Мобильные роботы специального назначения

Мобильные роботы специального назначения применяются при проведении взрывотехнических работ и антитеррористических операций, а также при охране важных объектов.

При этом применение роботов возможно для решения следующих тактических задач [8]:

– при проведении взрывотехнических работ:

1) поиск и диагностика взрывных устройств;

2) уничтожение или эвакуация взрывных устройств;

3) расснаряжение или обезвреживание взрывных устройств;

4) проведение химической и радиационной разведки объектов и территорий;

– при проведении антитеррористических операций:

1) постановка радиоэлектронных помех, дымовых и специальных завес;

2) доставка и применение спецсредств нелетального действия;

3) скрытое проникновение на захваченные и охраняемые объекты;

4) ведение радиоэлектронной аудио- и видеоразведки объектов и территорий;

5) разрушение преград (двери, стены);

6) ведение отвлекающего огня, выявление огневых точек противника;

– при охране объектов:

1) патрулирование территории или периметра объекта;

2) пресечение попыток проникновения на объект;

3) нейтрализация нарушителей.

Указанные операции проводятся на разных объектах и в разнообразных условиях:

– на объектах общественного транспорта (городской транспорт, железнодорожный, авиационный, морской, автомобильный);

– в местах проживания и жизнедеятельности людей (квартиры, дома, офисы и др.);

– на промышленных объектах (объекты химической промышленности, ядерного технологического цикла и пр.);

– на объектах городской инфраструктуры (канализация, теплостанции, водопровод и т.п.);

– на открытой местности, на сильно пересеченной местности, в лесах и т.д.

Специфика операций, условия эксплуатации и функциональное назначение мобильного робота определяют его конструктивные особенности, степень сложности системы управления, массогабаритные характеристики и состав специального оборудования.

К мобильному роботу предъявляются следующие общие требования:

– робот должен иметь высокие подвижность и проходимость в городских условиях, внутри зданий и сооружений, в зонах разрушений, на пересеченной местности, как на твердых гладких покрытиях, так и на деформируемых грунтовых основаниях;

– робот должен надежно действовать как в неподготовленных естественных условиях, так и в среде, специально приспособленной для обитания человека (внутри домов, в транспортных коммуникациях), вписываться в городские транспортные потоки или двигаться в составе транспортных колонн;

– конструкция робота должна обеспечивать его высокую мобильность и быстрое развертывание при выполнении спецопераций.

Для выполнения вышеуказанных задач спецподразделения имеют следующие основные группы мобильных роботов:

– мобильный робототехнический комплекс (МРК) - универсальные наземные роботы, предназначенные для действий на объектах транспорта, промышленности, городской инфраструктуры и т.д., на открытой слабопересеченной местности;

– малогабаритный дистанционно пилотируемый летательный аппарат (МДПЛА) – воздушный робот для проведения разведки на открытой местности, сильно пересеченной местности, в горах, в городе;

– специальные робототехнические комплексы – роботы, способные перемещаться по вертикальным и наклонным поверхностям промышленных объектов и транспортных средств, а также в трубопроводах и узких местах.

Мобильные робототехнические комплексы применяются при:

– боевом обеспечении спецопераций (заградительный огонь, разведка боем, разрушение заграждений и т.п.);

– проведении разведки;

– проведении взрывотехнических работ (поиск, извлечение, транспортирование и обезвреживание или уничтожение взрывоопасных предметов и неразорвавшихся боеприпасов);

– обеспечении безопасности важных объектов.

По массе (и, следовательно, мобильности) и основному назначению МРК можно разделить на 4 группы:

– сверхлегкие, массой до 35 кг (рис. 1.2);

– легкие, массой до 150 кг;

– средние, массой до 800 кг;

– тяжелые, массой свыше 800 кг.

Мобильный робот МРК-01 предназначен для проведения инспекционных проверок, поиска и уничтожения взрывоопасных предметов, имеет массу 20 кг, поэтому относится к классу сверхлегких МРК. Он имеет следующие технические характеристики: габаритные размеры – 0,57´0,48´0,21 м; скорость передвижения – 0–2,5 км/ч; трансмиссия – электромеханическая; движитель – колесный.

В мировой практике наибольшее развитие получили сверхлегкие, легкие и робототехнические комплексы первых трех групп. Это обусловлено их маневренностью, возможной быстрой технической адаптацией к конкретному виду проводимой операции или выполняемых работ, а также относительно небольшими материальными и экономическими затратами на их производство и эксплуатацию. Основное назначение этих роботов – охрана помещений важных объектов, борьба с террористическими акциями, поиск и обезвреживание взрывоопасных предметов.

Изначально заложенный в конструкцию большинства роботов модульный принцип позволяет создавать многофункциональные комплексы, используя единую транспортную систему в качестве базовой и формируя рабочую систему при установке сменного вооружения или рабочего оборудования и требуемой системы управления.

Для роботов массой до 800 кг разрабатываются оригинальные специализированные транспортные модули. Так робот МРК-25, показанный на рисунке 1.2, имеет конвертируемую ходовую часть. Складывание гусеничного обвода дает возможность роботу маневрировать в стесненных условиях (например, разворачиваться на лестничных площадках) и обеспечивает перевозку робота в джипе или микроавтобусе. Этот робот имеет массу 186 кг; габаритные размеры – 0,95´0,65´0,9 м; скорость передвижения – 0–1,1 км/ч; радиус действия – 100 м; грузоподъемность манипулятора – 12 кг; усилие захватывания захватного устройства – 200 Н.

Рисунок 1.2 – Мобильный робототехнический комплекс МРК-25 (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Более тяжелые робототехнические системы используют в качестве базовых шасси серийно выпускаемые образцы военной и гражданской транспортной техники. Робот ETODS (США, ОАО) выполнен на базе погрузчика типа “Bobcat” (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 – Транспортное средство роботизированной системы разминирования ETODS

Конструктивно универсальные мобильные роботы представляют собой малогабаритные самоходные средства, оснащаемые разведывательной аппаратурой, набором сменного рабочего оборудования и инструмента [9]. Рассчитаны на дистанционное управление оператором, ведущим наблюдение непосредственно или с помощью телевизионной камеры. В состав установленных на роботах комплексов приборов и оборудования входят:

– телевизионная аппаратура (на современных образцах, как правило, цветного изображения), включающая телевизионные камеры (до четырех единиц) и портативные мониторы, по которым оператор ведет наблюдение за местностью и управляет работой машины;

– осветительные средства (прожекторы) для подсветки при действиях в темное время суток и низких уровнях освещенности;

– манипуляторы для захвата, перемещения и транспортирования объектов;

– портативная рентгеновская аппаратура для обследования на месте обнаруживаемого объекта и определения степени его опасности;

– оборудование для уничтожения на месте взрывоопасных предметов (наибольшее распространение получили гидродинамические разрушители, используемые для уничтожения самодельных взрывных устройств в неметаллических оболочках, ацетиленовые горелки для сжигания неметаллических мин и гладкоствольные ружья для стрельбы тяжелыми пулями-болванками);

– набор инструмента для разборки, отделения или вывода из строя отдельных компонентов обнаруженного боеприпаса в целях его нейтрализации;

– набор стетоскопов для прослушивания работы часовых механизмов взрывателей замедленного действия, а также зеркал для обследования отдельных компонентов подозрительного объекта, расположенных в труднодоступных местах.

Сами машины выполняются на шасси из алюминиевых сплавов и легированной стали с колесной, гусеничной или сменной (быстро заменяемой с колесной на гусеничную и обратно) ходовой частью. На шасси смонтирован полноповоротный (как правило) манипулятор, приспособленный для установки сменного рабочего оборудования, аппаратуры или инструмента. В качестве энергетической установки чаще всего служат электрические аккумуляторы, их емкости обычно достаточно для работы в течение нескольких часов, однако возможно применение двигателя внутреннего сгорания или питание от внешнего источника электроэнергии. При использовании аккумуляторов привод ходовой части машины и рабочего оборудования обычно электромеханический, а двигателя внутреннего сгорания – гидравлический. Дистанционное управление работой машин осуществляется по радио (на дальности до 4000 м), по волоконно-оптической линии связи (на расстоянии до 400 м), либо по кабелю (на расстоянии до 100 м).

Малые масса и габариты дистанционно управляемых машин допускают их перевозку к месту выполнения работ легкими транспортными средствами, а их выгрузка и погрузка производятся по легким аппарелям своим ходом. Низкое расположение центра тяжести и наличие легких гусениц позволяют машине преодолевать крутые подъемы и спуски, в том числе лестничные марши, проникать в небольшие помещения и работать на весьма ограниченной площади.

Малогабаритные дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА) появились в начале 80-х годов [10]. Это был новый класс беспилотных разведчиков. Пионерами в этой области стали израильтяне, первыми создавшие и с большим успехом применившие миниДПЛА в ходе боев с Сирией в долине р. Бекаа (Южный Ливан) в 1982 г. Вслед за Израилем к работам в этом направлении приступили СССР, США, Великобритания, Франция, Италия, Канада, Китай, Ирак и другие страны, как обладающие развитой авиапромышленностью, так и имеющие лишь авиаремонтную базу.

ДПЛА способны:

– вести воздушную визуальную разведку местности;

– вести радиационную, химическую и бактериологическую разведку;

– обеспечивать ретрансляцию радиосигналов;

– поражать цели, доставлять к цели специальные технические средства.

В настоящее время отсутствует единая и четкая классификация ДПЛА. В частности, принято подразделять беспилотные аппараты по различным признакам:

– в зависимости от применяемой системы управления – на совершающие полет по программе или по радиокомандам (последние часто называются дистанционно пилотируемыми, или телеуправляемыми). Считается, что дальность действия ДПЛА с радиокомандной системой наведения значительно меньше, чем у аппаратов, совершающих полет по программе, поскольку управление ведется, как правило, в УКВ диапазоне и определяется дальностью прямой видимости;

– по стартовому (взлетному) весу и размерам – на малоразмерные (иногда их еще называют миниатюрными), среднеразмерные и крупноразмерные. Судя по сообщениям иностранной прессы, сейчас основные усилия западные специалисты направляют на создание малоразмерных ДПЛА, сравнимых по своим весовым и габаритным характеристикам с радиоуправляемыми моделями самолетов и вертолетов;

– по выполняемым задачам – на разведывательные, радиоэлектронной борьбы и многоцелевые;

– по типу – ДПЛА самолетного типа; вертолетного типа и автожиры; подъемно-привязные системы; газонаполненные аппараты (дирижабли и аэростаты).

В состав воздушных робототехнических средств входят дистанционно пилотируемые летательные аппараты (ДПЛА), несколько транспортных средств, обеспечивающих старт, обслуживание и управление.

В качестве силовой установки на ДПЛА применяются авиационные поршневые или турбореактивные двигатели, а для обеспечения их старта (взлета) с земли – пороховые сбрасываемые ускорители. Возвращающиеся с задания беспилотные аппараты спускаются на парашюте или подхватываются в конце глиссады снижения специальной сетью, иногда они производят посадку с помощью шасси.

Состав бортовой аппаратуры определяется главным образом возлагаемыми на ДПЛА задачами: на разведывательных используются аэрофотоаппараты (АФА), телевизионные камеры, инфракрасные (ИК) станции, аппаратура радиотехнической разведки. Аппараты могут нести на борту станции постановки активных помех, устройства выбрасывания противорадиолокационных отражателей и т.д.

В последние годы во многих странах повысился интерес к малогабаритным ДПЛА, обладающим вертикальным взлетом и посадкой. выполненным по вертолетной схеме (рис. 1.4). Подобные МДПЛА характеризуются существенно малой массой (до 50 кг) и габаритами, что позволяет осуществлять их перевозку неспециализированным транспортом и быстрое развертывание на месте применения.

Круг задач, решаемых МДПЛА вертолетного типа, весьма обширен:

– визуальный и технический контроль обширных труднодоступных территорий;

– профилактический контроль местности и объектов;

– поиск людей и объектов;

– доставка медикаментов и грузов.

Рисунок 1.4 – Дистанционно управляемый вертолет

С середины 90-х гг. в США ведутся разработки миниатюрных летательных аппаратов - микроДПЛА (рис. 1.5).

Рисунок 1.5 – МикроДПЛА (AeroVironment Inc., США)

МикроДПЛА представляют собой дистанционно пилотируемых устройства с габаритами не более 15 см, дальностью полета около 10 км, скоростью 10-20 м/с и временем полета до 1 ч.

В качестве полезной нагрузки используются миниатюрные цифровые камеры, датчики, специальные технические средства.

Боевые роботы

Боевой мобильный робот (или военный робот) - автоматическое устройство, заменяющее человека в боевых ситуациях для сохранения человеческой жизни или для работы в условиях несовместимых с возможностями человека в военных целях: разведка, боевые действия, разминирование и т.п.

Боевыми роботами являются не только автоматические устройства с антропоморфным действием, которые частично или полностью заменяют человека, но и действующие в воздушной и водной среде, не являющейся средой обитания человека (авиационные беспилотные с дистанционным управлением, подводные аппараты и надводные корабли). Устройство может быть электромеханическим, пневматическим, гидравлическим или комбинированным.

В настоящее время большинство боевых роботов являются устройствами телеприсутствия, и лишь немногие модели имеют возможность выполнять некоторые задачи автономно, без вмешательства оператора [11].

Существуют следующие виды боевых роботов:

– воздушные (БПЛА);

– мобильные робототехнические комплексы;

– морские (надводные или подводные).

В общем случае боевые БПЛА используются для ведения разведки, нанесения ударов по наземным целям, корректировки огня и т.д. Существуют следующие модели БПЛА: Ка-37; Ка-137; ПС-01 «Комар»; Шмель-1 – прототип беспилотного летательного аппарата Пчела-1Т; Пчела-1Т; ВР-2; ВР-3; Ту-123 «Ястреб» (ДБР-1) – cверхзвуковой дальний беспилотный разведчик; Ту-130; Ту-141 «Стриж»; Ту-143 «Рейс»; Ту-243 «Рейс-Д» – дозвуковой разведчик; Ту-300 «Коршун»; «Скат» – дозвуковой ударный; ZALA 421-08; Эльф-Д. Рассмотрим подробнее некоторые из боевых воздушных роботов.

БПЛА «Скат» (рис. 1.6) – разведывательный и ударный беспилотный летательный аппарат. Впервые был представлен на авиасалоне МАКС-2007 в качестве полноразмерного макета, предназначенного для отработки конструкторско-компоновочных решений.

Рисунок 1.6 – БПЛА «Скат»

Этот летательный аппарат выполняет ведение разведки, нанесение ударов по наземным целям авиабомбами и управляемыми ракетами Х-59, уничтожение радиолокационных систем ракетами Х-31.

ZALA 421-08 – сверхмалый беспилотный летательный аппарат. Этот робот предназначен для наблюдения, целеуказания, корректировки огня, оценки ущерба.

Весь комплекс состоит из системы управления и двух аппаратов. Полевая комплектация предусматривает компактный ручной электрогенератор для зарядки аккумуляторов. В качестве сменной полезной нагрузки в стандартном варианте на борту установлены две цветные камеры: одна смотрит вниз и вперёд, вторая поворотная по крену смотрит вниз-вбок. В качестве дополнительных полезных нагрузок выступает тепловизор и фотокамера. Маршрут БПЛА можно изменять в реальном времени. Если оператора интересует какой-то объект более подробно, он просто нажимает пальцем на сенсорный экран ноутбука, и выбирает например фигуру «круг влево» и ZALA 421-08, закладывая левый вираж, начинает делать «воронку», непрерывно удерживая цель в объективе бортовой камеры. Запускается ZALA 421-08 с рук. Метод посадки - автоматически с парашютом.

Следующий вид боевых роботов, которые необходимо рассмотреть – это мобильные робототехнические комплексы. Ознакомимся более подробно с некоторыми из моделей современных боевых МРК.

МРК Guardium (рис. 1.7) - беспилотный военный автомобиль. Создан израильской фирмой G-NIUS, принадлежащей израильским оборонным компаниям «Эльбит Маарахот» и «Таасия Авирит». Предназначен для патрулирования, сопровождения автоколонн, ведения разведки и охраны. Guardium построен на базе четырехколесного багги, обеспечивающего повышенную проходимость на пересеченной местности. Поступил на вооружение Армии обороны Израиля в начале 2009 года.

МРК Swords (сокращение от Special Weapons Observation Reconnaissance Detection Systems) – специальная боевая система наблюдения и разведки.

Создан компанией Фостер-Миллер TALON Робот. По утверждению производителя робот предназначен для действий в городе, способен предолевать песок, воду и снег (до 30,48 м глубины), а также осуществлять подъем по лестнице.

Рисунок 1.7 – Беспилотный военный автомобиль Guardium

Он рассчитан на 8,5 часов работы от батарей в нормальном эксплуатационном режиме - ожидания до 7 суток. Контролируется оператором на расстоянии до 1000 метров. Он весит около 45,36 кг или 27,22 кг в версии для разведки.

Есть целый ряд различных видов оружия, которые могут быть размещены на SWORDS: винтовки M16, 5,56-мм SAW M249, 7,62 мм пулемет M240, винтовки Барретт M82.50, шестиствольный 40-мм гранатомет или четырехствольный 66 мм M202A1 FLASH.