CC BY
340
УДК 37.047
А.И. Примакин*, И.В. Кузнецов**
Сравнительный анализ существующих методов обнаружения взрывоопасных предметов при проведении контртеррористических операций
В статье проводится анализ существующих методов обнаружения взрывоопасных предметов, используемых в ходе проведения контртеррористических операций для обнаружения взрывоопасных предметов, их положительные стороны и недостатки. Доказывается актуальность разработки универсальных систем обнаружения и идентификации взрывных устройств и взрывоопасных объектов, в первую очередь с применением современных акустических технологий.
Ключевые слова: система обнаружения и идентификации объектов военного назначения, инженерный противопехотный боеприпас, взрывоопасные предметы, взрывное устройство, бандформирования, противопехотные инженерные боеприпасы, поисковый элемент.
A.I. Primakin*, I.V. Kuznetsov**. The comparative analysis of existing methods of detection of explosive objects at carrying out of counterterrorism operations
In article the analysis of existing methods of detection of explosive subjects of counterterrorism operations used during carrying out for detection of explosive subjects, their positive sides and lacks is carried out. The urgency of working out of universal systems of detection and identification of explosives and explosive objects first of all with application of modern acoustic technologies is
Keywords: system of detection and identification of military-oriented objects, engineering antipersonnel ammunition, explosive subjects, explosive, bands, an antipersonnel engineering ammunition, a search element.
Взрывоопасные предметы (ВОП) - боеприпасы всех видов и другие устройства, включая самодельные, содержащие взрывчатые вещества.
Взрывное устройство (ВУ) - специально изготовленное или приспособленное изделие, содержащее заряд взрывчатого вещества, предназначенное для совершения работы в форме взрыва. Взрывные устройства могут быть табельными (изготовленными промышленным способом) или самодельными.
В различных комплексах военного назначения находят применение слуховые анализаторы человека-оператора как оконечное устройство обнаружения и принятия решения. Примерами таких систем являются системы поиска зарядов взрывчатых веществ (ВВ) и взрывоопасных предметов (ВОП), к которым относятся миноискатели, металлодетекторы, металлообнаружители [1, 2, 3];
Одной из не решенных и актуальных в настоящее время проблем проблем, с которой силовые структуры вошли в третье тысячелетие, является разведка мест дислокации бандформирований (БФ), наблюдение за их перемещением, поиск установленных ими ВОП, предназначенных для совершения террористических актов, в любое время суток и сложных метеоусловиях.
Министр внутренних дел, главнокомандующий внутренними войсками МВД России требуют повысить эффективность мероприятий по противодействию минной войне; провести комплекс мероприятий по выявлению, предупреждению и пресечению деятельности террористических, экстремистских организаций и БФ, нейтрализации лидеров бандподполья; продолжить дальнейшее развитие систем противодействия терроризму; повысить надёжность охраны и антитеррористической устойчивости важных государственных объектов. Решение этих задач, требует больших финансовых и моральных затрат. К сожалению, при решении этих задач гибнут люди.
Поэтому требования к эффективности систем обнаружения и идентификации объектов военного назначения (СОИОВН), в первую очередь к систем обнаружения ВОП, довольно высоки.
В силу фундаментальной важности эффективного решения задачи поиска разработчики этих средств в качестве оконечного звена принятия решения использует слуховой анализатор человека (САЧ). В результате длительного периода эволюции САЧ выработал свойства, желательные для использования в технических системах поиска. При помощи слуха человек искал пищу, обнаруживал врагов, находил жену, т.е. решал жизненно важные поисковые задачи. Не удивительно, что слух
* Примакин, Алексей Иванович, доктор технических наук, профессор, начальник кафедры информационной безопасности и математических методов Санкт-Петербургского Университета МВД России. Россия, 198206, г. Санкт-Петербург, ул. Летчика Пилютова д. 1. Тел. 744-13-13. E-mail a.primakin@mail.ru.
** Кузнецов, Игорь Викторович, кандидат технических наук, начальник кафедры обеспечения служебно-боевой деятельности внутренних войск Санкт-Петербургского военного института ВВ МВД России. Россия, 198206, г. Санкт-Петербург, ул. Летчика Пилютова, д. 1. Тел. 738-71-49. E-mail: kuznetsov-inz@mail.ru
* Primakin, Alexey Ivanovich, Dr. Tech. Sci., the professor the chief of chair of information safety and mathematical methods of the St.-Petersburg University of the Ministry of Internal Affairs of Russia.
** Kuznetsov, Igor Viktorovich, Cand. Tech. Sci., the chief of chair of maintenance of fighting activity of internal troops of St.-Petersburg military institute VV of the Ministry of Internal Affairs of Russia.
Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России М 4 (44) 2009
Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России № 4 (44) 2009
Кадровое обеспечение, служебно-боевая подготовка
нашел применение в технических СОИОВН. Слух выступает как окончательное звено принятия решения. Ни одна техническая приемная система не может сравниться с эффективностью слуховой системы человека по динамическому диапазону, помехоустойчивости, возможности идентификации.
После окончания Второй мировой войны во всех регионах мира продолжали возникать многочисленные военные конфликты, порожденные национально-освободительными и гражданскими войнами, международными и межнациональными противоборствами. Все эти конфликты непременно сопровождались широким применением противоборствующими сторонами инженерных противопехотных боеприпасов (ИППБ), причем из года в год активность и масштабы их применения неуклонно возрастали. В результате, как свидетельствуют официальные данные ООН, во всех регионах мира на территории 64 стран установлены около 110 млн. ИППБ, и примерно 100 млн. их находятся на складах в готовности к немедленному применению [4, 5]. Только у внутренних войск МВД России на территории Чеченской Республики устроено и содержится 129 минных полей, а за период 2006-2007 г. обнаружено 300 фугасов и 18000 взрывоопасных предметов.
Понимая, что проблема надежного поиска ВОП может быть обеспечена лишь при условии комплексного подхода, тем не менее следует отметить, что среди различных радиотехнических технологий (оптикоэлектронной, радиолокационной, сейсмоэлектронной, видеонаблюдения, вибрации [6, 7]) доля использования акустических технологий незаслуженно мала. Только акустические волны способны давать информацию о скрытом расположении людей в пещерах, оврагах, других труднодоступных местах.
Проведем сравнительный анализ систем обнаружения и идентификации объектов военного назначения. Традиционно СОИОВН классифицируют как:
- системы типа А (активные системы), предназначенные для обнаружения и идентификации мин и ВОП в укрывающих средах (активные системы), использующие энергию системы поиска;
- системы типа П (пассивные системы), использующие энергию объекта поиска.
Методы обнаружения систем типа А и П представлена на рис.1.
Методы обнаружения систем тиа "А" п "П"
«А» «П»
- Механическая -Оптическая - Теплолокационная - Эл ектр о магнитная - Параметрическая - Газ о аналитическая - Ядерно-физическая - Биофизическая - Акустическая
Рис.1. Существующие методы обнаружения ВОП
Метод механического зондирования грунта реализуется с использованием щупов. При помощи щупов прокалыванием поверхностного слоя земли осуществляется поиск инженерных боеприпасов (ИБП) и уточняется характер обнаруженного предмета. Подобные щупы имеются в большинстве комплектов армейских миноискателей, как отечественных, так и зарубежных.
Как бы странно это ни звучало, но сегодня это наиболее эффективный способ поиска мин, однако, не лишенный недостатков: низкий темп поиска (100-150 м/час); трудоемкость; эффективен только поиск ИБП, установленных на глубины до 10-15 см; риск для оператора.
Оптический метод поиска. Оптическое видимое излучение (0,4...0,7б мкм) в большинстве случаев (кроме чистой речной или морской воды) не проникает в укрывающую среду. Однако обнаружение скрытого объекта можно осуществлять по косвенным признакам - нарушению структуры естественного фона окружающей среды в месте установки этого объекта (цвета растительности или грунта, микрорельефа и т.д.). Физически здесь реализуется, как правило, контраст в коэффициентах отражения отдельных волн оптического излучения солнца или искусственной подсветки (элементами фона). Возможные методы поиска при этом: визуальный (в т.ч. с использованием оптических средств), многоспектральный, фотографический (аэрофотографический), телевизионный, лазерный.
Теплолокационный метод обнаружения. При установке любого объекта в укрывающую среду неизбежно появляется нарушение её структуры, прежде всего в плотности, даже при самой тщательной маскировке. Возникает различие в степени теплового излучения маскирующего слоя укрывающей среды, расположенной над объектом поиска и остального естественного фона. Основными недостатками теплового метода, затрудняющими его широкое использование для обнаружения малоразмерных объектов искусственного происхождения в укрывающих средах, являются:
- значительное количество помех из-за неоднородностей верхнего слоя грунта и растительности;
- наличие сравнительно большого промежутка времени в течение суток (до 6...8 часов), в котором тепловой контраст между местом установки заглубленного объекта и фоном отсутствует;
- дороговизна тепловизионной аппаратуры. Стоимость «чувствительных» образцов (разрешение — десятые доли градуса) составляет десятки тысяч долларов США и более.
Электромагнитные методы обнаружения. В настоящее время выявление аномалий в полупроводящих укрывающих средах с помощью электромагнитных полей широко используется в различных областях науки и техники. В общем случае электромагнитный метод обнаружения заключается в регистрации искажений первичного (зондирующего) электромагнитного поля при попадании в него объекта поиска — из-за контраста электромагнитных характеристик между этим объектом и укрывающей средой. Первичное поле может быть естественного (постоянное магнитное поле Земли, поле грозовых разрядов и др.) или искусственного происхождения (собственного передающего устройства, удаленной радиостанции и др.). Электромагнитный метод обнаружения объектов в укрывающих средах включает в себя: электрический контактный метод обнаружения; магнитометрический метод обнаружения; индукционный метод обнаружения; радиоволновой метод обнаружения; радиолокационное зондирование полупроводящих сред.
Контактные электрические методы обнаружения объектов в грунте широко используются в электроразведке полезных ископаемых с начала 20-х гг. XX в. Сущность этих методов (сопротивлений, заряженного тела и др.) заключается в фиксации искажений внешнего электрического или магнитного поля, возникающих при обтекании током объекта поиска, находящегося в грунте. Внешнее поле создают с помощью металлических электропроводов, имеющих электрический контакт с грунтом. К сожалению, метод сопротивлений, как и другие электрические контактные методы, весьма трудоемок. Механизировать передвижение зондов трудно, жесткое крепление их на раме невозможно, так как требуется различное механическое давление на зонды для правильного погружения их в почву. Однако техническая реализация метода несложна. Низкочастотная аппаратура весьма проста, относительно недорога и может быть изготовлена в любительских условиях.
Магнитометрический метод обнаружения позволяет зафиксировать пространственные искажения магнитного поля Земли, создаваемые ферромагнитным объектом поиска. Обнаружение диэлектрических (пластмассовых, деревянных и т.п.), а также диамагнитных (дюралюминий, золото, серебро, бронза и т.п.) объектов с использованием этого метода невозможно. В то же время использование переносной аппаратуры с применением этого метода внутри или вблизи современных сооружений (зданий, мостов, аэродромных покрытий и т.д.) затруднено из-за мешающего влияния стальных элементов их конструкций (арматуры, балок, труб и т.д.). Иногда и в горной местности, богатой металлосодержащими рудами, использование магнитометров затруднено.
Индукционный метод обнаружения металлических объектов наиболее распространен. Он широко используется для обнаружения рукотворных объектов, выполненных из металла или имеющих отдельные металлические элементы в своей конструкции, причем металл может быть как ферромагнитным, так и диамагнитным. Индукционный метод обнаружения проводящих металлических объектов основан на регистрации вторичных полей вихревых токов, возникающих в этих телах под воздействием первичного низкочастотного магнитного поля. Первичное магнитное поле создается с помощью катушек, питаемых переменным током. Вихревые токи зависят от силы тока возбуждающей (генераторной) катушки, его частоты и конфигурации проводящего тела (объекта поиска). Высокая чувствительность миноискателя приводит к тому, что на одну обнаруженную мину приходится до 1001000 ложных сигналов, источниками которых становятся осколки и пули, находящиеся в земле. Это делает практически невозможным дальнейшее использование прибора и заставляет сапера взять в руки саперный щуп и сантиметр за сантиметром прощупывать впереди себя почву.
Радиоволновой метод обнаружения. При облучении полупроводящих сред ВЧ или СВЧ электромагнитным полем любые неоднородности (пустоты, металлические и пластмассовые предметы и др.), размеры которых сравнимы с длиной волны, будут рассеивать это поле. Часть отраженной энергии может быть зафиксирована приемным устройством искателя. Фактически радиоволновой метод является частным случаем широко известного радиолокационного метода обнаружения объектов. Основное отличие заключается в том, что в радиоволновом методе расстояние до объекта поиска соизмеримо с рабочей длиной волны электромагнитного поля. Процесс обнаружения осуществляется на малых расстояниях - в ближней или промежуточной зоне излучения передающей антенны искателя.
Радиолокационное зондирование полупроводящих сред. Из всех известных методов обнаружения радиолокационный метод является одним из наиболее перспективных. Это объясняется прежде всего возможностью РЛС дистанционно обнаруживать и распознавать объекты независимо от метеоусловий и естественной освещенности Земли. Кроме того, СВЧ-зондирующие электромагнитные поля обладают проникающей способностью через укрывающие полупроводящие среды (грунт, растительность, снег, воду), под которыми могут находиться объекты поиска.
Газоаналитический метод обнаружения взрывных устройств. Взрывное устройство (ВУ) содержит, как правило, от нескольких десятков граммов до нескольких килограммов ВВ. Поэтому ВУ, в принципе, можно обнаружить путем регистрации газообразных испарений продуктов медленного разложения или испарения взрывчатых веществ. Регистрация может осуществляться с помощью химического, масс-спектрометрического и других способов. Следует отметить, что в настоящее время лучшим обнаружителем взрывчатых веществ является собачий нос.
Биофизический метод обнаружения. Сущность биофизического эффекта (БФЭ) сводится к тому, что в руках некоторых лиц отрезок изогнутой металлической проволоки, раздвоенная ветка или другой индикатор вблизи подземных аномалий (залежей руд, пустот, подземных вод и др.) отклоняется или вращается. БФЭ насчитывает 4000-летнюю историю. Однако природа этого эффекта до настоящего времени точно не установлена. Основная современная рабочая гипотеза объясняет
Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России № 4 (44) 2009
Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России № 4 (44) 2009
Кадровое обеспечение, служебно-боевая подготовка
Рис. 2. Регионы мира, подверженные минной опасности
БФЭ как реакцию человека-оператора на пространственные градиенты естественного электромагнитного поля, связанные с наличием подземных аномалий. Основными причинами, препятствующими в настоящее время широкому использованию БФЭ для обнаружения «рукотворных» объектов в укрывающих средах, являются зависимость надежности обнаружения объектов поиска от психофизиологического состояния оператора и невозможность в настоящее время создания поискового прибора на основе БФЭ из-за отсутствия полной ясности природы этого эффекта. [8].
Ядерно-физический метод обнаружения ВВ. Проблема обнаружения скрытых закладок взрывчатых веществ (ВВ) в настоящее время носит глобальный международный характер и требует скорейшего решения. По оценкам экспертов ООН, в ходе локальных войн, вооруженных конфликтов и террористических актов последних двух десятилетий противоборствующими сторонами на территории 62 стан мира было установлено свыше 100 миллионов скрытых закладок ВВ (мины, фугасы, различного типа взрывные устройства). Среди этого количества около 75% закладок имеют корпус из пластмассы или не имеют такового и содержат минимальное количество металлических деталей. Обнаружение таких закладок ВВ современными миноискателями крайне затруднено. Перспективным прямым методом поиска ВВ, установленного в грунт, является ядерно-физический метод обнаружения и идентификации, основанный на применении импульсного нейтронного излучения.
Принцип действия: 1) облучение исследуемой области импульсным потоком нейтронов; 2) регистрация обратно-рассеянных нейтронов и гамма-квантов радиационного захвата; 3) обработка полученных данных по определенному алгоритму; 4) в результате зондирования определяются объекты с аномальным содержанием легких элементов (п,п - метод) и азота (п, - метод),
являющимися ключевым фактором наличия ВВ.
Особое внимание разработчиков поисково-разведывательных систем к задаче совершенствования методов обнаружения и идентификации ОВН, и в первую очередь методов обнаружения взрывных устройств и взрывоопасных предметов, объясняется [9, 10, 11]: а) высокой эффективностью действия - способностью выводить из строя тяжелые боевые машины и транспортные средства, поражать живую силу и наносить личному составу тяжелые ранения, требующие длительного и дорогого лечения; б) простотой конструкции, позволяющей использовать малоквалифицированный персонал, на подготовку которого требуется минимум времени; в) низкой стоимостью производства инженерных боеприпасов; г) способностью стран-разработчиков и экспортеров поставлять покупателю крупные партии простых и дешевых мин.
Проблемы, связанные с постоянно усложняющейся минной обстановкой, усугубляются опасностью подрыва населения на невзорвавшихся боеприпасах, которых на поле боя и в районах нанесения авиационных и ракетно-артиллерийских ударов остается все больше. Это особенно характерно для территорий Кувейта (где до трети кассетных авиационных и артиллерийских суббоеприпасов с ударным взрывателем на рыхлом песчаном грунте не сработало), Камбоджи, Анголы, бывшей Югославии, Таджикистана, Абхазии, Чеченской Республики. Такие боеприпасы представляют еще большую опасность, чем ИППБ, и способствуют росту потерь среди местного населения. По оценке специалистов Международного Красного Креста, во всем мире (рис. 2) на ИППБ ежемесячно гибнут около 800 человек, в большинстве гражданское население; всего с 1975 г. на ИППБ погибли или получили ранения свыше миллиона человек. Особое беспокойство вызывает факт несоответствия темпов проводимого разминирования размаху продолжающейся установки мин: на место ежегодно снимаемых 100 тыс. мин ставятся от 2 до 5 млн. новых. При таких темпах разминирования количество неснятых мин к концу века возросло до 135 млн. [12].
Надежный поиск взрывоопасных предметов - это главная задача в проблеме разминирования. Демаскирующие признаки мин и взрывных устройств (ВУ) обусловлены рядом факторов. Основные факторы, которые имеют место практически всегда: наличие ВВ; наличие локально расположенной массы
металла (даже в так называемых «неметаллических» минах имеется до 0,1 г алюминия); характерная форма инженерного боеприпаса; неоднородности вмещающей среды (нарушение поверхности грунта, дорожного покрытия, стены здания, нарушения цвета растительности или снежного покрова и т.д.).
Дополнительные демаскирующие факторы, которые могут быть не всегда: наличие проводной линии управления; наличие часового механизма или электронного таймера; наличие сейсмического, магнитного или оптического датчика цели; наличие антенны с радиоприемным устройством.
Итак, взрывное устройство может обнаруживаться в основном за счет трех факторов: наличия сосредоточенной массы ВВ, характерной конструкции (формы, материала корпуса и т.д.), нарушения однородности окружающего фона (цвета растительности, плотности грунта и т.д.).
Поскольку проблема поиска и обнаружения взрывных устройств особо актуальна, и эффективного её решения до настоящего времени не найдено, стоит задача по разработке поисковых систем, обладающих эффективностью, приближающейся к эффективности потенциальных систем. Эффективность функционирования поисковых систем зависит от природы физического явления, заложенного в поисковый элемент (ПЭ), от методов представления снятого с ПЭ сигнала и согласования выходного сигнала поискового элемента с САЧ. Особенности функционирования СОИОВН таковы, что выходным звеном всех систем обработки является, как правило, САЧ. Причина - САЧ является уникальным прибором по помехоустойчивости. Кроме того, САЧ обладает возможностью не только выполнять операцию обнаружения цели, но и осуществлять их идентификацию.
Список литературы
1. Петров, С. И. К оценке возможности обнаружения взрывчатых веществ и устройств, содержащих их // Специальная техника. - 2001. - № 4.
2. Общие сведения о мобильных радиотехнических средствах разведки и обнаружения. - М.: ГКВВ МВД России - Инженерное управление ГШ ВВ МВД России, 2007. - 264 с.
3. Степанов, Е. И, Клочков, С. Г. Технические средства охраны : учебное пособие. Изд. ВИХ 1996. - 314 с.
4. Отчет Государственного департамента США «Скрытые убийцы: глобальный кризис противопехотных мин» [Электронный ресурс] : www.state.gov/www/global/arms/rpt_ 9809.
5. Статистические данные по проблеме противопехотных мин [Электронный ресурс] - eagle. uccb.ns.ca/ demine/problem.html.
6. Общие сведения о мобильных радиотехнических средствах разведки и обнаружения. - ГКВВ МВД России. Инженерное управление ГШ ВВ МВД России, 2007. - 264 с.
7. Дмитриев, В. А. Основы применения технических средств наблюдения пограничных войск : учебник
- М., 1991.
8. Дикарев, В. И., Заренков, В. А., Заренков, Д. В. Методы и средства обнаружения объектов в укрывающих средах / ред. В.А. Заренков. - СПб.: Наука и техника, 2004. - 280 с.
9. Женевская Конвенция о запрещении или ограничении применения конкретных видов обычного оружия, которые могут считаться наносящими чрезмерные повреждения или имеющими неизбирательное действие (Нью-Йорк, 10 октября 1980 г.). Протокол II «О запрещении или ограничении применения мин, мин-ловушек и других устройств» с поправками, внесенными 3 мая 1996 г.
10. [Электронный ресурс] : сайт «GICHD» http://www.gichd.ch/docs/minebantreaty/index.htm.
11. [Электронный ресурс] : сайт http://extranet.garant.ru/cross/D0C2460842.htm.
12. Официальные документы ООН. [Электронный ресурс] : www.un.org/russian/documen
Literature
1. Petrov, S. I. To an estimation of possibility of detection of explosives and the devices containing // Special technique. - 2001. - № 4.
2. The general data on mobile radio engineering means of investigation and detection GCVV. - Ministry of Internal Affairs of Russia. Engineering management of GSH VV the Ministry of Internal Affairs of Russia, 2007. - 264 р.
3. Stepanov, Е. I, Klochkov, S. G. Protection means. - Publishing house VIU, 1996. - 314 р.
4. The US State department report the Latent murderers: global crisis of antipersonnel mines : www.state.gov/ www/global/arms/rpt_ 9809.
5. Statistical data on a problem of antipersonnel mines : eagle. uccb.ns.ca/demine/problem.html.
6. The general data on mobile radio engineering means of investigation and detection GCVV. - Ministry of Internal Affairs of Russia. Engineering management of GSH ВВ the Ministry of Internal Affairs of Russia, 2007. - 264 р.
7. Dmitriev, V. A. Bases of application of means of supervision of frontier troops. The textbook. - M.: 1991. - 150 р.
8. Dikarev, V. I., Zarenkov, V. A., Zarenkov, D. V. Method and sensor of objects in covering environments. -St. Petersburg, 2004. - 280 p.
9. The Geneva Convention on prohibition or restriction of application of concrete kinds of the usual weapon, which can be considered putting excessive damages or having not selective action (New York, on October, 10th, 1980). Report II «About prohibition or restriction of application of mines, mines-traps and other devices» with the amendments brought on May, 3rd, 1996.
10. «GICHD» : http://www.gichd.ch/docs/minebantreaty/index.htm.
11. http://extranet.garant.ru/cross/D0C2460842.htm.
12. Official documents of the United Nations - www.un.org/russian/documen.
Вестник Санкт-Петербургского университета МВД России № 4 (44) 2009
