Робототехнические технологии для минимизации последствий аварий и катастроф на критически важных объектах

В стратегии национальной безопасности, которая изложена в Указе Президента РФ от 31 декабря 2015 г. № 683 "О Стратегии национальной безопасности Российской Федерации", сформированы стратегические национальные приоритеты, одним из которых на уровне обороны страны является государственная и общественная безопасность. К основным угрозам государственной и общественной безопасности относятся стихийные бедствия, аварии и катастрофы, связанные в том числе с глобальными изменениями климата.

Последствия таких чрезвычайных ситуаций могут значительно возрасти при нарушении нормальных условий функционирования ряда объектов экономики. Для того чтобы систематизировать объекты, на которых нужно сосредоточить особое внимание с точки зрения государственной и общественной безопасности, была разработана методика отнесения объектов к критически важным. Как правило, они защищаются специальным подразделением Федеральной противопожарной службы МЧС России. Именно о таких объектах и пойдет речь далее.

Ликвидация аварий и их последствий на критически важных объектах

Когда на критически важном объекте происходит авария (или катастрофа), запускаются в работу план ее ликвидации и используются соответствующие технические решения, включая робототехнические комплексы (РТК). Самыми сложными объектами ликвидации аварий считаются ядерно и радиационно опасные объекты экономики (рис. 1).

Рис. 1. Аварии на критически важных объектах

Первое массовое применение робототехники на Чернобыльской АЭС (рис. 2) показало ее высокую эффективность при правильной ее эксплуатации и оперативно принятых верных решений. В 1997 г. в Арзамасе-16 произошла менее серьезная по масштабам авария, но она также потребовала принятия решений по применению робототехники (по опыту ликвидации аварии на ЧАЭС).

Рис. 2. Применение робототехники для ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС (СССР, 1986 г.)

1997 г., по сути, стал "точкой отсчета" в системе МЧС, когда начала развиваться робототехника специального назначения, предназначенная для ликвидации последствий ЧС. С тех пор изменилось только ее технологическое оснащение, сам принцип применения остался тот же.

Указом Президента РФ от 16 декабря 2015 г. № 623 "О Национальном центре развития технологий и базовых элементов робототехники" робототехника была признана в России одним из приоритетных направлений развития науки и технологий наравне с безопасностью, противодействием терроризму и т.д.

В 2016 г. приказом МЧС России № 39 за ФГБУ ВНИИПО МЧС России была закреплена роль головного учреждения, отвечающего за стратегию развития робототехники, ее внедрения и применения в системе МЧС.

Технологии ликвидации аварий и их последствий на потенциально опасных объектах

Минимизация ущерба критически важным объектам от последствий аварий и катастроф – это комплексная организационно-техническая задача, направленная на эффективное реагирование в ходе проведения аварийно-спасательных и других неотложных работ (АСДНР). Основными показателями эффективности являются:

• максимальное снижение риска травмирования (гибели) личного состава ликвидаторов при проведении АСДНР;
• оперативное, своевременное и правильное принятие решений на АСДНР (по организации работ, выделению необходимого и достаточного количества сил и средств, материальных ресурсов и т.д.);
• снижение общего времени ликвидации аварий и катастроф за счет применения современных аварийно-спасательных технологий, техники и оборудования, материальных средств и т.д.

В основе современных и перспективных аварийно-спасательных технологий лежат базовые принципы Индустрии 4.0, а именно технология создания "цифровых близнецов" (Digital Twins).

Рис. 3. Применение робототехники для ликвидации последствий аварии на АЭС "Фукусима" (Япония, 2011 г.)

Моделирование аварийных ситуаций

На рис. 5 изображены действующий объект и его "двойник", расположенный на полигоне МЧС России, находящемся в Московской области, и представляет собой разрушенный цех химического предприятия. На территории полигона созданы, отработаны и представлены различные проектные решения, использующиеся сегодня в сфере электроэнергетики, метрополитена, нефтегазового сектора и т.д.

Рис. 4. Арсенал Минобороны России (2011 г.)

Рис. 5. Полигон в Московской области для отработки технологий (сверху – реальное предприятие, внизу слева – полный 3D-план, внизу справа – версия, полученная с помощью лазерного сканера)

Главная особенность и преимущество способа моделирования аварийных ситуаций при получении достоверной и реалистичной 3D-модели защищаемого КВО – применение не только графических систем САПР, но и технологий физической съемки лазерным сканером. С помощью лазерного сканера можно снять реальную обстановку, чтобы затем на "двойнике" объекта отрабатывать различные тактические приемы в комплексе с техническими решениями по проведению аварийно-спасательных работ и т.д.

3D-план цехов и самого предприятия, как правило, разрабатывается в процессе построения и ввода в эксплуатацию всего сооружения или объекта в целом. Например, на рис. 6 показан участок цеха, в котором произошла авария. В случае разрушения каких-либо конструкций туда не отправляются люди – достаточно применения лазерного сканера, который может работать на удалении до 1 км. "Снимок", полученный с места аварии, накладывается на имеющийся 3D-план, что позволяет:

• понять, какое именно оборудование на объекте попало в сектор аварии;
• принимать адекватные решения, не заходя в опасную зону аварии;
• смоделировать маршрут движения применяемых роботизированных аварийных средств.

Робототехнические комплексы не только оснащены специальным техническим оборудованием для аварийно-спасательных работ, но и доставляют в очаг поражения и развития ЧС датчики, с которых в режиме реального времени можно получать самую оперативную и достоверную информацию.

Рис. 6. 3D-план цехов помогает смоделировать маршрут движения применяемых роботизированных аварийных средств

Отработка на тренажерах

Моделирование аварийных ситуаций на первичном этапе целесообразно отрабатывать на тренажерах. При этом нужно понимать, что тренажер пульта управления должен соответствовать реальному пульту управления того робототехнического комплекса или системы, которые находятся на конкретном предприятии, а на полигоне уже отрабатывать практические нюансы, связанные с выполнением этих задач.

Самый главный показатель эффективности ликвидации аварии, при выполнении аварийно-спасательных работ, – это время. Чем короче время ликвидации ЧС, тем меньший ущерб будет нанесен объекту экономики (особо охраняемой территории).

Рис. 7. Апробация смоделированных аварийных ситуаций

Внедрение инновационных технологий

На территории филиала ФГБУ ВНИИПО МЧС России в Оренбурге возведен роботодром для проведения опытной эксплуатации и полигонных испытаний перспективных образцов РТК и специализированной пожарной и аварийно-спасательной техники.

Испытания робототехники проводятся на следующих объектах полигона: n резервуарный парк с резервуарами определенных типоразмеров; n газонефтяная технологическая площадка; n объекты малотоннажного хранения СПГ.

Рис. 8. Филиал ФГБУ ВНИИПО МЧС России в Оренбурге

Создание центра огневой подготовки и аттестации пожарных и аварийно-спасательных формирований различных категорий, соответствующего требованиям международной классификации, – ближайшая задача. Одно из основных направлений работы филиала на данный момент – аккредитация полигонной базы в ведущих международных центрах противопожарной защиты как площадки для исследования и оценки средств и способов борьбы с пожарами.

Иллюстрации предоставлены автором.

Опубликовано в каталоге "Пожарная безопасность" -2021

Иллюстрация к статье сгенерирована нейросетью Kandinsky