СПОСОБ ЭКСТРЕННОЙ ДОСТАВКИ СРЕДСТВ СПАСЕНИЯ ОБЪЕКТАМ СПАСЕНИЯ, ПОПАВШИМ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ И ТЕРПЯЩИМ БЕДСТВИЕ В УДАЛЕННЫХ БЕЗЛЮДНЫХ РАЙОНАХ ЗЕМНОГО ШАРА С НЕТОЧНО ИЗВЕСТНЫМИ КООРДИНАТАМИ И АЭРОБАЛЛИСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК A62B37/00 F42B15/00 

Предлагаемые способ и соответствующая система относятся к области спасательных средств и направлены на обеспечение самой быстрой и точной доставки средств спасения в районы, где люды (объекты) попали в катастрофическое положение, а указанные районы расположены на расстоянии многих сотен и тысяч километров от жизненных центров (океан, тундра, пустыня, тайга и т.п.). При этом координаты местонахождения людей (объектов) могут быть известны с малой точностью или вообще приближенно с точностью до района. Способ и система предназначены для решения задач спасения терпящих бедствие людей (объектов) и основаны на использовании современных научно-технических достижений. Системы такого рода служат высшим гуманным целям и базируются на парадигме бесцветности человеческой жизни.

Известные способы и системы доставки средств спасения основаны на использовании таких транспортных средств, как автомобили, корабли, вертолеты, самолеты и др. которые направляются в заданные районы по сигналам бедствия, передаваемые, например, такой спасательной системой, как КОСПАС-САРСАТ. При использовании этой системы с целью уменьшения возможных потерь при авариях на судне или самолете устанавливаются специальные передатчики, сигналы от которых принимаются спутниками. Координаты этих объектов, если они терпят бедствие, передаются на Землю, откуда и должна приходить помощь. Все эти транспортные средства неавтоматические, в район бедствия приводит их человек, безопасность которого в районе бедствия может быть далеко не гарантирована. За последние десятилетия известно значительное число крупных морских, авиационных, арктических катастроф и различных экстремальных ситуаций, когда над многими людьми нависала угроза жизни. Несмотря на подаваемые сигналы бедствия экстренной доставки помощи во многих случаях ждать не приходилось, так как районы бедствия часто находились вдалеке от транспортных инфраструктур, а использование традиционных транспортных средств, даже таких наиболее быстроходных, как самолеты, оказывалось уже бесполезным, так как время доставки средств спасения было намного большим, чем время выживания человека в экстремальных ситуациях. Примеров таких много, показательна в этом отношении, например, катастрофа с советской атомной подводной лодкой "Комсомолец".

Очевидно, что на основе традиционных транспортных средств нельзя считать реальным создание глобальной системы спасения, когда относительно тихоходные транспортные средства могли бы быть расположены по всему земному шару так часто, чтобы могли доставить средства спасения за меньшее время, чем время выживания людей в экстремальных условиях. Создание эффективной глобальной системы спасения на базе традиционных транспортных средств не может позволить себе не только ни одно государство, но даже и международное сообщество в целом.

Выходом из создавшегося положения может служить использование выдвигаемого предложения, в основе которого лежат научно-технические решения на базе самого быстроходного транспортного средства ракет. При этом время доставки средств спасения может быть уменьшено в 20 25 раз. Однако, было бы наивно считать, что средства спасения можно доставить с помощью ракет также, как доставляют заряды. Дело в том, что, с одной стороны, надо обеспечить торможение головной части и безопасный выброс средств спасения, а, с другой стороны, и это наиболее сложное дело точная доставка средств спасения, т.е. с точностью до единиц или первых десятков метров, а не с точностью сотен метров или даже единицы километров, что могут обеспечить традиционные ракеты. Дело усугубляется еще тем, что координаты места катастрофы бывают известны, как правило, неточно, с точностью до достаточно протяженного района. Доразведку местонахождения людей, терпящих бедствие, как хорошо известно специалистам, с борта головной части ракеты доразведать не представляется возможным, так как через горячую плазму ударного уплотнения и теплозащитный корпус получить внешнюю информацию, в том числе и измерить аномалии физических полей, создаваемых объектами катастрофы на фоне окружающей среды, или принять направляющие сигналы от радиодатчиков или ИК-источников по существу технически не реализуемо. Это с одной стороны. А с другой головная часть является слабоуправляемым и маломаневрируемым объектом. В основном по этим причинам в традиционном понимании нельзя использовать ракету дальнего действия для доставки средств спасения. Умозрительно систему доставки средств спасения можно было бы создать и на базе крылатых ракет. Но, если на основе дозвуковых крылатых ракет в принципе можно обеспечить высокую точность доставки, то малое время доставки обеспечить нельзя. Сверхзвуковые крылатые ракеты должны иметь теплозащитное покрытие и их аэродинамическая схема не позволяет осуществлять доразведку местоположения спасаемых людей (объектов) в районе бедствия, хотя время доставки может быть относительно мало.

Таким образом, на базе традиционных, даже ракетных средств, задача не решается. В связи с этим необходимы иные подходы и научно-технические решения.

В качестве аналога предложения выбраны операции и система доставки средств спасения на основе использования самолетов (Детяшов К.А. Сидорченко В.Ф. Безопасность на море: нормативно-правовые аспекты строительства и использования судовой техники. Справочник. Ленинград. Судостроение, 1988, 240 с.).

В качестве прототипов соответственно N 1 и N 2 выбраны научно-технические решения по доставке зарядов к целям с помощью баллитических и крылатых ракет (Проектирование и испытания баллистических ракет, М. Воениздат, 1970, 391с; Тумковский. Программа разработки крылатых ракет в США. Ин-т США и Канады АН СССР, 1980).

Целью настоящего изобретения является обеспечение малого времени доставки средств спасения для терпящих бедствие одновременно с обеспечением высокой точности доставки. При этом обеспечивается высокая точность доставки средств спасения к людям (объектам), координаты которых известны не точно, например, с точностью до района катастрофы.

Поставленная цель достигается на основе совокупного использования разнородных свойств баллистических и крылатых летательных аппаратов.

В соответствии с поставленной целью предлагается следующая схема доставки средств спасения. На фиг. 1 4 приведены основные элементы системы и схема доставки. При этом в силу по существу пионерской новизны предложения для его раскрытия автор вынужден описывать одновременно, а не в отрыве как способ, так и устройство, потому что невозможно описать способ, не раскрыв состав элементов и их связь, т.е. не назвав те элементы, на которые направлены операции, равно как невозможно описать устройство, не раскрыв назначение новых элементов и для выполнения каких операций они предназначены.

Это обстоятельство наряду с общей целью предложения обеспечивает единство изобретения, а автор вынужден представлять как способ, так и устройство, его реализующее, в единой связке как одно целое в одной заявке. Отметим, что одновременное представление способа и устройства в одной заявке хотя и не частое явление, но в сходных ситуациях мера вынужденная.

На фиг. 1 приведена предлагаемая схема доставки средств спасения, где приняты следующие обозначения: 1 ракета-носитель; 2 головная часть; 3 - участок перехода с баллистической траектории на траекторию горизонтального полета; 4 управляющий орган для перехода на горизонтальный полет; 5 - аппарат спасатель (АС); 6 траектория поиска; 7 люди (объекты), терпящие бедствие; 8 граница района бедствия; 9 фиктивная точка прицеливания, лежащая на подходе к району бедствия; 10 диаграмма направленности подсистемы коррекции системы АС.

На фиг. 2 приведена схема компоновки головной части, где: 1 органы управления по крену и на переходном участке; 2 теплозащитный корпус; 3 - пиротолкатель для вывода аппарата-спасателя, 4 аппарат-спасатель со сложенными крыльями и аэродинамическими рулями; 5 пиротолкатель для отделения днища; 6 днище.

На фиг.3 представлена схема аппарата-спасателя, где: 1 отсек двигательной установки; 2 аэродинамические рули; 3 отсек средств спасения; 4 несущие складывающиеся крылья; 5 отсек системы наведения, включающей инерциальную подсистему и подсистему коррекции движения АС по физическим полям Земли (по рельефу, по оптическим и радиолокационным картам и т.п.); 6 отсек средств доразведки; 7 воздухозаборник турбовентиляторного двигателя.

На фиг. 4 представлена схема системы наведения и доразведки района бедствия (с целью определения местоположения терпящих бедствие людей и объектов) где: 1 средства спасения; 2 система наведения (инерциональная подсистема и подсистема коррекции по физическим полям Земли); 3 - индикаторы-анализаторы; 4 пеленгаторы; 5 датчики аномалий физических полей, создаваемых терпящими бедствие людьми (объектами); 6 блок эталонной информации об аномалиях; 7 блок опознавания объектов спасения; 8 блок определения местоположения спасаемых объектов и принятия решения на отделение спасаемых средств; 9 устройство отделения средств спасения.

Предлагаемая аэробаллистическая система доставки средств спасения имеет следующий структурный состав, а также следующие конструктивные и информационные связи. Ракета-носитель в традиционном понимании, например, подлежащая уничтожению боевая стратегическая ракета средней мощности, оснащается специальной головной частью обычного (конусообразного) типа, на днище которой установлены управляющий орган (реактивный или аэродинамический) для перевода ее с баллистической траектории на траекторию горизонтального полета, а также рули для управления по крену. Внутри ГЧ уложен крылатый аппарат-спасатель со сложенными крыльями. Аппарат-спасатель снабжен двигательной установкой, системой наведения и системой доразведки. Полезным грузом является набор средств для спасения людей (объектов), спускаемых, например, на парашютах с малой (несколько десятков метров) высоты полета АС. В зависимости от видов катастроф могут использоваться ракеты, оснащенные соответствующим набором спасательных средств (медикаменты, надувные матрацы, питание, горючее, радиоаппаратура и т.п.).

Ракета-носитель (фиг.1 4), оснащенная специальной головной частью, запускается в направлении района бедствия в соответствии с целеуказаниями, поступающими из района катастрофы. Точка падения ГЧ, если бы она летела до поверхности Земли по баллистической траектории, выбирается ближе района бедствия. До подхода к району бедствия на высоте 2 3 км с помощью системы управления и рулей ГЧ переводят на горизонтальную траекторию полета. После перехода на горизонтальный полет ГЧ на запасе кинетической энергии с положительным узлом атаки может лететь порядка нескольких километров (10 15 км), пока скорость не упадет до дозвуковой. По достижении дозвуковой скорости отделяется днище ГЧ и с помощью пиротолкателей выводится крылатый аппарат-спасатель (АС), оснащенный средствами спасения, двигательной установкой, например, турбовентиляторной, системой наведения и системой доразведки спасаемых людей (объектов). До выхода из ГЧ аппарата-спасателя его крылья были компактно уложены. После выхода АС крылья раскрывают, запускают двигатель и направляют аппарат-спасатель в район бедствия. В систему доразведки (локализации) спасаемых объектов вводят набор датчиков различной физической природы (с целью повышения надежности обнаружения и опознавания) для получения текущей информации об аномалиях физических полей, которые создаются присутствующими людьми (объектами).

Рациональным набором датчиков, как показал анализ, следует считать следующий состав: магнитометры, фотоустройства для получения изображений объектов спасения в видимом и ИК-диапазонах волн,микрофоны для фиксации криков людей или характерных звуковых сигналов, радио- и ИК-пеленгаторы, индикаторы-анализаторы топлива и продуктов его сгорания. Возможна установка конечно и других датчиков для измерения других характерных аномалий. Система доразведки включает также блоки эталонной информации об аномалиях спасаемых объектов, блок опознавания, а также блок определения местоположения (локализации) спасаемых людей (объектов) и принятия решения на отделение средств спасения.

Придя в район бедствия, аппарат-спасатель осуществляет доразведку путем полета по галсам или по спирали на высоте 20 50 м. Если в районе катастрофы будут выброшены специальные буи и радио- или ИК-диапазонах волн, то по данным пеленгаторов АС будет приведен к ним системой самонаведения с высокой точностью. Блок локализации и принятия решения по данным блока опознавания осуществляет сброс средств спасения опознанным объектам с поправкой на снос. Точность сброса может составлять от нескольких метров до первых десятков метров. Средства спасения могут сбрасываться в одной точке или в нескольких точках, если в них опознаны объекты спасения. После выполнения задания принципиально АС может приводняться или приземляться с помощью парашютной системы с целью последующего использования, как это делают, например, при испытаниях крылатых ракет.

Следует подчеркнуть, что использование в системе наведения АС подсистемы коррекции обеспечивает полет на малой высоте, в том числе и с огибанием рельефа. Относительно используемых в системе доразведки датчиков следует заметить, что к настоящему времени чувствительность указанных датчиков высокая при достаточно малых габаритно-массовых характеристиках. Достаточно сказать, что к настоящему времени при удовлетворительных габаритно-массовых характеристиках чувствительность индикаторов-анализаторов достигает 10^-6 мг/л, чувствительность магнитометров ^-5 10^-5γ/м, приемников электромагнитных излучений 10^-17 Вт. Такие высокие чувствительности датчиков позволяют обнаружить типовые источники аномалий на расстоянии сотен метров-первых единиц километров.

Выходы датчиков текущей информации об аномалиях, а также блока эталонной информации поступают на вход блока опознавания. Опознавание осуществляется на основе сравнения, например корреляционного, эталонной и текущей информации об аномалиях спасаемых объектов. В случае наличия буев (радио- или ИК-диапазонов) подход АС к объектам спасения осуществляется путем самонаведения. Блок локализации спасаемых людей (объектов) и принятия решения в результате опознавания по сигналам от 2 3 датчиков может подать команду на отделение средств спасения. Средства спасения (медикаменты, питание, радиоаппаратура, надувные лодки и матрацы, горючее и т.д.) целесообразно спускать на специальных парашютах в контейнеpах, которые автоматически раскрываются при приближении к поверхности суши или воды. При этом указанные контейнеры должны быть снабжены устройствами, реализующими "мягкую" посадку. Такие научно-технические решения известны. Следует добавить, что благодаря введению названных выше блоков система наведения аппарата-спасателя приобретает, как теперь говорят, некоторые черты искусственного интеллекта. Поскольку система доразведки достаточно интеллектуализирована, то можно в логике ее работы сделать запрет на отделение средств спасения непосредственно над горящими объектами, отделять их несколько в стороне с учетом сноса (от влияния инерции движения или ветра).

Отметим также, что на аппарате-спасателе создаются исключительно благоприятные условия для работы системы доразведки: малая высота полета (20 - 30 м), ненагретый и радиопрозрачный корпус АС, возможность получения снимков через оптически прозрачные вставки и т.п.

Приведем некоторые результаты оценок, например, для массы ГЧ, равной 1т. В этом случае масса крылатого аппарата-спасателя будет составлять 750 800 кг, доставляемых средств спасения 250 280 кг, системы наведения 80 100 кг, датчиков аномалий 60 70 кг, двигательной установки 140 150 кг, планера 170 200 кг, запас хода АС 500 600 км.

К новым операциям (и их совокупностям) в предлагаемом изобретении следует отнести:
последовательность операций по доставке (со скоростью, которая максимально возможна в рамках известных физических законов) средств для спасения людей (объектов), терпящих бедствие в отдаленных районах, координаты которых известны недостаточно точно, на основе использования свойств баллистических и крылатых летательных аппаратов;
наведение и управление ракетой по траектории, когда точка прицеливания лежит ближе района доставки полезного груза;
перевод головной части с баллистической траектории на горизонтальную;
отделение днища ГЧ и вывод АС из теплозащитного корпуса;
автоматическую доразведку объектов спасения, координаты которых известны, как правило, только до района бедствия; при этом выполняются такие операции, как измерение текущих аномалий физических полей, создаваемых терпящими бедствие, сравнение их с эталонными, опознавание и принятие решения на сброс средств спасения.

Эти операции в сочетании с известными образуют новую последовательность, обеспечивающую достижение цели изобретения.

К новым структурным элементам, которые во взаимосвязи образуют систему и реализуют упомянутые операции, относятся:
структурный состав и компоновка элементов головной части, включающей в свой состав в том числе и крылатый аппарат-спасатель;
структурный состав, аэродинамическая схема и компоновка автоматического аппарата-спасателя;
блоки датчиков текущих и эталонных аномалий спасаемых объектов;
блок автоматического опознавания объектов спасения;
блок определения местонахождения терпящих бедствие и принятия решения на отделение средств спасения.

Перечисленные элементы, аэродинамические схемы и конструктивные компоновки, а также предложенные связи между этими и известными элементами в совокупности реализуют способ экстренной доставки средств спасения в удаленный район, когда координаты терпящих бедствие известны недостаточно точно.

Как показывает анализ, только при таком органическом симбиозе баллистического и крылатого аппаратов и при такой схеме доставки одновременно обеспечивается технически минимально достижимое время и максимальная точность доставкисредств спасения. Это и обеспечивает единство изобретения. Помощь будет одинаково обесценена, если спасательные средства будут доставлены точно, но за большое время или за малое время, но не точно. Эффективность доставки средств спасения будет высока, если одновременно достигается высокая точность и малое время доставки.

Не останавливаясь на подробностях аэродинамической и конструктивной компоновки аппарата-спасателя, следует подчеркнуть, что это не копия крылатой ракеты в силу того, что условия на борту ГЧ (в частности, высокие перегрузки при спуске до 50 ед.) и требования по обеспечению условий работы аппаратуры доразведки приводят к тому, что аппарат-спасатель не адекватен ни одному из известных крылатых аппаратов. И дело совсем не сводится только лишь к упрочнению корпуса.

Из вышесказанного вытекает, что предлагаемая система не является механическим сочетанием баллистических и крылатых аппаратов. Для достижения цели изобретения они требуют адекватного своего совершенствования на базе новых научно-технических решений, что и предлагается в заявке.

Таким образом, предложенные операции, их последовательность, структурные элементы системы и их связи обеспечивают достижение цели изобретения. При этом система содержит элементы и операции, возможность технической реализации которых в настоящее время не вызывает сомнений.

Для иллюстрации эффективности системы достаточно сказать, что чистое время доставки средств помощи на расстояние 5 6 тыс. км будет составлять порядка 10 12 минут. Стоимость операции здесь не имеет традиционного значения, если принять во внимание, что человеческая жизнь бесценна. Тем более, что такие системы могут иметь только государства или группа государств, обладающих развитой ракетостроительной, авиационной и электронной промышленностью.

Предложенная система может быть основой для создания глобальной системы экстренной доставки средств для спасения людей и объектов в отделенных районах. В качестве ракет-носителей могут быть использованы боевые ракеты, снимаемые с вооружения в порядке сокращения вооружений или после выработки ресурса на боевом дежурстве (после соответствующего дооборудования).

Глобальная система экстренной доставки средств спасения должна включать подсистему приема сигналов бедствия, например, типа КОСПАС-САРСАТ, и подсистему оповещения всех заинтересованных государств, имеющих системы предупреждения о ракетном нападении или системы противовоздушной и противоракетной обороны.

Глобальная система может быть результатом конверсии и использования элементов боевых средств для выполнения в высшей степени гуманной цели. Такие системы могут содержать только мощные ракетные державы совместно или под эгидой ООН, то есть глобальная система экстренной доставки средств спасения должна быть международной. Это касается как вопросов создания, так и финансирования и эксплуатации. Такую систему глобального спасения на основе предложенной аэробаллистической системы доставки могут построить отдельные сверхдержавы или группы государств, так как ракет при сокращении вооружений или по окончании срока боевой их эксплуатации снимается много (сотни), а для создания группировки ракет спасения необходимы десятки, поскольку крупные бедствия происходят не так часто. При этом основные конструкторские и научные усилия должны быть направлены на создание головных частей, автоматических аппаратов-спасателей и их достаточно сложных интеллектуализированных систем.

Конечно же, созданию такой глобальной системы спасения должны предшествовать политические соглашения, подкрепленные научно-техническими решениями, чтобы исключить подозрения ракетного нападения под видом запуска ракет спасения. Создание такой системы имеет морально-политическое значение, так как основные элементы самого мощного оружия, созданного человеком, самых разрушительных средств начинают играть самую гуманную роль по спасению человека в экстремальных условиях, когда ему помощи искать неоткуда. При создании аппарата-спасателя, представляющего собой по существу летающий робот, можно ожидать очень серьезных научных достижений в области разработки оригинальных аэродинамических схем аппарата-спасателя, совершенных датчиков физических полей, интеллектуальных информационных технологий и интеллектуализированных автоматических систем с широким набором функций, которые до сих пор при доставке средств спасения выполнялись только человеком. Эти достижения выходят далеко за рамки решаемой задачи и могут и меть самые непредсказуемые по широте приложения.

Использование: при создании систем спасения людей и объектов, попавших в экстремальные условия, и терпящих бедствие в удаленных безлюдных районах поверхности земного шара. Сущность изобретения: в качестве транспортных средств помощи используют баллистические и крылатые летательные аппараты. Баллистическая ракета состоит из носителя и головной части /ГЧ/, которую компануют из теплозащитного корпуса и вложенного в него автоматического крылатого аппарата-спасателя /AC/. С помощью ракеты-носителя ГЧ доставляют в низковысотную область, расположенную на подходе к району бедствия, переводят ГЧ на горизонтальный полет, на дозвуковой скорости выводят АС из теплозащитного корпуса, раскрывают его крылья и запускают двигатель. АС оснащен системами управления и доразведки, локализующей местоположение спасаемых людей /объектов/ в районе бедствия по информационным признакам различной физической природы, создаваемых ими на фоне окружающей среды. По результатам работы подсистем опознавания и принятия решения осуществляют спуск спасательных средств на малой высоте с "мягким" приземлением над терпящими бедствие людьми /объектами/. 2 с.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ экстренной доставки средств спасения объектам спасения, попавшим в экстремальные условия и терпящим бедствие в удаленных безлюдных районах земного шара с неточно известными координатами, при котором в качестве средства доставки используют крылатый летательный аппарат, отличающийся тем, что последний размещают в головной части, присоединенной к баллистической ракете носителю, которую запускают в направлении района бедствия и доставляют с ее помощью упомянутую головную часть в область пространства, расположенную в нижних слоях атмосферы на подходе к району бедствия на расстоянии, необходимом для ее торможения на высоте, безопасной для полета, и затем переводят ее на горизонтальную траекторию, после достижения дозвуковой скорости крылатый летательный аппарат отделяют от головной части, запускают его двигатель и направляют с дозвуковой скоростью на минимально безопасной для полета высоте в район бедствия для доразведки местоположения объектов спасения путем сравнения текущей и эталонной информации о протяженных аномалиях физических полей, создаваемых объектами спасения, или путем самонаведения на точечные излучения, создаваемые средствами подачи сигналов бедствия или самими объектами спасения. 2. Аэробаллистическая система экстренной доставки средств спасения объектам спасения, попавшим в экстремальные условия и терпящим бедствие в удаленных безлюдных районах земного шара с неточно известными координатами, содержащая крылатый летательный аппарат со средствами спасения и устройством их отделения, отличающаяся тем, что система снабжена баллистической ракетой-носителем, управляемой головной частью, в которой в теплозащитном конусообразном корпусе с днищем размещен со сложенными крыльями и аэродинамическими рулями крылатый летательный аппарат, предназначенный для использования в качестве аппарата-спасателя, при этом система снабжена также пиротолкателями, расположенными в головной части и предназначенными для отделения днища от корпуса и вывода крылатого летательного аппарата из последнего, система снабжена также расположенными в крылатом летательном аппарате средствами управления, двигательной установкой, блоками датчиков измерения текущих аномалий физических полей, создаваемых присутствующими в районе бедствия объектами спасения, блоком опознавания объектов спасения, а также блоком эталонной информации, блоком локализации местоположения объекта спасения и блоком принятия решения на отделение средств спасения, при этом выходы датчиков текущих аномалий и блока эталонной информации соединены с входом блока опознавания объектов спасения, а выход последнего через блок локализации местоположения объектов спасения и блок принятия решения соединен с устройством отделения средств спасения.