Tecnología de activación gamma para desminado humanitario.

Tecnología de activación gamma para el desminado humanitario.

Tecnología de activación gamma para el desminado humanitario

A.I. Karev, V.G. Raevsky, Instituto de Física P.N. Yu.A Konyaev, A.S. Rumyantsev, OJSC «TsKB Almaz»
V.I. Kolesnichenko, Instituto de Investigación de Automatización de Instrumentos de Moscú.

Es imposible construir un mundo en tierra minada.
/E.M. Primakov/

El motivo de la crisis tecnológica en la solución del problema del desminado global es que los métodos existentes para la detección de objetos explosivos (HE) se centran principalmente en el uso de métodos manuales para la búsqueda de objetos explosivos y en términos de los principales parámetros: probabilidad de detección, cantidad de falsas alarmas y velocidad no cumplen con los requisitos para ellas.

La salida de la crisis pasa por el uso de tecnología de remoción de minas no tripuladas y el uso de sistemas robóticos de detección de peligros basado en nuevos principios físicos. Se ha propuesto un nuevo método de activación gamma para la detección directa de explosivos.

El método se basa en el registro de reacciones nucleares específicas en los núcleos de los átomos de nitrógeno y carbono — elementos químicos que forman parte de todos los explosivos militares.

Se describe el complejo móvil diseñado que implementa este método de búsqueda de explosivos y se dan características que demuestran su alta eficiencia, productividad y cumplimiento. con estándares de la ONU.

Se ha demostrado que el uso del complejo permite implementar tecnología de desminado no tripulado, mientras que la productividad en comparación con los métodos tradicionales de desminado manual aumenta cientos de veces con una probabilidad de detectar explosivos de al menos el 99,6%.

Tecnología de activación gamma para el desminado humanitario
A.I.Karev, V.G.Raevsky, Instituto de Física Lebedev de la Academia de Ciencias de Rusia
Yu.A. Konyaev, A.S.Rumyantsev, JSC “CDB Almaz”
V.I.Kolesnicheko, Instituto de Investigación de Dispositivos Automáticos de Moscú.

RESUMEN

La razón de la crisis tecnológica en la solución del problema mundial del desminado consiste en los métodos existentes de detección de objetos explosivos (ES) que se orientan, básicamente, al uso de tecnología manual de búsqueda de ES. Los principales parámetros de estos métodos: probabilidad de detección, número de señales falsas y velocidad de funcionamiento no cumplen con los estándares de calificación. La salida es la aplicación de tecnología no tripulada de desminado y sistemas robóticos de detección de ES, que se basan en nuevos principios físicos. Se ofrece un nuevo método de activación gamma para la detección directa de explosivos. El método se basa en el registro de reacciones nucleares específicas en núcleos de átomos de nitrógeno y carbono — elementos químicos, que son partes principales de todos los ES. Se describe el complejo móvil diseñado que realiza este método de detección de ES. Las características del complejo son el resultado. Demuestran alta eficiencia, productividad y conformidad con los estándares de la ONU. Se muestra la aplicación del complejo robótico que permite implementar robots «no manuales&#187. tecnología de desminado. La productividad del complejo crece cientos de veces en comparación con las máquinas convencionales «manuales&#187. Los métodos de desminado y la probabilidad de detección de ES no son inferiores al 99,6%.

Introducción

El día 21 El siglo pasado recibió un pesado legado del siglo pasado: la «plaga de las minas». En 70 países de todo el mundo, están instalados ~120 millones de minas antipersonal (APM) y antitanque (ATM) y otros artículos explosivos (HEH).

Este es el resultado de las acciones militares y terroristas que la humanidad emprendió en el último siglo. Cada día en el mundo, 70 civiles son víctimas de las minas y una de cada tres víctimas — niño. De hecho, ¡cada 20 minutos una mina explota a una persona!

Territorios infectados con la «plaga de las minas» no puede incluirse en la circulación económica, que es esencial para los países superpoblados con territorios pequeños.

Estos problemas también se aplican a los territorios de Rusia y los países de la CEI, donde ocurren conflictos armados y donde quedan minas y municiones de la Gran Guerra Patria. Hoy en día, sólo nueve entidades constitutivas de la Federación de Rusia exigen el desminado de más de 5.400 km2. tierras [1].

Para combatir la «plaga de las minas» Se concentran los esfuerzos políticos, organizativos, financieros, científicos y tecnológicos de diversas organizaciones internacionales, nacionales gubernamentales, no gubernamentales y religiosas.

Realizar trabajos de desminado total de territorios bajo los auspicios de la ONU en 1996, “Estándares internacionales para la realización de operaciones de remoción de minas en el marco de acciones humanitarias bajo los auspicios de la ONU” [2].

Estas normas definen toda la gama de actividades para la realización del trabajo y formulan requisitos básicos y muy estrictos para la calidad de las áreas de limpieza. Estos requisitos incluyen — eliminación de al menos el 99,6% de los residuos peligrosos ubicados en el suelo a una profundidad de hasta 20 cm.

Desafortunadamente, los medios técnicos disponibles para detectar y neutralizar minas no permiten tal una alta calidad de limpieza, por lo que según la ONU, más del 80% de las áreas desminadas hoy en día se desminan manualmente.

Esto conduce a un bajo ritmo de trabajo, su alto costo y causas un alto grado de riesgo para el personal de los equipos de desminado.

Así, según los expertos, desminar todo el planeta utilizando las tecnologías existentes tardará unos 1.000 años, el coste del trabajo será de 65.000 a 100.000 millones de dólares y por cada 5.000 minas neutralizadas habrá un zapador muerto y dos lisiados. Y todo esto está sujeto a una prohibición total del uso de armas minadas.

Actualmente, la situación de las minas en el planeta no hace más que empeorar.

Como resultado de las guerras locales, los conflictos regionales y los ataques terroristas en curso, a pesar de todos los esfuerzos por eliminar las minas a nivel mundial, el número de minas instaladas está aumentando. ¡Por cada 120 millones de minas encontradas, 20 se instalan recientemente!

1.  Crisis tecnológica del problema del desminado humanitario

Desde un punto de vista técnico, el desminado consiste en resolver dos problemas: detectar una mina y neutralizarla.

Una vez que se descubre una mina, neutralizarla no suele ser difícil. En la mayoría de los casos, las minas detectadas se destruyen en el acto utilizando cargas de demolición y dispositivos adecuados.

La mayor dificultad es resolver el problema de la detección de minas.

La historia de la creación y desarrollo de métodos modernos para detectar VOP se remonta a casi 70 años. Su desarrollo ha sido especialmente intenso en las últimas tres décadas, tras el desarrollo de armas de minas y el surgimiento de un problema como el terrorismo internacional.

Los medios modernos para detectar sustancias explosivas se evalúan en términos de capacidades de búsqueda mediante dos indicadores más importantes: la probabilidad de detección y la tasa de búsqueda (rendimiento).

Actualmente, se han propuesto muchos métodos para la detección de explosivos, desde la inspección visual y el uso de animales especialmente entrenados al uso de efectos físicos nucleares e insectos genéticamente modificados que responden al olor de los explosivos [ 3.4].

Sin embargo, cabe señalar que ninguno de los métodos para detectar explosivos peligrosos desarrollados hasta la fecha en sus principales parámetros (sensibilidad, selectividad, velocidad) cumple tanto con los requisitos de las normas de la ONU para el desminado humanitario como con los requisitos generales. tarea de desminado global del planeta en el futuro previsible.

Existe una crisis tecnológica en el problema del desminado humanitario, a pesar de todos los esfuerzos tecnológicos y financieros de la comunidad.

Esta crisis es consecuencia de que la mayor parte del desarrollo de nuevas Los métodos de detección de explosivos y la mejora de los anteriores estaban orientados al uso de tecnologías manuales de desminado con participación humana directa.

Esto refleja la doctrina política y económica adoptada a principios de los años 90 de realizar trabajos de desminado humanitario en países subdesarrollados capacitando a las poblaciones locales y proporcionándoles equipos de detección de explosivos baratos pero ineficaces.

La comunidad mundial asigna fondos como prioridad para el desarrollo de tales métodos y dispositivos.

Actualmente, como hace medio siglo, el medio técnico más común para detectar sustancias explosivas es un detector de minas por inducción, el dispositivo operativo cuyo principio se basa en la detección del metal contenido en una mina.

Los dispositivos modernos son capaces de detectar una masa de metal medida en gramos, ya que dicha cantidad está contenida en minas con cuerpos no metálicos.

Sin embargo, la alta sensibilidad del detector de minas conduce al hecho de que en los lugares de antiguas batallas, cuando se busca una mina, se emiten de 100 a 1000 señales falsas, cuyas fuentes son numerosos fragmentos y balas ubicadas en el suelo.

Esto hace que sea casi imposible seguir utilizando el dispositivo y obliga al zapador a coger una sonda de zapador y sondear el suelo delante de él, centímetro a centímetro. De esta manera, logra limpiar de 20 a 50 m2 de minas por día.

Además, durante el tiempo que transcurre desde el fin de las hostilidades hasta el inicio de la remoción de minas, el suelo , por regla general, está cubierto de hierba y arbustos, lo que también reduce aún más el ritmo de búsqueda de médicos de cabecera y aumenta el riesgo del trabajo del desminador.

Un ejemplo es la operación de desminado humanitario en Kuwait. Según la filial rusa de la organización internacional Campaña Internacional para la Prohibición de las Minas Antipersonal (ICBL), el desminado de Kuwait es la operación comercial de remoción de minas más completa hasta la fecha.

El costo de la operación en Kuwait fue de 961.538 dólares por km2 (700 millones de dólares por 728 km2). En él participaron 4.000 zapadores extranjeros, de los cuales 84 murieron. En el proceso de evaluación de los resultados de la operación, se descubrieron minas que los zapadores habían pasado desapercibidas y hoy se están reexaminando grandes áreas [5].

2.  Tecnología no tripulada para detectar y neutralizar explosivos peligrosos

La salida a la actual crisis tecnológica es posible actualmente de dos maneras. La primera forma es el desarrollo de instalaciones que utilicen los llamados sensores multisensoriales, es decir. combinaciones de dispositivos de detección basadas en principios conocidos y al mismo tiempo aumentan su número para mejorar el rendimiento.

El funcionamiento combinado de estos instrumentos y el procesamiento informático sofisticado debería, en principio, aumentar la probabilidad de detectar VOP y aumentar la tasa de búsqueda y, por tanto, la productividad.

La segunda forma es el uso de métodos fundamentalmente nuevos para detectar GP, por ejemplo, del arsenal de la ciencia física fundamental, más precisamente, de la física de energía media y alta. Tal método existe, se llama “Método de activación gamma para detectar explosivos ocultos” y se está desarrollando con éxito, en relación con las tareas de desminado humanitario, en el Instituto de Física que lleva su nombre. P. N. Lebedeva RAS (FIAN).

La implementación de estas formas de resolver el problema requiere una forma completamente diferente de realizar el trabajo de remoción de minas en el terreno: negarse a utilizar métodos manuales de búsqueda y remoción de minas con participación humana directa y el uso de tecnología no tripulada que utiliza unidades móviles robóticas que excluir el contacto humano directo con un objeto explosivo.

El desarrollo y aplicación de tecnología no tripulada en el desminado humanitario se caracteriza por tres direcciones:

1. mecanización de la limpieza de sustancias peligrosas sin su detección
2. robotización del proceso de detección de sustancias peligrosas peligrosas (sistemas controlados a distancia)
3. automatización del desminado (combinación de detección y desminado).

La primera dirección está históricamente asociada con el uso de varios arrastres de minas mecánicos en operaciones militares de acción contra minas.

En los últimos años, varias empresas han estado desarrollando intensamente varios arrastres de minas mecánicos destinados a remoción humanitaria de minas. Estos arrastres son dispositivos metálicos de rodillos, cortadores y cadenas, que, actuando sobre el terreno, están diseñados para provocar la detonación o destrucción de la mina [6].

El uso de redes de arrastre permite limpiar hasta el 80% del área de sustancias explosivas, pero estas acciones provocan la contaminación del territorio con partículas de explosivos de minas destruidas, lo que afecta negativamente la fertilidad del suelo y aumenta la probabilidad de su erosión. Sin embargo, a pesar de estas deficiencias, los arrastres de minas mecánicos todavía encuentran aplicación en operaciones de desminado humanitario.

La segunda dirección está asociada con el desarrollo y la creación de sistemas multisensores en los que la señal de detección es generado como una función lógica a partir de señales provenientes de varios sensores.

Un ejemplo exitoso de este tipo de sistema es el complejo móvil desarrollado en Canadá [7], equipado con un detector de minas por inducción, un localizador del subsuelo y cámaras de televisión en los rangos visible e infrarrojo.

Durante las pruebas, este sistema con el uso conjunto de todos los sensores proporcionó una probabilidad del 96% de detectar un VOP. .

La tercera dirección está asociada con la creación de máquinas del futuro que utilicen nuevos métodos y medios altamente efectivos para buscar explosivos ocultos.

Deben trabajar en campos minados de forma independiente, detectar explosivos peligrosos, neutralizarlos y marcar el área despejada, al mismo tiempo, se deben cumplir todos los requisitos de la ONU para un desminado de calidad.

Las tres áreas están unidas por una tecnología común, y esencialmente nueva, para desminado humanitario. Todas las instalaciones se colocan sobre transportadores de ruedas o de orugas controlados remotamente.

Estas máquinas son controladas remotamente por operadores desde cabinas de control remoto. Estas instalaciones están diseñadas para desminar grandes áreas de terreno abiertas (accesibles a este equipo), principalmente con fines agrícolas.

Actualmente, gracias al esfuerzo de las organizaciones representadas por los autores de este artículo, se está desarrollando un complejo móvil robótico altamente eficiente y de rápida acción, diseñado para detectar minas y objetos explosivos y enfocado a su uso en actividades de desminado humanitario. /p>

En La base para el funcionamiento del sistema es el método de activación gamma para detectar e identificar explosivos basado en mayores concentraciones de nitrógeno y carbono, que forman la base de todos los explosivos militares modernos.

3. Complejo robótico para la remoción de minas humanitarias basado en el método de activación gamma para detectar VTP

3.1. Base física del método de activación gamma para detectar explosivos.

La esencia del método de activación gamma es detectar concentraciones elevadas de nitrógeno y carbono en el volumen examinado. Para ello se utiliza el registro de los productos de desintegración de los isótopos de vida corta 12B (boro-12) y 12N (nitrógeno-12) con vidas medias de 20,2 y 11,0 ms.

Estos isótopos se producen como resultado de reacciones fotonucleares del tipo: 14N(g,nn)12N, 14N(g,pp)12B, 13C(g,p)12B sobre nitrógeno-14N y carbono-13C (mezcla de 13C isótopo en el carbono natural &#8212 ; 1,107%), cuando se irradian con rayos gamma con una energía superior al valor umbral. Ej.

En el estado final de estas reacciones, los neutrones También se forman (n) y protones (p). Valores umbral de energía para reacciones — Por ejemplo, =31 MeV para 14N(g,nn)12N, por ejemplo =24 MeV para 14N(g,pp)12B y por ejemplo =17 MeV para 13C(g,p)12B [8].

Los isótopos resultantes 12B y 12N son beta-activos y durante el proceso de desintegración emiten electrones y positrones con una energía máxima de ~13 MeV y ~17 MeV, que, moviéndose en la materia, a su vez inducen cuantos gamma.

Estos cuantos gamma, junto con los electrones y positrones, constituyen productos de desintegración secundaria y pueden ser registrados por un detector.

La elección de las reacciones anteriores como referencia garantiza una alta selectividad del método de detección de explosivos, porque Al irradiar cualquier otro elemento químico con un haz gamma con una energía inferior a 100 MeV, no se forman otros isótopos con una vida media en el rango de 1 a 100 ms.

En consecuencia , si el objeto que se examina se irradia con una radiación de pulso gamma con energía de cuantos gamma por encima de los valores umbral, por ejemplo, en el intervalo de tiempo posterior 1 — 20 ms, responderá, si hay en él una concentración suficiente de átomos de nitrógeno y/o carbono, con un flujo de partículas secundarias provenientes de la desintegración de los isótopos 12B y 12N, en caso contrario este flujo está ausente.

Por lo tanto, si enciende el detector de radiación secundario para su registro precisamente durante este período de tiempo, es posible obtener una señal de alto contraste que indica la presencia de nitrógeno y/o carbono.

El corto tiempo de exposición requerido para la detección VT (20 ms) garantiza un alto rendimiento del método.

El procedimiento de búsqueda de explosivos se puede repetir con una frecuencia de 50 Hz, desplazando el punto de irradiación del área estudiada en la cantidad requerida y así implementando el modo de examen de escaneo.

Otra ventaja La característica principal de la técnica descrita es que se utilizan rayos gamma con un alto poder de penetración como radiación de sondeo y como portador de la señal útil, lo que permite detectar explosivos en el suelo a una profundidad significativa.

De lo anterior se deduce que una característica de los isótopos 12B y 12N resultantes, como los cortos tiempos de desintegración, proporciona una oportunidad única para determinar la presencia de un explosivo oculto con alta confiabilidad (~100%) en un corto período de tiempo ( ~20 ms) en el modo de búsqueda de escaneo. El punto de irradiación del objeto del que se recibió la señal de respuesta indica las coordenadas del VOP.

3.2. Acelerando — Complejo de detección de explosivos

Las fuentes modernas de radiación gamma de alta energía son aceleradores de electrones. La generación de un haz de cuantos gamma se realiza de la siguiente manera.

El haz de electrones acelerados extraído del acelerador se dirige a una delgada placa objetivo de 1 mm hecha de material pesado (plomo, tungsteno, platino, tantalio, etc.), en la que, como resultado de Al frenar la radiación, aparece un haz gamma estrecho: cuantos, cuya dirección coincide con la dirección del haz de electrones. Al cambiar la dirección del haz de electrones inicial mediante un campo magnético, se pueden crear haces de barrido de rayos gamma.

La implementación práctica del método de activación gamma para la detección de explosivos está asociada con la creación del núcleo de la instalación — complejo de detección de acelerador (UDC) con parámetros que cumplen tanto con los requisitos de confiabilidad de la detección e identificación de sustancias peligrosas como con la posibilidad de su uso como parte de una instalación móvil.

UDC (Fig. 1) consta de tres componentes principales:

1. acelerador de electrones pulsados ​​compacto;
2. sistema de escaneo, convertidor gamma-cuántico y sistema de control de posición del haz;
3. detector de radiación secundaria de alta velocidad.

   Fig.1. Diagrama del complejo de aceleración-detección

   EP – cañón de electrones, MI – imán inyector,
   US – estructura de aceleración, M1 y M2 – 180 ° imanes de flexión,
   MV — imán de salida, L1 y L2 — lentes cuadrupolares,                 MP — imán giratorio, SK — imán de escaneo, MK — convertidor objetivo de rayos gamma, MIC — cámara de ionización de múltiples cables, D — detector de radiación secundaria.

Acelerador electrónico. Parámetros básicos del acelerador — la energía y la corriente de pulso de los electrones acelerados están determinadas por las características físicas de los procesos excitados.

Dado que la energía de los rayos gamma debe exceder los valores umbral de energía, por ejemplo, para reacciones fotonucleares excitadas, la energía de los electrones acelerados debe estar en el rango de 50-70 MeV. El valor de la corriente pulsada de los electrones acelerados es ~(40-50) mA en un pulso con una duración de 5-6 μs, lo que se debe a la intensidad requerida del haz de rayos gamma (~1012 rayos gamma/pulso), suficiente para producir la cantidad de 12B y los isótopos necesarios para una detección confiable de 12N a partir de la exposición a un pulso de radiación gamma.

La elección del tipo de acelerador utilizado como fuente de radiación gamma es de fundamental importancia para el uso práctico del método en instalaciones móviles. Dados sus parámetros físicos únicos, el acelerador debe ser confiable y tener características peso-dimensionales y consumo de energía aceptables para su instalación en medios móviles.

El único tipo de acelerador posible para estos fines es un acelerador de electrones especializado — microtrón dividido (RAM), cuyo principio de funcionamiento se basa en el uso de un esquema de aceleración progresiva de partículas, implementado por primera vez en el país en el Instituto de Física que lleva su nombre. P. N. Lebedev RAS [9].

El acelerador electrónico especializado RAM ha concentrado los últimos logros en el campo de las altas tecnologías, incluidas las tecnologías de microondas y aceleradores, y sus principales características se muestran en la tabla 1 .

Tabla 1. Características técnicas del acelerador RAM

.Un microtrón dividido tiene una serie de ventajas en comparación con un acelerador lineal tradicional, las más importantes de las cuales son las siguientes:

• el paso múltiple del haz a través de la estructura aceleradora asegura un aumento en la eficiencia electrónica del acelerador, que permite, a una determinada potencia de microondas, — aumentar la corriente del haz acelerado y aumentar así la intensidad de la radiación bremsstrahlung de la instalación;
• la longitud longitudinal se reducen el tamaño total del acelerador y su peso;
• se mejoran las características electrónópticas del haz acelerado.

El sistema de escaneo, control de posición del haz y convertidor gamma-cuantos combina dispositivos de formación de haces gamma en un solo unidad estructural y consta de un haz de electrones de trayectoria de transporte, un imán de escaneo, un convertidor de cuantos g y un monitor de posición del haz gamma de escaneo.

El sistema está rodeado de protección contra la radiación local.

La trayectoria de transporte del haz forma un punto de irradiación en la superficie del convertidor objetivo y, mediante un imán giratorio, gira el haz de electrones en la dirección de la superficie examinada. El imán de escaneo está diseñado para cambiar dinámicamente la dirección del haz de electrones con el fin de irradiar paso a paso el área examinada.

El campo magnético de este imán establece la dirección del haz de electrones hacia el objetivo del convertidor, donde el haz de electrones se convierte en un haz de rayos gamma bremsstrahlung dirigido a lo largo del eje del haz de electrones desviado.

La posición del haz gamma de escaneo se controla según los datos del monitor del haz — cámara de ionización bidimensional de cables múltiples ubicada detrás del objetivo del convertidor.

El sistema de escaneo proporciona un movimiento secuencial (línea por línea) del haz a través del área examinada con un paso mínimo de 5 cm a una velocidad de desplazamiento de 1 paso por pulso del acelerador (con una frecuencia de 50 Hz). La precisión de fijar la posición del haz en el objeto — ± 1 cm con un diámetro de la zona de irradiación en la superficie del suelo de 5 cm.

El detector de radiación secundaria está diseñado para registrar productos de desintegración de los isótopos 12B y 12N.

Si el VOP está ubicado en la superficie de la tierra o a poca profundidad, el detector detecta principalmente electrones y positrones.

Si el VOP se encuentra a gran profundidad, entonces el detector registra cuantos gamma generados por el movimiento de electrones de desintegración y positrones en el suelo.

El detector consta de un conjunto de centelleadores y #8212; Materiales ópticos especiales que emiten un breve destello de luz cuando una partícula elemental pasa a través de ellos.

El destello de luz se convierte en una breve señal eléctrica mediante fotomultiplicadores que escanean el volumen sensible del detector. .

El detector se coloca encima de la zona de irradiación. La lógica electrónica del detector le permite registrar y separar simultáneamente señales de partículas cargadas y rayos gamma y medir los tiempos de desintegración de los isótopos formados.

El funcionamiento de todos los dispositivos UDC está garantizado por un sistema de control automatizado, que permite controlar y monitorear sincrónicamente los modos del acelerador electrónico RAM, controlar el sistema de escaneo, recopilar y procesar datos del detector, proporcionar información sobre la dinámica del el progreso del trabajo en la consola del operador, acumular los resultados del trabajo realizado en la base de datos y garantizar el funcionamiento del UDC en situaciones anormales y de emergencia.

4. Complejo móvil robótico para desminado humanitario

Los avances logrados hasta la fecha en el desarrollo del método de activación gamma para la detección de explosivos y el nivel de desarrollo de la ingeniería han permitido desplazarse a la implementación práctica del método y al desarrollo en su base de datos de instalaciones altamente efectivas para la búsqueda de materiales peligrosos con fines de desminado humanitario.

El método de activación gamma y los parámetros de un complejo especializado de detección de aceleradores garantizan la detección de explosivos con una masa de carga de 125 g a una profundidad de 20 cm y una masa de 500 g a una profundidad de 40 cm Probabilidad de detección con una sola exposición al haz gamma no inferior al 99,6%. Al mismo tiempo, la radiactividad residual de la zona desaparece por completo unos minutos después de la irradiación.

Además, los sistemas de búsqueda de médicos de cabecera basados ​​en el método de activación gamma tienen una serie de ventajas adicionales.

Entre ellas se incluyen principalmente:

1. Capacidad para detectar explosivos en cualquier paquete.
2. Alta selectividad. La instalación reacciona únicamente ante la presencia de sustancias con un alto contenido de carbono y nitrógeno, que forman la base de los explosivos modernos. Los métodos de procesamiento de señales y los correspondientes modos de irradiación permiten detectar y distinguir sustancias en función de su contenido de carbono y/o nitrógeno. La mezcla de estos elementos es característica únicamente de los explosivos. La unidad no es sensible a otros elementos químicos. Esta es la base fundamental para una alta inmunidad al ruido.
3. Alto rendimiento del sistema. Los parámetros del acelerador y la técnica de identificación permiten obtener y procesar información del volumen controlado en un tiempo no superior a 20 ms, lo que permite realizar exámenes de escaneo a una velocidad de 50 puntos por segundo.
4. La capacidad de obtener una imagen del contorno de un objeto que contiene explosivos escaneando la superficie que se examina.
5. La capacidad de buscar explosivos en áreas cubiertas de vegetación arbustiva, ya que la distancia entre la superficie que se examina y el detector de radiación secundario puede estar a 1,5-2 metros.
>

El complejo que se está desarrollando no tiene análogos en el mundo y es un sistema robótico móvil de alta tecnología creado sobre la base de los últimos logros en el campo de la física de energías medias y altas, la tecnología de aceleradores y microondas, la robótica, la ingeniería mecánica, la electrónica nuclear, automatización, telecontrol y altas tecnologías de la información.

5. Máquina robótica para buscar y detectar médicos de cabecera

El complejo robótico móvil consta de una máquina robótica para buscar y detectar médicos de cabecera (RMP) y una cabina de control remoto (RCC). En la Fig. 2 se muestra una variante del diseño RMP en un chasis con orugas autopropulsado.

El sistema de búsqueda y detección VOP de tipo modular se desarrolla sobre la base de un chasis con orugas de base multipropósito producido en serie, que tiene reservas significativas para la mejora gradual tanto de los componentes individuales como del sistema en su conjunto y está diseñado para funcionar en diversas condiciones climáticas, desde el extremo norte hasta los trópicos del sur.

Fig.2.  Disposición del RMP en un chasis con orugas autopropulsado

1 – detector de radiación secundaria,
2 – contenedor con equipo,
3 – unidad emisora ​​gamma,
4 – fuente de alimentación primaria,
5 – grúa manipuladora tecnológica,
6 – sistema de refrigeración por agua.

La oruga básica autopropulsada El chasis se está modificando para proporcionar control remoto de sus componentes principales durante la operación.

El chasis básico, equipado con un motor multicombustible de doce cilindros refrigerado por líquido, combina potencia y eficiencia en diversas condiciones climáticas.

La transmisión hidromecánica con mecanismo de dirección hidrostática garantiza que el RMP se mueve hacia adelante y hacia atrás en cuatro marchas, girando y girando continuamente la máquina en el lugar, lo cual es una condición muy importante para el control remoto del movimiento de RMP.

El perfecto diseño del chasis con amortiguadores hidráulicos refrigerados por líquido garantiza una excelente capacidad de cross-country y una marcha muy suave.

La presión específica media sobre el suelo no supera los 0,8 kg por cm2. La capacidad de carga del chasis base es de 11,5 toneladas.

Para crear los volúmenes necesarios en la carcasa para acomodar el acelerador electrónico RAM, la fuente de microondas — energía, sistema de suministro de energía de alto voltaje, equipo de control electrónico para el UDC y equipo receptor para el complejo de control remoto (RCC), la carrocería del chasis base está equipada con una cabina blindada (contenedor) para proteger contra daños el equipo colocado en él. en caso de explosiones accidentales de la fuente de alimentación explosiva.

Dentro de la cabina blindada (contenedor), el sistema de control climático mantiene las condiciones especificadas de temperatura y humedad para garantizar el funcionamiento estable del UDC .

En la parte frontal del chasis base se encuentra una unidad de sistema de escaneo con un convertidor y un monitor de dirección del haz gamma, rodeada por un sistema de protección radiológica local, así como un sistema para marcar el pasaje explorado y el área con potencial explosivo detectado.

Los contenedores con detectores de centelleo se colocan delante del morro del chasis base, lo que permite una búsqueda sin obstáculos de explosivos no solo en áreas abiertas, sino también en lugares de difícil acceso. en zonas cubiertas de vegetación arbustiva.

En la parte trasera del chasis base se instala una estación de suministro de energía del tipo GTD-80 kW y generadores de 20 y 50 kW, así como un sistema de refrigeración por agua UDC y un sistema de refrigeración por eyección. sistema con una eliminación de calor de aproximadamente 4.000.000 kcal/hora.

En el lado derecho de la cabina blindada (contenedor) está instalada una grúa-manipulador tecnológico.

En la proa del chasis base hay un sistema de visualización de la zona de trabajo.

En la parte trasera de la cabina blindada hay un sistema de radiocontrol y comunicación, un canal de control e información de telecomunicaciones y equipo de navegación.

Además, la cabina blindada está equipada con un sistema contra incendios. sistema de extinción que funciona en modo automático y manual.

El equipo de navegación proporciona una referencia de tiempo de coordenadas continua, de alta precisión y en todo tipo de clima del RMP en el terreno.

El equipo de navegación incluye un conjunto de equipos de navegación de usuario (UNA) del Sistema de Navegación Global (GNSS) «Glonass — GPS Navstar», equipos del sistema de navegación inercial (INS) y un sistema de antena para recibir señales de vehículos de navegación espacial.

En el modo integrado, el INS proporciona generación autónoma de información de navegación en caso de una interrupción breve en la recepción de información de GNSS «Glonass — GPS Nave espacial Navstar».

Si es necesario, se puede instalar un sistema en el RMP para eliminar los VOP en el lugar de su detección. En este caso, el RMP está equipado adicionalmente con una pantalla móvil que protege los contenedores con detectores de centelleo y el equipo de la parte delantera del chasis base de los efectos de ondas explosivas y fragmentos.

Cabina de control remoto

La cabina de control remoto (RCC) está diseñada para el control automatizado de todos los dispositivos RMP y el procesamiento de los resultados de búsqueda del médico de cabecera.

La CDU incluye:

• Estación de trabajo UDC: una estación de trabajo automatizada (AWS) del operador de la UDC proporciona el control de la UDC, el sistema de escaneo electromagnético y los convertidores de bremsstrahlung, los detectores de radiación secundaria y el sistema para monitorear la posición del haz de rayos gamma. El puesto de trabajo del operador de control UDC está equipado con un sistema de visualización del espacio de trabajo;
• Estación de trabajo SPD: la estación de trabajo del operador del sistema de transmisión de datos (DTS) proporciona la recopilación y el procesamiento automatizados de información proveniente de detectores, monitorea el estado del RMP y sus sistemas, monitorea el suministro de energía y los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, monitorea la radiación. sistema de protección;
• Estación de trabajo (UDBS): estación de trabajo del operador para controlar el movimiento del chasis base del RMP, la pantalla móvil, la detonación remota de los puntos explosivos detectados, el sistema de extinción de incendios del RMP;
• Estación de trabajo (UDBS): estación de trabajo del operador para controlar el movimiento del chasis base del RMP; li>
• subsistema para documentar y registrar explosivos peligrosos detectados;
• subsistema de visualización;

li>

• complejo informático central;
• subsistema de telecomunicaciones y comunicaciones;
• subsistema de navegación y orientación;
• subsistema autónomo de suministro de energía;
• sistema general -amplia información y software especial.

La cabina de control está desarrollada sobre la base de un contenedor de volumen constante producido en serie del tipo KK2.1 con un soporte de transporte. capacidad de 3,7 toneladas, transportado por un vehículo Ural 4320-31

.El cuerpo del contenedor KK2.1 es un módulo reemplazable de volumen constante de una estructura de panel-marco, fabricado de aleación de duraluminio con relleno de espuma de poliuretano. El cuerpo del contenedor está equipado con modernos sistemas de soporte vital (aire acondicionado, calefacción, ventilación, iluminación), suministro de energía con protección automática contra descargas eléctricas y paneles de control para estos sistemas.

Al buscar un HOP, el RMP se mueve a baja velocidad y escanea una franja de 4 m de ancho frente a él en el suelo. La búsqueda se puede realizar de forma automática según un algoritmo seleccionado por el operador o de forma semiautomática. modo utilizando un sistema de visualización por televisión del área inspeccionada del suelo y controles manuales ubicados en los paneles de operación de las ubicaciones del operador.

Al recibir una señal sobre la presencia de un artefacto explosivo de alta presión, el RMP se detiene, las coordenadas del objeto detectado se registran en la base de datos del complejo sistema de documentación y se emite el mensaje correspondiente al operador, quien toma una decisión. sobre el método de neutralización de la carga.

En este caso, el punto de detección de la carga se marca en el suelo mediante una bandera y/o rociando un tinte en el suelo.

Dependiendo de la tecnología de desminado adoptada, el objeto con explosivos se retira con un manipulador especial y luego se evacua, o la carga se elimina en el sitio, o se lleva a cabo la operación para neutralizar la mina. manualmente.

También son posibles otras opciones para marcar y neutralizar las cargas detectadas. Una tripulación de tres personas puede controlar el funcionamiento de este complejo.

El complejo permite procesar una gran área de territorio minado con una única referencia topográfica de la cabina de control.

Límites potenciales Las zonas de remoción de minas con un terreno tranquilo están limitadas principalmente por el alcance del canal de información, es decir. varios kilómetros.

El proceso de búsqueda de objetos con explosivos se caracteriza por un alto nivel de seguridad y no requiere medidas especiales de protección radiológica para la cabina de control debido a la lejanía de la zona de reconocimiento.

Las principales características técnicas del complejo se dan en la tabla 2.

Tabla 2. Principales características técnicas del complejo móvil para la detección de médicos de cabecera.

Nuestras evaluaciones de parámetros técnicos y económicos muestran que el complejo es capaz de limpiar hasta 1 hectárea de minas en un día laborable.

Esto significa que el método implementado para llevar a cabo el trabajo de desminado humanitario es 250 veces más efectivo que el tradicional — manual.

El complejo presentado garantiza un alto nivel de seguridad en la realización de trabajos de remoción de minas utilizando tecnología no tripulada, cumple con los requisitos de la Norma de la ONU para tales sistemas y aumenta la velocidad de la asistencia humanitaria. trabajos de desminado cientos de veces.

El uso del complejo es especialmente efectivo cuando se limpian grandes áreas, como tierras agrícolas.

Conclusión

Los autores expresan su profundo agradecimiento por la atención y el apoyo del trabajo a los diputados de la III Duma Estatal de la Federación Rusa A.G. Arbatov, M.I. Vasiliev y A.A Kokoshin.
Expresamos nuestro profundo agradecimiento al Académico de la Academia de Ciencias de Rusia O.N. Krokhin y al Profesor A.N Lebedev por su constante atención, apoyo y asistencia en su trabajo.
Aprovechamos esta oportunidad para expresar también un agradecimiento especial por sus útiles consejos y ayuda en el trabajo a V.E. Yarynich y A.N Yakovlev.

LITERATURA

1. Serdtsev N.I., Averchenko A.M., Pakhomov V.P. y otros. Desminado humanitario: estado, tareas y formas de resolverlos. //Estabilidad estratégica — 2000, — No. 2, — P. 33-40.
2. Estándares internacionales para operaciones de desminado humanitario. . ONU-1996.-75p.
3. Claudio Bruschini (EPFL-LAMI), Karin De Bruyn (VUB-ETRO), Hichem Sahli (VUB-ETRO), Jan Cornelis (VUB-ETRO). Estudio sobre el estado del arte en la UE relacionado con la tecnología, los productos y la práctica del desminado humanitario EUDEM: La UE en el DEMining humanitario, Informe final. Web: http://diepfl.ch/lami/detec/eudem/eudemfinal.pdf
4. Claudio Bruschini. “Sistemas comerciales para la detección directa de explosivos (para tareas de eliminación de artefactos explosivos)” ExploStudy, Informe final. 17/2/2001. Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) & Vrije Universiteit Brussel (VUB). Web: http://diepfl.ch/lami/detec/
5. Web: http://ippnw.ru/rus/ippnw_r/landmine/icbl/links.html
6. Web : rheinmetall-ls.de
7. Pisando una delgada línea en la detección y remoción de minas.//Janes International Defense Review.-1997.-№11 P.30-37.
8. Trover W.P. , Nucl.Instrum&Meth., B79 (1993) 589
9. Belovintsev K.A., Bukin A.I., Gaskevich E.B., Karev A.I. en todo. El complejo de radiación para la investigación fundamental //Cuarto Congreso Europeo sobre Aceleradores de Partículas. EPAC 94. Londres, 27-30 de junio de 94, p.861.

Revista “High Technologies”, M, 2001.