CC BY
176
НИКОЛАЕВ1 Алексей Владимирович, доктор технических наук, доцент БЫСТРИЦКИЙ2 Вячеслав Михайлович, доктор физико-математических наук ЩЕРБАКОВ3 Григорий Николаевич, доктор технических наук, профессор РУСИН4 Павел Владимирович доктор технических наук, доцент ВЕРЕВКИН5 Александр Сергеевич МИТРЯСОВ6 Алексей Алексеевич БИЛЭГДЭМБЭРЭЛ7 Далайбаатар
ОБЛИК ПЕРСПЕКТИВНОГО КОМПЛЕКСА ИНЖЕНЕРНОЙ РАЗВЕДКИ И РАЗМИНИРОВАНИЯ
В статье рассмотрен вариант, облика сухопутного дистанционно-управляемого комплекса инженерной разведки и разминирования, а также обоснование его структуры, и состава. Авторы, надеются, что при реализации комплекса в конкретном. образце специальной техники он обеспечит, высокую достоверность идентификации и точность определения координат, взрывных устройств (ВУ) в полупроводящих средах, а также установленных на деревьях, фермах линий электропередач. (ЛЭП), столбах и других элементах строительных сооружений. Ключевые слова: инженерная, разведка, разминирование, метод меченых нейтронов.
The article considers the variant of the appearance of the land, remotely controlled, complex of engineer reconnaissance and demining, and also a substantiation of its structure and. composition. The authors hope that the implementation of a complex in a particular sample of special equipment it will provide high, reliability of identification, and. accuracy of definition, of coordinates explosive devices in the semiconductor environments, and. installed, on the trees, farms, power transmission lines, poles and. other elements of building constructions.
Keywords: engineering exploration, mine clearance, tagged, neutron method.
Актуальность разработки сухопутного дистанционно-управляемо-го комплекса инженерной разведки и разминирования обусловлена необходимостью решения антитеррористических задач на основе новых методов обнаружения, идентификации ВУ и их траления.
Во-первых, опыт проведения контртеррористических и миротворческих операций, а также мероприятий по антитеррору и ликвидации их последствий свидетельствует о том, что су-
ществующие дистанционные средства инженерной разведки не обеспечивают должной безопасности их эксплуатации в основном из-за малой дальности обнаружения ВУ и высокой вероятности подрыва операторов, ведущих поиск.
Во-вторых, критический анализ существующих приборов разведки и разминирования показал, что основными недостатками являются: ♦ низкая безопасность поисковых работ из-за отсутствия подвижных ди-
станционно-управляемых средств разведки и разминирования;
♦ отсутствие возможностей по дистанционному обнаружению самодельных ВУ, установленных на деревьях, столбах, фермах ЛЭП и других элементах строительных сооружений;
♦ низкая селективность нелинейных радиолокационных приборов разведки при поиске ВУ в условиях наличия контактных помех радиоприему;
♦ низкая помехозащищенность индукционных и магнитометрических
' - ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», преподаватель;2 - ООО «Нейтронные технологии», г. Дубна, ведущий научный сотрудник;
3 - Центр НИО и ИТ ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», научный сотрудник;4 - Центр НИО и ИТ ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», начальник отдела;
5 - ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», адъюнкт; 6 - ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», адъюнкт;7 - ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», адъюнкт.
средства оптико-электронной разведки
антенны переднего и бокового обзора 2-частотного нелинейного радиолокатор;
детектор обнаружения и распознавания ВОП на основе метода меченых нейтронов
поворотная платформа
гусеничныи движитель
Рис. 1. Вариант сухопутного дистанционно-управляемого комплекса, реализующий многозональный принцип разведки и многоканальный анализ сигнатур
антенна индукционного трала
Рис. 2. Вариант дистанционно-управляемой платформы для доставки антенны индукционного трала к месту обнаружения ВУ
приборов при наличии источников промышленных электромагнитных помех и железобетонных сооружений, а также металлического мусора на маршруте движения разведывательной группы;
♦ отсутствие возможности идентификации взрывоопасных предметов в непрозрачных средах и точного определения их координат нелинейным радиолокатором;
♦ отсутствие возможности дистанционного траления инженерных боеприпасов и взрывных устройств, в т.ч. самодельных.
Кроме того, основным недостатком искателей неконтактных взрывных устройств типа ЫК-900БК является отсутствие возможности определения
точных координат ВУ, находящихся непосредственно в полупроводящих средах. Это обусловлено, прежде всего, влиянием характеристик укрывающих сред (диэлектрической и магнитной проницаемости, удельной проводимости) на направление и скорость распространения зондирующей и рассеянной ВУ электромагнитной волны. Все это, а также многое другое определило проблему инженерной разведки и обеспечения безопасности при поиске мин и взрывных устройств на маршрутах движения разведывательных групп. Решение данной проблемы возможно за счет создания сухопутного дистанционно-управляемого комплекса инженерной разведки модульного типа. Данный комплекс должен
обеспечить высокую достоверность идентификации и точность определения координат взрывоопасного предмета (ВОП) в полупроводящих средах, а также установленных на деревьях, фермах ЛЭП, столбах и других элементах строительных сооружений за счет применения многозонального принципа поиска и многоканального анализа спектрально-временной структуры не только эхосигналов в широком диапазоне частот электромагнитного спектра, но и сигналов с детекторов вторичного ядерного излучения, возникающих при облучении скрытого объекта потоком быстрых меченых нейтронов. Внешний вид одного из предлагаемых нами вариантов сухопутного дистан-ционно-управляемого комплекса инженерной разведки и разминирования, а также его состав представлены на рис. 1, 2. Кроме того, в состав комплекса должна входить машина управления боевыми роботизированными средствами и устройство маркирования, которые в статье не представлены. Важным, в силу огромного числа потребителей электрической энергии, является вопрос автономного электропитания подобных машин. Прогноз развития систем автономного электропитания на десятилетний период для подвижных платформ показал, что в течение этого периода возможно увеличение времени автономной работы на поле боя более чем в два раза за счет использования молекулярных накопителей электрической энергии. Для решения задачи точного определения координат скрытого объекта (ВУ), достоверного его обнаружения и идентификации целесообразно использовать не имеющие аналогов детекторы взрывчатых веществ на основе метода меченых нейтронов (ММН). К настоящему времени в Объединенном институте Ядерных исследований (г. Дубна МО) на основе ММН разработан и создан широкий класс разнообразного типа детекторов — переносных и стационарных. Следует отметить, что использование данного типа детекторов позволяет не только обнаруживать скрытое взрывчатое вещество, но и устанавливать его состав. Важно, что уровень радиации спустя 10 мин. после окончания работы такого типа детектора, в отличие от метода ЯКР (регистрации ядерно-квадрупольного резо-
нанса атомов взрывчатого вещества), не превышает уровень естественного фона, утвержденного нормами НРБ-99. Детекторы взрывчатых веществ (ВВ), использующие технологию ММН, получили в последнее время широкое распространение [1 — 5]. Главное преимущество ММН состоит в том, что он позволяет определять элементный состав скрытого вещества, что невозможно сделать с использованием обычных х- и у-лучевых сканеров, которые отражают только контраст плотности облучаемого объекта. Основным недостатком ММН является большое время (3 — 10 мин.), необходимое для обнаружения и идентификации скрытого объекта [6 — 8]. Поэтому в составе комплекса данный детектор должен использоваться как средство дополнительной разведки местности, компенсирующее недостатки радиолокационных средств, а именно в части их точности определения координат и низкой селективной способности. В ММН используется поток быстрых нейтронов с энергией 14 МэВ, которые образуются в бинарной ядерной реакции d + { ^ а + п. В качестве источника нейтронов используется портативный нейтронный генератор со встроенным многосекционным альфа-детектором, с помощью которого осуществляется мечение нейтронов, вылетающих в направлении облучаемого скрытого объекта. Меченые нейтроны, обладая большой проникающей способностью, облучают поверхность земли и при наличии в ней ВУ на глубине до 1 м индуцируют реакции неупругого рассеяния нейтронов на ядрах веществ, входящих в состав почвы. В результате протекания указанных реакций испускаются у-кванты с энергетическим спектром, характерным для каждого химического элемента вещества почвы. Характеристические у-кванты регистрируются в совпадениях с сигналом от а-частицы, детектируемой многосекционным альфа-детектором. Измерения временного интервала между сигналами с а- и у-детекторов дает возможность измерить расстояние от источника нейтронов до точки, из которой был испущен у-квант [6] (7-координату), а знание номера элемента альфа-детектора, зарегистрировавшего альфа-частицу, дает информацию о координатах объекта X и У в плоскости, перпендикулярной
движению нейтрона. Таким образом, мы имеем 3Б информацию о положении скрытого объекта в полупроводящей среде.
Важно, что распознавание и идентификация ВОП в данном комплексе происходит автоматически, т.е. без участия оператора. Реализация автоматической идентификации и распознавания скрытых объектов возможна за счет использования различных разработанных нами математических методов и, в частности, метода нейронных сетей (МНС).
Применение МНС для идентификации скрытых объектов имеет свои преимущества и недостатки. Преимущества: сверхбыстрая работа; самообучаемость. Недостатки: сложность выбора конфигурации НС, а именно количества нейронов во внутренних слоях, количества слоев и связей между ними; трудности представления данных, изменяющихся в широком диапазоне; нетривиальность выбора обучающего материала [6 — 9]. В настоящее время разработан и успешно используется метод идентификации, основанный на измерении соотношения интенсивностей линий характеристического излучения ядер углерода, азота и кислорода.
Прогноз развития средств дистанционной разведки местности на наличие взрывных устройств показывает, что в настоящее время и в ближайшей перспективе предпочтение отдается методам линейной и нелинейной многочастотной радиолокации [10 - 11], обеспечивающих высокие темпы инженерной разведки от 4,7x104 м2/ч до 7,6х104 м2/ч. Такие средства позволят при реализации в переносных приборах разведки увеличить, как показали предварительные расчеты, в среднем в 3 — 6 раз темп поиска, а при реализации на подвижном дистанционно-управляемом носителе до 10 раз относительно средних темпов разведки существующими приборами. Для решения проблемы обнаружения ВУ, находящегося на поверхности в условиях, при которых глаз человека (оператора) не в состоянии видеть и различать местность и объекты на ней, целесообразно в состав роботизированной машины инженерной разведки местности ввести средства оптико-электронной разведки.
В состав комплекса должно также входить устройство для дистанционного инициирования взрыва инженерных и артиллерийских боеприпасов, в том числе неразорвавшихся артиллерийских снарядов и авиабомб на территории, являющейся или ранее бывшей ареной боевых действий. Известны устройства, реализующие способы уничтожения ВОП за счет использования накладного заряда ВВ, гидропневматической струи и электростатического разряда. Недостатком таких способов является сложность в исполнении операций по уничтожению ВОП, находящихся в толще полупроводящего слоя (грунте, морской и пресной воде). Поэтому для обеспечения возможности дистанционного траления ВОП, находящихся в полупроводящих средах, целесообразно использовать индукционный нагрев токопроводящих поверхностей корпуса взрывателей, чувствительных к высоким температурам (табл. '). Индукционный нагрев взрывателя до определенной температуры, за счет размещения антенны индукционного трала над местом закладки ВУ, позволит обеспечить воспламенение высокочувствительного инициирующего ВВ во взрывателе и уничтожение ВОП. Анализ современной научно-технической литературы посвященной вопросу инженерной разведки при выполнении антитеррористических и специальных мероприятий показал, что аналогов предлагаемого сухопутного дистанционно-управляемого комплекса инженерной разведки и разминирования не существует. Предварительные расчеты показали, что применение подразделениями комплекса позволит:
♦ увеличить темп инженерной разведки местности до 10 раз относительно средних темпов разведки существующих приборов;
♦ обеспечить снижение потерь среди личного состава, ведущего инженерную разведку местности, практически до нуля, за счет использования дистанционной разведки местности на подвижном носителе;
♦ обеспечить стопроцентную степень идентификации взрывчатого вещества и особенностей конструкции взрывного устройства
Табл. 1. Характеристики некоторых взрывчатых веществ
Тип взрывчатого вещества Температура вспышки, °С Примечание
ТНРС (тринитрорезорцинат свинца) 250 применяется в контактных датчиках в алюминиевом корпусе
Нитрогликоль 215 используется для изготовления труднозамер-зающих динамитов
Нитроглицерин 215 - 218 при быстром нагревании до 180 °С взрывается, используется для изготовления бездымных по-рохов и динамитов
ТЭН 215 применяется в боеприпасах и специальных подрывных снарядах
Гексоген 230 применяется для снаряжения кумулятивных снарядов
Тетрил 190 применяется в капсюлях-детонаторах, в сплавах с тротилом для снаряжения боеприпасов
за счет использования Л-фактор-ного пространства признаков для распознавания и идентификации с использованием искусственного интеллекта;
♦ в автоматическом режиме обнаруживать, определять координаты и распознавать взрывоопасные, а также другие малоразмерные объекты военного назначения на маршрутах
движения разведывательных групп (разведывательно-сигнализационные приборы, забрасываемые передатчики помех и др.). Предпроектное состояние работы характеризуется наличием результатов исследований по отдельным научно-техническим и технологическим вопросам создания комплекса в ВУНЦ СВ «ОВА ВС РФ», Объединенном институте Ядерных исследований (г. Дубна), Ижевском научно-исследовательском технологическом институте «Прогресс» и в других организациях. Авторы надеются, что предлагаемый вариант сухопутного дистанционно-управляемого комплекса инженерной разведки и разминирования при реализации в новом средстве поиска позволит снизить потери среди наших войск при выполнении задач по разминированию местности
Литература
1. P.O. Hawkins, R.W. Sutton, Rev. Sci. Instr. 31 (1960) 241.
2. L.I. Ussery et al., Los Alamos Nat. Lab report LA12847-MS (October 1994).
3. E. Rhodes et al., SPIE, 1993. - V. 2092. - P. 288; E. Rodes et al., IEEE Trans. Nucl. Science, 1992. - V. 39. - PP. 1041 - 1045.
4. A. Beyerle, J.P. Hurley, L. Tunnell, Nucl. Instr. Meth. A299 (1990) 458.
5. S. Pesenti et al., Nucl. Instr. Meth., A531 (2004) 657.
6. В.М. Быстрицкий и др. Сборник материалов межотраслевой научно-технической конференции «Портативные генераторы. нейтронов и технологии на их основе». - Москва, 26 - 30 мая. 2003. - С. 44 - 56.
7. 7.V.M. Bystritsky et al. Proceeding of the International Scientific and Technical conference «Portable Neutron Generators and Technologies on Their Basis». - Moscow, October 18 - 22, 2004. - PP. 283 - 295.
8. V.M. Bystritsky et al. Part. Nucl. Lett, 2009. - V. 5. - No. 6(155). - PP. 831 - 840.
9. V.M. Bystritsky et al. JINR Commun. E18-2007-142. - Dubna, 2007. - Part. Nucl. Lett, 2008. - V. 5. - No. 5(147). - PP. 743 - 751.
10. Николаев А.В. Использование электромагнитного спектра при нелинейно-параметрической локации рукотворных объектов в полупроводящих средах./ Специальная, техника, 2011. - № 1. - С. 52 - 57.
11. Щербаков Г.Н., Николаев А.В. и др. Использование резонансно-радиоволнового явления, для. обнаружения взрывных устройств с короткими контактно-проводными датчиками цели./ Специальная, техника, 2012. - № 6. - С. 10 - 15.
