекции и освидетельствования. В качестве решаемых задач особое место занимают работы на затонувших объектах, которые начинаются с локализации и дальнейшего детального обследования, в том числе с проникновением в труднодоступные отсеки и полости.
Из всего перечня подводных технических средств хотелось бы остановиться на трех принципиальных направлениях, которые, на наш взгляд, наиболее актуальны при подводных поисковых и инспекционных работах. Это гидролокационная и магнитометрическая съемка донной поверхности, применение телеуправляемых осмотровых аппаратов для предварительного осмотра и идентификации объекта и использование водолазного метода для детального обследования и выполнения работ на объекте.
Средства поиска и обнаружения
Использование гидролокаторов бокового обзора
Гидролокаторы бокового обзора (ГБО) являются наиболее распространенными гидроакустическими средствами, используемыми для обследования поверхности дна водоемов. Первые системы появились в 50-х годах, а в 60-х концепция использования гидролокаторов получила мировое признание.
Типовой ГБО является активным гидроакустическим устройством, содержащим приемоизлучающие антенны с веерообразной диаграммой направленности,
входящие в состав буксируемого модуля, и устройство регистрации сигнала и управления его характеристиками. При перемещении буксируемого модуля по прямолинейной траектории на устройстве регистрации получается тоновое изображение поверхности дна водоема в полосе, ширина которой зависит от параметров конкретного ГБО, и прежде всего от его рабочей частоты. В зависимости от частот излучения гидролокаторы подразделяют на три условные группы:
низкочастотные работают на частотах до 7 кГц и обеспечивают большую дальность — десятки километров, но их разрешение недостаточно для решения поставленных задач;
среднечастотные (70—100 кГц) обеспечивают наклонную дальность сотни метров и разрешение порядка десятков метров;
высокочастотные ГБО работают на частотах до 400 кГц и более. Наклонная дальность — несколько десятков метров и разрешение до 0,2 м.
В настоящее время для визуализации и регистрации сигналов ГБО используются либо графические регистраторы со строчной разверткой, либо портативные персональные компьютеры. Использование компьютеров более предпочтительно, так как при этом появляется возможность управления большим набором характеристик ГБО в процессе съемки, можно записать сигнал ГБО параллельно с навигационными данными (например, с GPS-приемника), в процессе обработки несложно получить любую степень детализации обследованных объектов, определить их координаты, размеры, взаиморасположение.
Одним из неоспоримых достоинств гидролокационной съемки является широкая полоса сканирования донной поверхности. Однако при сложном рельефе дна, при работе в районе множественных скальных выходов или даже среди коралловых рифов, идентификация целей может быть сильно затруднена, а некоторые и вообще могут оказаться незафиксированными при попадании их в гидроакустическую тень. В этом случае весьма полезным может оказаться магнитометрический метод поиска затонувших металлоконструкций.
Использование магнитометров
Физическая сущность магнитометрического метода заключается в использовании магнитного поля Земли, напряженность которого меняется от 33 000 нТл до 66 000 нТл. Распределение магнитных силовых линий на поверхности нашей планеты в первом приближении соответствует распределению силовых линий диполя, ось которого составляет с осью вращения Земли угол 11,5 градуса.
Различные металлические объекты (являющиеся предметом поиска) и вмещающие их породы, намагнитившись магнитным полем, создают вокруг себя и на поверхности земли и воды аномальные поля, которые, накладываясь на нормальное магнитное поле, создают суммарное искаженное магнитное поле. Измеряя отдельные элементы суммарного магнитного поля, а затем вычитая из них значения нормального поля, можно в чистом виде получить аномальное поле, связанное с разыскиваемым объектом.
Анализируя это поле, получают информацию о месте расположения, глубине залегания и магнитных характеристиках искомого объекта. Процесс магнитной съемки сводится, во-первых, к отысканию и выделению аномалий от искомых объектов, а во-вторых, к определению параметров самих объектов.
Параметры аномалии магнитного поля, создаваемого металлическим объектом, зависят от глубины его расположения, массы, магнитных свойств, ориентации в пространстве и угла наклонения внешнего магнитного поля.
Для измерения параметров магнитных полей используются приборы, называемые магнитометрами. Их принято классифицировать по типу магнито-чувствительного элемента. Для выполнения съемок по поиску затопленных металлических объектов наиболее целесообразно использование квантовых и особенно протонных магнитометров.
Использование телеуправляемых подводных аппаратов
Во многих случаях обнаружение объекта не является самоцелью. Очень часто для оценки его состояния требуется провести визуальное обследование, в том числе и внутренних полостей, с видеорегистрацией для последующего экспертного анализа. Все большую популярность при таких задачах приобретают малогабаритные осмотровые телеуправляемые подводные аппараты (ТПА).
Характерной тенденцией последних лет является значительный рост численности и номенклатуры автономных и роботизированных аппаратурных комплексов, в том числе необитаемых телеуправляемых подводных аппаратов, нашедших применение в научных исследованиях, при инспекции подводных сооружений и объектов, проведении аварийно-спасательных работ, а также для различных военных целей. За последнее десятилетие их численность увеличилась более чем на порядок, и, по прогнозам специалистов, эта тенденция не только сохранится в ближайшие годы, но будет еще более интенсифицироваться. Эти прогнозы базируются на достижениях современных технологий, прежде всего в области микроэлектроники и материаловедения.
Прогрессивные тенденции создают необходимые предпосылки для появления нового поколения аппаратурных комплексов с существенно улучшенными основными технико-экономическими характеристиками. Это, в свою очередь, обуславливает расширение области эффективного и экономически оправданного применения аппаратов для разнообразной деятельности. И хотя класс микроминиатюрных аппаратов (водоизмещением до двух литров и массой 1,5—2 кг) только начинает выходить на потребительский рынок, именно здесь можно ожидать особенно бурных темпов развития.
Проблема миниатюризации, увеличения маневренности и радиуса действия (дальности проникновения) телеуправляемых подводных аппаратов требует индивидуального подхода при проектировании каждого элемента и узла аппарата. Уже апробирована помимо традиционного кабеля оптоволоконная линия связи.
Применение оптоволоконной линии связи с диаметром 0,2 мм обеспечивает минимальный объем «пуповины». Благодаря хорошей эксплуатационной надежности и практически нейтральной плавучести можно увеличить радиус действия до сотен метров.
Тем не менее возможности телеуправляемых аппаратов ограничены, особенно там, где появляется необходимость в тонких прецизионных работах в нестандартной обстановке и в стесненных условиях затонувших объектов или сложного рельефа грунта. Возникают определенные трудности с ориентацией аппарата в лабиринтах затопленных отсеков и достоверной интерпретацией сложившейся ситуации. Наличие телеметрического кабеля накладывает свои проблемы, связанные прежде всего с необходимостью увеличения мощности маршевых двигателей для преодоления гидростатического сопротивления «пуповины» и высокой вероятностью зацепа. Кроме того, видеокамеры, какими бы они совершенными ни были, уступают человеческому глазу в плане комплексного восприятия окружающей обстановки. И, наконец, ни один механический манипулятор по своим функциональным возможностям не способен заменить человеческие руки, особенно там, где требуются нестандартные, комплексные по характеру действия в незнакомой и постоянно меняющейся ситуации.
И если на больших глубинах альтернативы подводным аппаратам нет, то в диапазоне малых и средних глубин весьма эффективным становится водолазный метод.
Водолазный метод
Водолазный метод имеет свои неоспоримые преимущества и лишен многих недостатков, присущих дистанционно управляемым системам. Главным является более четкое осмысление сложившейся ситуации за счет комплексного восприятия окружающей обстановки «in situ» в режиме реального времени и реального пространства. Способность быстро и адекватно реагировать на меняющиеся обстоятельства, применять широкий ассортимент инструментов и приборов, в полной мере использовать универсальные возможности человеческой руки делают водолазный метод во многих случаях просто незаменимым.
Спектр задач, решаемых с использованием водолазного метода, весьма широк и разнообразен.
Эти задачи можно условно разделить на два блока в зависимости от специфики работ:
1. Обследование подводных объектов (затонувших судов, устьевого оборудования скважин и т. п.), а также выполнение несложных работ (фото- и видеорегистрация, остропка и подъем представляющих особый интерес узлов и элементов, спасательные операции, решение специальных задач).
2. Проведение масштабных подводно-технических работ на долговременной основе, предполагающих использование энергоемкого оборудования и сложного комплекса вспомогательных технических средств (работы по выемке грунта, равнение постелей, подводное бетонирование, сварочные и монтажные работы, судоподъемные операции и т. п.).
Практически невозможно создать некий универсальный комплекс снаряжения. Многообразные условия водолазных спусков и характер выполняемых работ диктуют специфические требования к технике и методике проведения конкретных погружений. Особое место занимают глубоководные работы (60 метров и более).
На сегодняшний день во всем мире для выполнения работ на больших глубинах, как правило, используются водолазные спуски методами КП (кратковременных погружений) и ДП (длительного пребывания под повышенным давлением газовой среды). Оба метода предполагают наличие специализированного водолазного судна со сложной системой позиционирования, мощными агрегатами жизнеобеспечения, многочисленным обслуживающим персоналом. Работа водолазов осуществляется из колокола, а в случае ДП — с использованием бортового гипербарического комплекса. Затраты на эксплуатацию таких систем зачастую не оправдывают поставленных целей. В результате многие важные и прогрессивные проекты замораживаются из-за недостаточного финансирования. В этом плане представляется весьма перспективным использование глубоководных водолазных погружений в автономном режиме для решения определенного круга задач под водой.
Конкретные условия водолазных спусков и характер выполняемых работ диктуют специфические требования к технике и методике проведения погружений. Водолазные спуски в научных целях, обследование затонувших объектов, подводная фото- и видеосъемка, а также достаточно большой диапазон подводно-технических работ
не требуют применения мощных гипербарических комплексов и довольно громоздкого вентилируемого снаряжения. Погружения в автономном снаряжении способны решить многие задачи как научного, так и прикладного характера, в том числе и специальные, предполагающие определенную «конфиденциальность» проведения операций. И этот метод уже находит широкое применение во многих развитых странах Запада.
Специфика проведения автономных глубоководных спусков накладывает существенные ограничения, прежде всего на время нахождения водолаза на грунте (от нескольких до десятков минут). Это обусловлено необходимостью последующей длительной декомпрессии в толще воды. Тем не менее метод вполне уверенно находит свою нишу в практике подводных работ. К его преимуществам можно отнести следующие:
— высокая мобильность и автономность;
— возможность работы с любого неспециализированного плавсредства, вплоть до надувных лодок, а также из подводных носителей;
— крайне низкий расход газов, в том числе дорогостоящего гелия;
— отсутствие необходимости в сложных системах жизнеобеспечения и многочисленном обслуживающем персонале;
— сравнительно невысокая стоимость работ, как правило, на несколько порядков ниже аналогичных, проводимых традиционными методами КП и ДП;
— возможность двойного применения.
Диапазон максимальных рабочих глубин при погружении в автономном снаряжении на сегодняшний день можно определить 100—120 метрами, отдельные крат-
ковременные спуски до 140 метров вполне реальны, однако из-за крайне незначительного времени пребывания на грунте их практическая эффективность будет ограничена.
Логичным шагом является создание комплексной технологии применения рассмотренных выше методов для максимально полного использования преимуществ каждого из них в целях повышения эффективности подводных работ.
В настоящее время современные технологии позволяют решить эту проблему, более того, создать малогабаритный мобильный приборный комплекс для поиска и идентификации подводных объектов на глубинах до 300 метров.
При создании такого комплекса главными критериями отбора оборудования должны быть:
1. Обеспечение высокой мобильности комплекса и его максимальной функциональности.
2. Возможность применения комплекса с неподготовленного судна-носителя, включая маломерные суда.
3. Возможность получения необходимой информации в реальном времени.
4. Простота использования и текущего обслуживания оборудования.
5. Возможность применения приборов комплекса для обеспечения работ мобильного глубоководного водолазного подразделения и сопровождения водолазных спусков.
Методика поиска и осмотра подводных объектов состоит из нескольких этапов:
1. Определение общего района поиска и разбивка его на поисковые зоны (сектора, квадраты). Этот этап включает в себя сбор, обработку и анализ предварительной информации об объекте поиска. На основе полученных данных определяется наиболее вероятный район нахождения подводного объекта. На основе картографических данных определяются рельеф, глубины и течения в районе проведения поисковых работ. Определяются силы и средства, необходимые для проведения поисковых работ.
2. Проведение поисковых работ с применением гидроакустических или при необходимости магнитометрических методов поиска. Определение и нанесение на карту координат искомых подводных объектов или мест их вероятного нахождения по данным приборного поиска.
Допоиск и осмотр подводных объектов с помощью телеуправляемого подводного аппарата. Определение положения и состояния искомого объекта, его точных координат. Проведение детальной видеосъемки и фотосъемки объекта и его отдельных частей, подготовка исходных данных для последующих аварийных работ. Детальный поиск необходимых фрагментов объекта (аварийные самописцы, аппаратура, ценности и т. п.) и при возможности их подъем.
В соответствии с методикой проведения поисковых работ и критериями отбора оборудования состав такого комплекса должен включать:
1. Приборы определения местоположения подводных объектов:
— многолучевой эхолот-профилограф;
— двухчастотный гидролокатор бокового обзора;
— система навигации DGPS для определения координат подводных объектов;
— гидролокатор кругового обзора.
2. Подводный телеуправляемый аппарат с комплектом оборудования для выполнения подводно-технических работ.
3. Систему позиционирования подводных объектов.
4. Автономный источник электропитания для обеспечения работы приборного комплекса.
В качестве носителей, обеспечивающих работу комплекса и его мобильную доставку в район поисковых работ, в его состав должны входить:
1. Катер типа RIB повышенной мореходности, на трейлере, приспособленный для транспортировки самолетом типа ИЛ-76 (вертолетом Ми-26).
2. Автомобиль полноприводный типа пикап, грузоподъемностью 700—800 кг, для транспортировки трейлера с катером и спуска катера на воду на необорудованных, пологих участках береговой линии.
Для обеспечения мобильности вся аппаратура комплекса должна разделяться на грузовые места (дюралевый ящик объемом не более 0,5—0,6 м3) весом не более 100 кг (переноска вчетвером). Общий вес оборудования не должен превышать 600—650 кг.
Для обеспечения работы оборудования и проведения поисковых и допоисковых работ выездная группа должна состоять из инженерно-технического персонала следующих специальностей:
1. Водитель (по совместительству судоводитель) —
1 человек.
2. Оператор поисковых гидроакустических систем —
2 человека.
3. Оператор ТПА — 2 человека.
В 2001 году вышло постановление Правительства № 486 «О совершенствовании деятельности по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций на подводных потенциально опасных объектах».
Во исполнение данного постановления по приказу МЧС России от 02.08.2001 г. № 347 проводились экспедиционные работы по поиску, обследованию, подъему и ликвидации подводных потенциально опасных объектов:
— 2002 г. — в Карском и Японском морях;
— 2003 г. — в Белом, Японском, Карском морях и на озере Байкал;
— 2004 г. — в Балтийском, Карском, Японском, Охотском морях и на озере Байкал;
— 2005 г. — в Балтийском, Карском, Дальневосточном морях и на озере Байкал;
— 2006 г. — в Балтийском, Черном, Карском, Японском, Охотском морях и на озере Байкал.
В процессе экспедиционных обследований обнаружено большое количество захоронений снарядов, бомб, мин на маршруте планируемого по дну Балтийского моря газопровода в Европу.
До его прокладки потребуется очистить дно от мин, снарядов и бомб, в основном методом их подрывания.
На наш взгляд, комплексное использование вышеперечисленных методов позволит эффективно и качественно решать такие прикладные задачи, как
поиск и обезвреживание затопленных взрывоопасных предметов.
Достаточно большой объем подводных операций связан с поисковыми и спасательными работами на относительно небольших глубинах — до 100 метров. Типичными этапами таких операций являются:
— поиск и обнаружение затонувшего объекта;
— общее обследование объекта и окружающей обстановки, идентификация локализованной цели;
— детальное обследование и конкретные работы на объекте.
Первый этап, как правило, проводится с использованием гидроакустической техники и средствами магнитометрических замеров. Но на следующих этапах необходим непосредственный контакт с объектом. Общую оценку ситуации, которая может потребовать значительного времени, логично проводить с использованием малогабаритного телеуправляемого аппарата, в отдельных случаях спуская водолаза для уточнения спорных вопросов. Детальное обследование объекта, его узлов и элементов целесообразно проводить комплексно как ТПА, так и водолазами, с видео- и фоторегистрацией характерных участков и осуществлением соответствующих обмеров.
Конкретные работы выполняются водолазным методом, позволяющим в полной мере использовать все преимущества данных технологий. Действия подводного аппарата на этом этапе носят вспомогательный характер, обеспечивая контроль с поверхности и дополнительную подсветку места работ.
Таким образом, совместное применение гидролокатора бокового обзора, телеуправляемого подводного аппарата и водолазного метода в едином комплексе позволяет минимизировать затраты, получить наибольший экономический эффект и полностью использовать возможности данных технических средств.
Литература
1. Концепция развития водолазного дела в системе МЧС России на период до 2010 года.
2. Отчет о НИР «Разработка программы развития водолазного дела в МЧС России 2008—2010 годы. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2007.
Сведения об авторах
Ананьев Валерий Петрович: д.т. н., РОАТ МИИТ, профессор кафедры «железнодорожный путь, машины и оборудование». 127994, г Москва, ул. Образцова, 9, стр. 9.
Зайвенко Игорь Вячеславович: Туапсинский филиал отряда «Центроспас», спасатель. 352800, г Туапсе, ул. Сочинская, 2.
Марченко Николай Федорович: к.т. н., ФГОУ ВПО АГЗ МЧС России, ст. преподаватель кафедры физики. 141435, Московская обл., г о. Химки, микрорайон Новогорск.
