Способ автоматизированного выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности с использованием беспилотного летательного аппарата

Авторы патента:

Кулагин Иван Юрьевич (RU)

Кожевников Дмитрий Андреевич (RU)

Васильев Алексей Вениаминович (RU)

Быков Алексей Владимирович (RU)

G01T1/169 - исследование и определение площади зараженной поверхности (разведка с использованием ядерного излучения, естественного или искусственного G01V 5/00)

Владельцы патента RU 2694465:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "33 ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (RU)

Изобретение относится к области радиометрических исследований и может быть использовано для автоматизированного выявления границ радиоактивного загрязнения местности. Сущность: беспилотный летательный аппарат движется по траектории, ортогональная проекция которой на земную поверхность совпадает с внешней границей выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности. При этом в процессе полета осуществляют автоматизированную корректировку траектории в зависимости от мощности дозы гамма-излучения. Корректировку траектории полета осуществляют путем автоматизированного изменения курса полета в сторону увеличения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы меньше нижней границы установленного интервала, или в сторону уменьшения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы превысит величину верхней границы установленного интервала. Технический результат: повышение достоверности выявления границ радиоактивного загрязнения местности, обеспечение радиационной безопасности персонала. 3 ил.

1 Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки техническими средствами воздушной радиационной разведки местности (ВРРМ) и может быть использовано при создании перспективных и применении существующих технических средств ВРРМ.

2 Уровень техники

Известны различные способы выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности воздушными техническими средствами, основанные на измерении мощностей доз радиоактивного загрязнения местности и применяемые в период ликвидации последствий аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Одним из них является способ реперной сети. Данный способ заключается в разделении всей зоны вокруг электростанции на 36 секторов через 10° и измерении мощности дозы в контрольных точках, расположенных в узлах реперной сети, в качестве которых назначались, как правило, хорошо наблюдаемые с воздуха ориентиры и населенные пункты, геодезические пункты, узлы дорог и т.п.[1].

Также известны способы ведения ВРРМ по маршруту с последовательным определением значений мощностей доз ионизирующего излучения в заданных точках или через заданные интервалы времени и по маршруту с последовательным определением заданных значений мощностей доз ионизирующего излучения с уточнением привязки точек снятия показаний приборов к местности [1].

Для выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности наиболее широкое применение получил способ параллельного галсирования. Скорость ведения воздушной разведки, высота полета и шаг сканирования устанавливается в соответствии с техническими характеристиками приборов радиационной разведки [1].

Способ параллельного галсирования выбран в качестве прототипа, так как обладает наибольшим сходством с предлагаемым способом.

При реализации всех перечисленных способов-аналогов во время разведки на карте отмечают точки измерения мощности дозы и у каждой из них указывают мощность дозы, пересчитанную на высоту 1 метр от земли. Затем точки с мощностями доз излучения, равными или близкими к их значениям на границе выявляемой зоны радиоактивного загрязнения, соединяют между собой плавными линиями [1].

Все указанные способы-аналоги реализуются с помощью пилотируемых воздушных средств, что создает высокую вероятность облучение экипажа, привлекаемого для выявления радиационной обстановки. Наличие экипажа также ограничивает возможность проведения разведки на минимальной высоте, так как над участками местности с высокими уровнями радиоактивного загрязнения высота разведки должна быть увеличена, что снижает достоверность результатов измерений.

Кроме этого при решении задачи выявления границ зон радиоактивного загрязнения существующими способами воздушное средство двигается по трассам, пересекающим обследуемый район, которые назначаются на расстоянии друг от друга не более 3 км [1]. В результате границы зон радиоактивного загрязнения местности выявляются лишь в отдельных точках пересечения маршрута разведки и выявляемой границы, расположенных на расстоянии, равном шагу галсирования, что также снижает достоверность выявления радиационной обстановки.

3 Раскрытие изобретения

Выброс в атмосферу радиоактивных веществ в результате аварийной ситуации на радиационно опасном объекте может обусловить опасное загрязнение значительных по площади районов. В таком случае большое значение имеет оперативное выявление конфигурации опасных зон радиоактивного загрязнения местности.

В начальный период после аварии выявляется внешняя граница зоны радиационной опасности с высоким уровнем мощности дозы (140 мрад/ч), а в последующем осуществляется разведка на оставшейся территории [1].

Наиболее оперативным способом выявления радиационной обстановки является воздушная радиационная разведка. При ведении воздушной радиационной разведки выполняют измерения мощности дозы гамма-излучения на высоте полета летательного аппарата, а затем полученные значения автоматически пересчитывают на высоту 1 метр над поверхностью земли.

Опыт ликвидации последствий аварии на Чернобыльской атомной электростанции показывает, что при осуществлении радиационной разведки местности требуется значительная детализация и точность определения границ загрязнения, что вызывает необходимость максимально допустимого снижения высоты (25-50 м) и скорости (50-100 км/ч) ведения воздушной разведки. В этом случае происходит увеличение интенсивности и продолжительности воздействия ионизирующего излучения на экипаж воздушных средств разведки. Поэтому для выполнения указанной задачи целесообразно применять безэкипажные средства [1].

Задача настоящего изобретения заключается в повышении достоверности радиационной разведки, обеспечении радиационной безопасности персонала, привлекаемого для выявления радиационной обстановки и автоматизации процесса выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности.

Поставленная задача решается тем, что в способе автоматизированного выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности с использованием беспилотного летательного аппарата (БЛА), включающем измерение мощности дозы гамма-излучения на выбранной высоте полета с автоматическим пересчетом ее величины к соответствующей мощности дозы на высоте 1 метр над поверхностью земли, БЛА, осуществляя автоматизированную корректировку полета, двигается по траектории, ортогональная проекция которой на земную поверхность совпадает с внешней границей выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности. Движение по указанной траектории достигается корректировкой полета путем автоматизированного изменения курса полета в сторону увеличения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы меньше нижней границы интервала или в сторону уменьшения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы превысит величину верхней границы интервала где - мощность дозы на внешней границе выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности, - установленный предел отклонения измеряемой мощности дозы от заданной

Технический результат изобретения - автоматизация процесса выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности, обеспечение радиационной безопасности персонала, привлекаемого для выявления радиационной обстановки, а также повышение достоверности радиационной разведки.

Основной особенностью предлагаемого способа является автоматизация процесса выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности за счет использования беспилотного летательного аппарата (БЛА) с целевой нагрузкой радиационной разведки.

Беспилотный летательный аппарат двигается в направлении увеличения плотности радиоактивного загрязнения до момента, когда окажется над участком местности с мощностью дозы соответствующей внешней границе зоны, которую необходимо выявить. После этого БЛА поворачивает на 90° вправо (или влево) и продолжает полет. При этом происходит непрерывное измерение мощности дозы и автоматический пересчет к высоте 1 метр над поверхностью земли. В случае если значение мощности дозы отклоняется от мощности дозы, соответствующей внешней границе выявляемой зоны, в заранее установленном интервале БЛА корректирует направление своего полета. Корректировка полета происходит в сторону увеличения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы меньше нижней границы интервала или в сторону уменьшения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы превысит величину верхней границы интервала

Таким образом, БЛА двигается по траектории, проекция которой на земную поверхность подобна внешней границе выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности.

Во время ведения радиационной разведки непрерывно осуществляется привязка БЛА к местности. На электронную карту наносится маршрут движения БЛА с отображением измеренной мощности дозы, информация о котором передается на наземные пункты сбора информации по телекодовому радиоканалу в автоматическом режиме.

Таким образом, нанесенный на карту маршрут движения БЛА во время регистрации мощности дозы, соответствующей величине является внешней границей выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности. При реализации описанного способа уменьшение интервала приведет к увеличению достоверности, а увеличение указанного интервала - к увеличению оперативности. Поэтому есть возможность в зависимости от выполняемой задачи подобрать такую величину интервала которая позволит достигнуть необходимого отношения «достоверность-оперативность».

При необходимости для повышения оперативности радиационной разведки и достоверности результатов измерения в условиях динамично изменяющейся радиационной обстановки целесообразно выявляемую радиоактивно загрязненную зону разделить на участки и одновременно применять несколько БЛА.

Предлагаемый способ позволяет автоматизировать процесс выявления границ радиоактивного загрязнения местности. Также обеспечивается повышение достоверности радиационной разведки, так как использование БЛА позволяет проводить измерения на небольших высотах благодаря отсутствию экипажа на летательном аппарате.

Кроме этого, при осуществлении предлагаемого способа в отличие от способов-аналогов персонал, привлекаемый для выявления радиационной обстановки, не подвергается воздействию ионизирующего излучения.

4 Осуществление изобретения

Приведем пример использования предлагаемого способа для случая, когда радиоактивное загрязнение местности сформировалось в результате выпадения радиоактивных веществ из облака, образовавшегося в результате аварийного выброса на ядерном реакторе.

Рассмотрим реализацию предлагаемого способа при выявлении границы зоны радиационной опасности с мощностью дозы равной 140 мрад/ч [1].

Перед началом полета устанавливают значение предела отклонения измеряемой мощности дозы от заданной Для примера выберем значение предела равное 35 мрад/ч.

Вначале БЛА двигается над радиоактивно загрязненной местностью в направлении увеличения мощности дозы до момента, когда она будет равна мощности дозы границы выявляемой зоны После этого БЛА осуществляет поворот по курсу на 90° влево.

Первая точка с измеренным значением мощности дозы равным 140 мрад/ч, является точкой начала маршрута радиационной разведки. Далее БЛА двигается прямолинейно до тех пор, пока измеряемые значения мощности дозы укладываются в интервал от 105 до 175 мрад/ч. Если значение измеряемой мощности дозы меньше нижней границы интервала 105 мрад/ч, то БЛА делает поворот на 90° вправо, то есть в сторону повышения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы превысит величину верхней границы интервала 175 мрад/ч, то БЛА делает поворот на 90° влево, то есть в сторону уменьшения мощности дозы, как показано на фигуре 1. Координаты нахождения БЛА отображаются на карте, формируя траекторию его движения в виде ломаной прямоугольной линии.

После этого производят интерполяцию выявляемой границы загрязнения, например, путем соединения середин отрезков, образующих траекторию движения БЛА, плавной линией, как показано на фигуре 2.

На фигуре 3 представлено сравнение результатов выявления внешней границы зоны радиоактивного загрязнения с ее реальной конфигурацией для рассмотренного примера.

5 Краткое описание чертежей

На фигуре 1 показан пример полета беспилотного летательного аппарата при выявлении внешней границы зоны опасного радиоактивного загрязнения с мощностью дозы 140 мрад/ч при значении предела отклонения, равном 35 мрад/ч.

На фигуре 2 показан пример интерполяции выявляемой границы загрязнения путем соединения середин отрезков, образующих траекторию движения беспилотного летательного аппарата, плавной линией.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Учебник сержанта войск радиационной, химической и биологической защиты Учебник. [Текст] / - М: УНВ РХБЗ ВС РФ, 2006. - 736 с.: ил.

Способ автоматизированного выявления границ зон радиоактивного загрязнения местности с использованием беспилотного летательного аппарата (БЛА), заключающийся в измерении мощности дозы гамма-излучения на выбранной высоте полета с автоматическим пересчетом ее величины к соответствующей мощности дозы на высоте 1 метр над поверхностью земли, отличающийся тем, что БЛА осуществляет автоматизированную корректировку полета и движется по траектории, ортогональная проекция которой на земную поверхность совпадает с внешней границей выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности; корректировка полета осуществляется путем автоматизированного изменения курса полета в сторону увеличения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы меньше нижней границы интервала , или в сторону уменьшения мощности дозы, если значение измеряемой мощности дозы превысит величину верхней границы интервала , где - мощность дозы на внешней границе выявляемой зоны радиоактивного загрязнения местности, - установленный предел отклонения измеряемой мощности дозы от заданной .

Изобретение относится к области измерения ионизирующих излучений, а именно гамма-излучения с применением газоразрядных счетчиков. Сущность изобретения заключается в том, что способ оценки достоверности радиационных измерений, проводимых дозиметрическим прибором с газоразрядным счетчиком Гейгера-Мюллера, заключается в создании в измерительной схеме прибора дополнительного счетного канала с временной задержкой, для которого серия нескольких следующих один за другим импульсов воспринимается как один импульс.

Способ обучения определению области радиационной аварийной ситуации на основе смоделированной аварии // 2669871

Изобретение относится к способу обучения определению области радиационной аварийной ситуации на основе смоделированной аварии. Технический результат – обеспечение способа обучения определению области радиационной аварии аналогично реальной радиационной аварийной ситуации.

Способ поиска и обнаружения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения // 2640311

Изобретение относится к области дозиметрии, а именно к способу осуществления, поиска и обнаружения источников гамма-излучения. Способ поиска и обнаружения источников гамма-излучения в условиях неравномерного радиоактивного загрязнения дополнительно содержит этапы, на которых определяют источник с максимально активным излучением, проводят замер мощности излучения коллимированным детектором и одновременно определяют расстояние до источника с помощью детекторного лазерного дальномера, при этом оси коллимированного детектора и лазерного дальномера направляют параллельно с разнесением по горизонтали, регистрируют показания лазерного дальномера и значение дозы мощности, фиксируемой детектором, затем на основании этих данных вычисляют мощность дозы излучения реального источника, после чего для проверки адекватности измеренного расстояния до источника излучения перемещают ось нацеливания дальномера на величину разнесения по горизонтали, повторно измеряют и регистрируют расстояние, результаты поочередных измерений расстояния сравнивают и при расхождении в замерах в пределах погрешности лазерного дальномера информацию признают достоверной.

Способ автоматического определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности // 2620451

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки. Сущность изобретения заключается в том, что способ автоматического определения местоположения точечного источника гамма-излучения на местности содержит этапы, на которых с помощью блока детектирования, расположенного на борту беспилотного летательного аппарата вертолетного типа, сравнивают скорости счета боковых детекторов и устанавливают направление на источник гамма-излучения.

Способ ведения воздушной радиационной разведки местности с использованием беспилотного летательного аппарата вертолетного типа // 2620333

Изобретение относится к области ведения радиационной разведки местности. Способ ведения воздушной радиационной разведки местности с использованием беспилотного летательного аппарата вертолетного типа заключается в измерении на высоте полета мощности дозы и приведении ее величины к интересующей высоте с использованием зависимости мощности дозы над радиоактивно загрязненной местностью от высоты измерения, при этом нахождение величины кратности ослабления гамма-излучения слоем воздуха проводится путем установления зависимости мощности дозы от высоты измерения, составленной по результатам измерения при вертикальном полете над обследуемой радиоактивно загрязненной местностью.

Система для измерения по гамма-излучению загрязнённости окружающей среды, вызванной радиоактивным выбросом радиационно-опасных предприятий // 2596183

Изобретение относится к средствам для оценки радиационной обстановки окружающей среды. Сущность: настоящая система размещена на наземном комплексе (7) обработки и управления измерительной информацией и беспилотном летательном аппарате (2).

Способ обнаружения радиационного загрязнения // 2561305

Изобретение относится к дистанционным способам радиационных исследований и может быть использовано для выявления радиационных загрязнений поверхности Земли. Сущность: на основе анализа излучений в инфракрасном диапазоне частот 8-14 мкм создают карты распределения латентного тепла в атмосфере.

Способ ведения воздушной радиационной разведки местности // 2554618

Изобретение относится к области выявления радиационной обстановки на объектах атомной энергетики после аварийного выброса в атмосферу радиоактивных веществ. Способ ведения воздушной радиационной разведки местности в районе аварии на ядерном реакторе с разгерметизацией активной зоны заключается в измерении на высоте полета значений мощности дозы гамма-излучения и приведении полученных значений к высоте 1 м над поверхностью земли, при этом радиационная разведка осуществляется с борта летательного аппарата носимым измерителем мощности дозы со временем измерения не более 2 с, высота полета выдерживается до 150 м, скорость полета устанавливается не более 200 км/ч, при выполнении измерений мощности дозы снимаются показания высотомера, проводится расчет кратности ослабления гамма-излучения слоем воздуха по формуле K=2,019+0,027h-1+1,128×10-6h-3, показания измеренной мощности дозы умножаются на коэффициент K.

Способ обнаружения опасного радиоактивного загрязнения местности // 2549610

Изобретение относится к области воздушного радиационного мониторинга. Сущность: получают изображения участков в диапазоне видимых длин волн, а также в диапазоне длин волн флуоресценции атмосферного азота под воздействием ионизирующих излучений с помощью матричных фоточувствительных детекторов.

Проточный вспомогательный электрод (варианты) // 2548133

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для исследования процессов, происходящих в среде океанов и других водоемов. Технический результат изобретения - повышение стабильности потенциала электрода и повышение надежности работы за счет устранения факторов, создающих шунтирование сопротивления изоляции между электролитическим контактом и электролитическим ключом электрода. Сущность: проточный вспомогательный электрод содержит заполненную электролитом камеру 7, в которой создается избыточное давление подпружиненной втулкой 9.