CC BY
46
УДК 62-932.4
Перспективы развития робототехнических комплексов для решения задач единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций
ISSN 1996-8493
© Технологии гражданской безопасности, 2018
В.В. Овчинников, С.Г. Мингалеев, С.Г. Жесткова
Аннотация
Обоснованы перспективы развития робототехнических комплексов для решения задач единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Показаны основные принципы комплексного использования робототехнических средств при ликвидации ЧС, отечественный и зарубежный опыт их применения. Приведен перечень объектов, подлежащих оснащению робототехническими комплексами рациональной структуры.
Ключевые слова: робототехнические средства, робототехнические комплексы, их рациональная структура, современные тенденции развития, основные тактико-технические требования к ним.
Prospects of Robotic Complexes Development for Solving Problems of Unified Emergency Prevention and Response State System
ISSN 1996-8493
© Civil Security Technology, 2018
V. Ovchinnikov, S. Mingaleev, S. Zhestkova
Abstract
The prospects of robotic complexes development for solving problems of unified emergency prevention and response state system were substantiated. The basic principles of complex use of robotic means in emergency response as well as russian and international experience applying are shown. The list of objects to be equipped with robotic complexes of rational structure is given.
Key words: robotic means, robotic complexes, eficient structure, modern trend for developmen, basic operational requirements.
Статья поступила в редакцию 13.06.2018.
Технологии гражданской безопасности, том 15, 2018, № 3 (57)
/5
В последние годы количество и масштабы чрезвычайных ситуаций (ЧС) неуклонно возрастают, и это определяет высокий уровень природной и техногенной опасности на территории Российской Федерации. В целях совершенствования системы мероприятий по защите населения и территорий от ЧС необходимо отметить важность Федерального закона от 21 декабря 1994 г. № 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», постановления Правительства Российской Федерации от 30 декабря 2003 г. № 794 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций», Федерального закона от 21 декабря 1994 г. № 69-ФЗ «О пожарной безопасности», Федерального закона от 9 января 1996 г. № З-ФЗ «О радиационной безопасности населения».
Только при условии объединения усилий всех органов федеральной и исполнительной власти возможно эффективное проведение мероприятий по защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера. Это положение реализовано путем создания единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС).
Начало отечественных исследований по проблеме создания робототехнических средств (РТС) для применения в экстремальных условиях относится к 1986 году. Толчком к становлению развития проблемы создания робототехнических средств стала авария на Чернобыльской АЭС (ЧАЭС) в 1986 году. Эта авария послужила мощным импульсом развития робототехники и опыта применения РТС при ликвидации ЧС.
На момент аварии на ЧАЭС в стране фактически отсутствовали роботы и роботизированные средства, способные помочь человеку в чрезвычайных ситуациях, связанных с определением радиационной обстановки на
объекте. Роботы, способные войти в горящее здание или обследовать участки с высоким уровнем ионизирующих излучений, не разрабатывались и не производились. Чернобыльская авария открыла глаза на эту проблему.
Высокий уровень радиоактивного загрязнения окружающей среды в результате аварии на ЧАЭС обусловил необходимость разработки и применения РТС для ликвидации последствий ЧС.
При ликвидации последствий аварии на ЧАЭС использовались различные роботы как отечественного, так и иностранного производства. РТС, применявшиеся при ликвидации аварии на ЧАЭС, показаны в табл.
Робототехническое средство (РТС) — это автоматизированное самодвижущееся техническое устройство (машина), выполняющее заданные функции человека и другие действия без его непосредственного участия*.
Робототехнический комплекс (РТК) — это совокупность программно-алгоритмических и аппаратных решений, обеспечивающих комплексную автоматизацию выполнения группы поставленных задач, а другими словами — совокупность мобильных роботов и систем управления соответствующих мобильных роботов [1].
Оснащение аварийно-спасательных формирований проводится на основе использования применяемых при ликвидации ЧС РТС, что дает возможность оптимального использования различных схем применения РТС, в том числе и схемы поэтапного наращивания сил и средств в районе ЧС с целью минимизации времени проведения спасательной операции.
Основным принципом применения РТС должно являться комплексное использование РТС при ликвидации ЧС. При этом для решения задач, возникающих перед министерством в рамках РСЧС, привлекаются необходимые РТС других ведомств и создаются комплексы РТС для решения конкретных задач под
Таблица
РТС, применявшиеся при ликвидации аварии на ЧАЭС
Показатель «Белоярец» СТР-1 ТРГ-3 (ТРГ-1, ТРГ-2) «Мобот-Ч ХВ» РР-4 РРГ-1 «Пылесос» MF-2 MF-3
Скорость перемещения, м/мин 33 8 6 4 12 18 5,5 3 4
Радиус действия при управлении, м: по радио по кабелю 220 500 200 250 200 270 200 140 800 100
Тип движителя (Г — гусеничный, К — колесный) Г К Г Г К К К Г Г
Масса, кг 1400 1100 Не более 1800 450 38 65 250 3400 350
Тип привода электромеханический
Грузоподъемность манипулятора, кг 60 - - 88 - - - - 80
Радиационный ресурс, рад - - - 105 105 - - - -
Средняя наработка на отказ, ч не более 40 не более 40 не более 40 не более 40 не более 40 не более 40 не более 40 не более 40 не более 40
Время непрерывной работы, ч от 0,5 до 3
* ГОСТ Р 54344-2011 Техника пожарная. Мобильные робототехнические комплексы для проведения аварийно-спасательных работ и пожаротушения. Классификация. Москва. Стандартинформ, 2012 г
руководством соответствующего органа исполнительной власти.
Другой важной особенностью формирования комплексов РТС является то, что все многообразие организационно-технических условий применения РТС можно привести к определенному числу схем, которые в значительной степени определяются типовыми объектами-источниками ЧС, находящихся в ведении соответствующих ведомств РСЧС.
Взаимодействие и координация действий федеральных органов исполнительной власти по вопросам оснащения и применения РТС позволяют осуществлять принцип минимально необходимой достаточности РТС для ликвидации особо опасных ЧС и сбалансированности системы комплексов РТС в РСЧС.
При объединении РТС в комплексы реализуются принципы распределения функций, улучшения управления, обслуживания, а также принципы накопления дополнительных возможностей (эмерджентность).
Обобщение многообразия задач при ликвидации ЧС с применением РТС формирует круг основных направлений использования РТС в ЧС:
воздушная, наземная и подводная разведка в районах ЧС, связанных с радиоактивным и химическим загрязнением, биологическим заражением, а также в условиях, опасных для жизни человека;
аварийно-восстановительные и другие специальные работы при ликвидации ЧС, параметры поражающих факторов которых опасны для жизни спасателей;
специальные подводно-технические работы на малых и больших глубинах с объектами, представляющими угрозу для водолазов и обитаемых подводных аппаратов;
взрывотехнические работы, в том числе на территориях, бывших ареной боевых действий.
Перечень основных направлений использования РТС при ликвидации ЧС, а также анализ функций федеральных органов исполнительной власти по защите населения и территорий от ЧС определяют круг министерств и ведомств Российской Федерации, которые должны быть заинтересованы в использовании РТС.
Такими органами исполнительной власти являются:
Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий;
Министерство обороны Российской Федерации;
Государственная корпорация «Росатом»;
Министерство внутренних дел Российской Федерации;
Министерство экономического развития Российской Федерации;
Министерство транспорта Российской Федерации;
Министерство энергетики Российской Федерации;
Федеральная служба безопасности Российской Федерации.
На основании моделирования и оценки поражающих факторов ЧС, а также видов выполняемых работ определен комплекс общих тактико-технических требований к РТК для решения задач по ликвидации ЧС, который включает:
требования по назначению;
требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям;
требования по надежности; требования по транспортабельности;
конструктивные требования. Проведенные научные исследования, а также изучение отечественного и зарубежного опыта применения РТК определяют следующие качественные и количественные значения основных тактико-технических требований [1, 2, 3].
Требования по назначению: дальность радио- и телеуправления с защитой от помех и излучений — до 2000 м (в условиях прямой радиовидимости с частотой 420-440 МГц—радиоканал и телесигнал — более 1,2 ГГц);
дальность кабельного управления — до 400 м; возможность контроля радиоактивного излучения, концентраций аварийно химически опасных веществ (АХОВ), параметров температуры воздуха и других материалов с передачей информации по радиоканалу;
возможность дистанционного отбора проб воздуха, грунта и воды;
возможность установки на РТС комплекта сменного технологического оборудования;
возможность выполнения операций под водой на глубинах до 6000 м.
Требования по живучести и стойкости к внешним воздействиям:
стойкость к радиационному излучению мощностью до 10000 Р/ч;
интегральная стойкость к радиационному излучению до замены блоков управления — не менее 106 Р;
стойкость к воздействию основных АХОВ — до 5000 ПДК;
стойкость к воздействию теплового потока — не менее 15 Вт/м2 в течение не менее 0,5 ч);
стойкость к дезактивирующим веществам и растворам;
сохранение работоспособности в интервале температур от -50 °С до +50 °С. Требования по надежности: средняя наработка на отказ — не менее 200 ч; средний ресурс — не менее 1000 ч; срок службы — не менее 15 лет. Конструктивные требования: возможность дегазации и дезактивации; возможность транспортировки всеми видами транспорта без ограничения дальности и скорости;
конструктивно РТК выполняется с условием их полной автономности;
РТС выполняются в блочном исполнении; пульты управления РТС выполняются в стационарном и переносном исполнении;
сменное технологическое оборудование размещается в специализированных контейнерах;
возможность дистанционной смены технологического оборудования;
применение быстросъемных соединений и разъемов.
Технологии гражданской безопасности, том 15, 2018, № 3 (57)
Техническое оснащение робототехнических комплексов (РТК) необходимо осуществлять с учетом вероятных ЧС, присущих регионам ответственности аварийно-спасательных формирований (АСФ).
Основным документом, содержащим сведения о районах с наиболее вероятным возникновением ЧС в зоне ответственности АСФ, оснащенных РТК, является паспорт безопасности территорий, который разрабатывается в каждом субъекте Российской Федерации и муниципальном образовании в соответствии с приказом МЧС России от 25.10.2004 № 484 «Об утверждении типовых паспортов безопасности территорий, субъектов Российской Федерации и муниципальных образований».
При определении районов с наиболее вероятным возникновением ЧС в зоне ответственности АСФ, оснащенных РТК, можно использовать исходные данные, содержащиеся в паспортах безопасности опасных объектов.
Кроме того, прогнозируемые сценарии развития ЧС, а именно: возможные зоны радиоактивного и химического загрязнения, биологического заражения, зоны катастрофического затопления, пожаров, взрывов, численность населения, объекты экономики, которые могут оказаться в зоне действий поражающих факторов, возможный причиненный ущерб (потери населения, материальный ущерб), приведены в планах действий по предупреждению и ликвидации ЧС федерального, межрегионального, регионального уровней. В целях организации системы оперативного развертывания робототехнических подразделений для ликвидации ЧС и их последствий необходимо сформировать направления создания робототехнических группировок:
по объектовому принципу — для защиты особо важных объектов повышенной опасности, обусловленной спецификой производств;
по территориально-административному принципу — для защиты отдельных объектов на протяженных территориях.
Для повышения эффективности и мобильности применения робототехнических средств представляется целесообразным размещать пожарно-спасательные робототехнические группировки на базе специальных управлений федеральной противопожарной службы МЧС России. Это позволит обеспечить необходимый процесс обучения и технического обслуживания в системе МЧС России.
Другие промышленные объекты и объекты Министерства обороны России подлежат защите подразделениями наземных робототехнических группировок, которые должны быть развернуты в соответствующих территориальных формированиях на базе спасательных центров МЧС России. Количественный и качественный состав этих группировок определяется с учетом техногенной и природной специфики территорий.
На основании проведенного анализа оперативной обстановки, особенностей возникновения природных и техногенных катастроф, а также с учетом природ-но-географических условий предлагается разработка плана развертывания наземных пожарно-спасательных
робототехнических группировок в привязке к промышленным объектам и территориям.
В МЧС России имеется группировка из около 1600 беспилотных авиационных систем (БАС), а также мобильных робототехнических комплексов (РТК) из около 110 единиц.
В Министерстве обороны России имеются пожарные, инженерно-саперные и роботы РХБЗ.
В Росатоме, в шести аварийно-спасательных центрах АТЦ, имеются на оснащении роботы: МРК-28, МРК-27, РТК «Пожарник», MF-4, MF-3, IMA, «BROKK-90» (BROKK-Пионер), «Роин-070», «Садко».
В Национальной гвардии России на вооружении находятся роботы «МРК-15», «МРК-27», «МРК-02», «КРММ».
В качестве оперативного подразделения федерального подчинения для выполнения особо сложных задач и усиления территориальных группировок при ликвидации серьезных аварий предполагается использовать силы и средства ЦСООР «Лидер» с привлечением специалистов НИЦ робототехники ФГБУ ВНИИПО МЧС России.
Таким образом, для защиты особо опасных объектов повышенной опасности с помощью РТК различного типа и назначения должно быть развернуто 15 объектовых робототехнических подразделений, для защиты административно-территориальных субъектов — 10 территориальных робототехнических подразделений на базе спасательных центров МЧС России, входящих в состав спасательных воинских формирований.
Сложность и проблематичность применения робототехнических комплексов при тушении крупных пожаров и ликвидации ЧС заключаются в том, что задачи их очень разнохарактерны. Отдельно взятый РТК при всей его многофункциональности не способен выполнять возникающие задачи в полном объеме. Следовательно, для выполнения возможных опасных работ при ЧС различного масштаба необходимо групповое применение РТК различного класса и предназначения.
В зависимости от характера объекта и стоящих задач состав робототехнической группы может количественно и качественно видоизменяться. Технические требования к входящим в состав группы РТК определяются совокупностью технологических мероприятий, выполняемых на определенном этапе аварийно-спасательных работ.
Основное требование по обустройству специального подразделения РТК — это создание инфраструктуры хранения этих средств, обслуживания и ремонта. Учитывая комплексной подход, используемый при создании РТК, обустройство подразделений наземных комплексов не потребует специальной инфраструктуры кроме имеющейся в системе МЧС России штатной материально-технической базы для обслуживания транспортных средств. Подводные, надводные и воздушные комплексы РТК также не нуждаются в дополнительной инфраструктуре кроме имеющейся материально-технической базы.
Можно выделить четыре группы факторов, формирующих современные тенденции развития экстремальных РТК гражданского назначения [6]:
функциональные факторы — потребности заказчика, т. е. МЧС России, которое заинтересовано в том, чтобы иметь РТК, отвечающие современным и перспективным практическим потребностям;
технологические факторы — развитие новых и совершенствование существующих технологий разработки, создания и производства РТК различного назначения, в том числе вариантов их применения и носимой полезной нагрузки;
психологические факторы — массовое внедрение РТК принципиально меняет психологию лица, принимающего решение в ЧС;
материально-финансовые факторы — разумная стоимость разработки, производства и эксплуатации серийных образцов РТК в интересах реализации противопожарно-спасательных технологий.
Основополагающим положением использования роботов является решение двуединой задачи—эффективной ликвидации ЧС и обеспечения безопасности спасателей при проведении особо опасных операций, например в зонах радиационного и химического загрязнения и т. п.
Выводы
Реализация научно-технических и организационных принципов должна осуществляться по следующим основным направлениям:
разработка и согласование научно-технической политики РСЧС по созданию высокоэффективных РТК и технологий их применения при ликвидации ЧС;
разработка и согласование нормативной методической базы, связанной с оснащением и применением РТС и РТК, а также взаимодействием аварийно-спасательных формирований РСЧС при ликвидации ЧС;
разработка и осуществление федеральных и межведомственных программ, направленных на обеспечение оснащения аварийно-спасательных формирований робототехническими средствами и комплексами робототехнических средств для ликвидации ЧС.
С целью повышения оснащенности РСЧС робототехникой нового поколения обоснованы и внесены предложения в Межведомственную комплексную целевую программу развития вооружения и средств радиационной, химической и биологической защиты до 2020 года [6].
Литература
1. Отчет о НИР «Научное сопровождение перспективного развития сил МЧС России». Раздел 1. п. 1. Предложения по совершенствованию организационно штатной структуры и технического оснащения, в том числе робототехническими средствами, РПСО и СВФ с учетом территориальных рисков возникновения ЧС. (п. 5.1-40/Б1 Плана НИОКР МЧС России на 2014 год и на плановый период 2015 и 2016 годов, утвержденного приказом МЧС России от 27.03.2014 № 140).
2. Концепция развития, оснащения и применения робототехнических средств в РСЧС // Проблемы безопасности при ЧС. М.: ВНИИТИ, 1999. Вып. 9.
3. Фалеев М. И., Тодосейчук С. П., Самойлов К. И., Климаче-ва Н. Г. Опыт применения и перспективы развития робототех-
нических средств для ликвидации чрезвычайных ситуаций // Оборонная техника. 2001. №№ 8-9.
4. Овчинников В. В., Самойлов К. И. Разработка методических основ создания технических средств (систем) для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций: Научно-технический отчет о НИР «Безопасность 4.6». М.: ВНИИ ГО ЧС, 1993.
5. Тодосейчук С. П., Самойлов К. И., Климачева Н. Г. Эффективность применения и перспективы развития наземных робото-технических средств // Технологии гражданской безопасности. 2006. № 1.
6. Тодосейчук С. П., Самойлов К. И., Климачева Н. Г. и др. Научно-методические основы создания и применения робототехнических средств для решения задач МЧС России. М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2011.
Сведения об авторах
Овчинников Валентин Васильевич: д. т. н., проф., ФГВУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. н. с. науч.-исслед. центра. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. e-mail: [email protected] SPIN-код — 6751-9380.
Мингалеев Салават Галимджанович: засл. спасат. РФ, спасат. междунар. кл., действит. гос. советник РФ III класса, ЦСИ ГЗ МЧС России, эксперт. 121352, Москва, ул. Давыдковская, 7. e-mail: [email protected]
Жесткова Светлана Григорьевна: ФГВУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ),
н. с. науч.-исслед. центра.
121352, Москва, ул. Давыдковская, 7.
E-mail: [email protected]
SPIN-код — 9556-1980.
Information about authors
Ovchinnikov Valentin V.: ScD (Technical Sc), Professor, All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Chief Researcher of the Research Center. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: [email protected] SPIN-code — 6751-9380.
Mingaleev Salavat G.: Honored Rescuer of the Russian Federation, international rescuer, Actual state adviser of the Russian Federation of III class, Center for Strategic Studies of Civil Defense of the MRS of Russia, expert. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: [email protected]
Zhestkova Svetlana G.: All-Russian Research Institute for Civil Defense and Emergencies, Researcher of the Research Center. 7 Davydkovskaya, Moscow, 121352, Russia. e-mail: [email protected] SPIN-code — 9556-1980.
