ИНДИВИДУАЛЬНОЕ СРЕДСТВО ЗАЩИТЫ Российский патент 2003 года по МПК F41B15/04 

Изобретение относится к области индивидуальных средств защиты (ИСЗ) людей или имущественных ценностей. Изобретение может быть использовано в качестве: противоугонного средства автотранспорта, элемента защиты гражданских, промышленных и административных помещений, сейфов или хранилищ ценностей, элемента охраны грузов, перевозимых любыми видами транспорта, технического средства для нейтрализации криминальных лиц (например, террористов), в качестве спецсредства сотрудников силовых структур и охранных предприятий, в качестве технического средства при охране и защите от диверсий объектов специального назначения (атомные электростанции, правительственные здания, склады химических, биологических и взрывоопасных материалов, хранилищ горюче-смазочных материалов и др. ), средством борьбы с грызунами на складах пищевых продуктов и элеваторах, в вентсистемах и канализационных коммуникациях населенных пунктов, метро и т.д.

Известно ИСЗ [1], представляющее собой стрелковое оружие (автомат, пистолет и др.). Основным недостатком такого ИСЗ является то, что его применение, как правило, приводит к тяжелым увечьям или летальному исходу биообъекта, против которого оно было использовано.

Известно ИСЗ [2], в качестве которого используются химические аэрозольные соединения (газовые баллончики, пистолеты и др.), распыление которых в воздухе вызывает кашель, удушье и слезовыделение у нападающих. К недостаткам таких ИСЗ следует отнести то, что их применение приводит к возникновению патологии органов дыхания и зрения. Кроме того, применение таких ИСЗ требует наличие благоприятных климатических условий для самого пользователя (например, подветренная сторона относительно нападающих). Действие таких ИСЗ ограничено расстоянием - до 0,5-2 м и конечным запасом распыляемой жидкости в баллончике, что также следует отнести к недостаткам.

Известно ИСЗ [3], в котором используется способ бесконтактного дистанционного поражения нападающего с помощью электропроводящей струи жидкости, отсылаемой помпой, с последующим пропусканием по ней высоковольтного импульса тока, приводящего к электрошоковому поражению цели. К основным недостаткам такого ИСЗ следует отнести: влияние климатических условий при его использовании (например, порыв ветра, срывающий ламинарный ток струи жидкости или способствующий ее разбрызгиванию) на эффективность работы устройства, малый ресурс работы (расход токопроводящей жидкости требует постоянного воспроизводства ее объема, чтобы избежать всасывания пузырьков воздуха в струю, приводящих к ее распылению) и незначительное поражающее расстояние.

Известно ИСЗ того же назначения - электрошоковое устройство [4], содержащее источник электрического питания, преобразователь напряжения из низковольтного в высоковольтное (от нескольких вольт до десятков киловольт), накопитель электрической энергии (конденсаторная батарея), электрический разрядник-коммутатор и контактные электроды, помещенные в оптически прозрачную колбу.

Данное ИСЗ принято за прототип.

Недостатками прототипа являются: электрошоковый эффект достигается только при непосредственном контакте электродов устройства с нападающим, устройство невозможно использовать одновременно для нейтрализации двух или более нападающих, время достижения электрошокового поражения достаточно большое (порядка 1 сек), возможна ситуация поражения как нападающего, так и пользователя (например, нападающий в момент включения устройства прикоснулся руками к открытой части тела пользователя). В случае применения оптически прозрачной колбы лампы, ослепляющее действие кратковременно.

Техническим результатом изобретения является осуществление эффективной защиты людей или имущественных ценностей от насилия или посягательства. Это достигается путем дистанционного, бесконтактного воздействия на органы зрения и/или слуха (а опосредствованно на головной мозг) нападающего электромагнитным излучением и/или акустической волной, результатом воздействия которых является возникновение у облучаемого биообъекта стрессовых психотронных реакций, приводящих к его временной нейтрализации.

Данный технический результат получают за счет того, что индивидуальное средство защиты содержит источник электрического питания, преобразователь напряжения из низковольтного в высоковольтное, накопитель электрической энергии, электрический разрядник-коммутатор и контактные электроды, помещенные в оптически прозрачную колбу (стеклянную, кварцевую и др.). При этом колба заполнена газами, парами металлов или их комбинацией, электрический разряд в которых приводит к возникновению отдельных или чередующихся импульсов электромагнитного излучения (спектр излучения содержит УФ, видимую и ИК компоненты), и окружена спектральным трансформатором излучения произвольной формы, а так же содержит формирователь угла поражения для направления светового потока (на органы зрения биообъекта).

Поглощение излучения в глазной ткани биообъекта оказывает опосредствованное светошоковое воздействие на мозг, результатом которого является возникновение стрессовых психотронных реакций интенсивности видимой и ИК компонент потока излучения в угле поражения устройства.

Спектральный трансформатор излучения выполняют из материалов лазерных люминофоров в виде жидких, твердотельных порошкообразных или моноблочных элементов или их комбинацией.

Для реализации возможности одновременного (или раздельного) светового и акустического воздействия на биообъект средство защиты может дополнительно содержать жидкие и твердотельные, порошкообразные и лазерные люминофоры, образующие коллоидную смесь, размещенные в баллоне и распыляемые через форсунку с помощью помпы, при этом баллон находится при избыточном давлении произвольного газа. В баллоне могут также находится легковоспламеняющиеся пиротехнические взрывчатые вещества.

Для увеличения дальности поражения биообъекта спектральный трансформатор излучения может быть выполнен в виде лазерно-активного элемента произвольной формы, образующего с дополнительными зеркалами лазерный излучатель.

Для увеличения интенсивности потока излучения в широком диапазоне длин волн спектральный трансформатор, окружающий колбу с электродами, может состоять из произвольного числа отдельных элементов, изготовленных из разных лазерных люминофоров, с торцами, выполненных в виде полного и усеченного уголковых отражателей или призм полного внутреннего отражения, выполняющих функции широкополосного "глухого" и "частично-прозрачного" зеркал резонатора и образующих вместе с находящимися между ними средами моноблочные лазерные излучатели.

В предлагаемом техническом устройстве, с использованием (или в комбинации) указанных технических элементов, в угле поражения ИСЗ, практически одновременно, концентрируются потоки некогерентного излучения, возникающие в результате свечения разрядного промежутка между электродами и люминесцентного излучения лазерного люминофора, использованного в качестве спектрального трансформатора, а также когерентного света лазерного излучателя. Кроме того, реализуется возможность одновременного акустического воздействия на биообъект. Это приводит к увеличению вероятности возникновения разнообразных стрессовых психотронных реакций у биообъекта и его эффективной нейтрализации с помощью предлагаемого ИСЗ.

Изобретение поясняется фиг.1, на которой приведена схема предлагаемого технического устройства.

Характер изменения спектральной интенсивности излучения в угле поражения ИСЗ с применением технических элементов приведен на фиг.2
Здесь: 1 - источник электропитания, 2 - преобразователь напряжения из низковольтного в высоковольтное, 3 - накопитель электрической энергии (конденсаторная батарея), 4 - коммутатор импульсов и частоты их следования, 5 - излучатель световых импульсов, состоящий из электродов, заключенных в оптически прозрачную колбу, заполненную газами или парами металлов (или их комбинация), 6 - блок генерации импульсов, инициирующих запуск излучателя, 7 - формирователь угла поражения устройства для потока излучения (например, рефлектор, линза, коллиматор, уголковый отражатель и др.), 8 - люминесцентный спектральный трансформатор излучения, 9 - поток электромагнитного излучения, 10 - облучаемый биообъект, 11 - зеркала резонатора, 12 - аэрозольное образование, 13 - форсунка, 14 - баллон, 15 - помпа, 16 - коллоидная смесь.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Электрический ток от низковольтного источника питания 1 с помощью преобразователя напряжения 2 преобразуется в высоковольтный сигнал, заряжающий конденсаторную батарею 3, величина энергии которой пропорциональна

где С - емкость батареи;
U - напряжение на ней.

Небольшая доля (менее 0,1%) этого сигнала с помощью коммутатора 4 подается на высоковольтный умножитель блока 6, вырабатывающего высоковольтные импульсы короткой длительности для инициирования разряда батареи 3 через разрядный промежуток между электродами излучателя 5, сопровождающегося кратковременной интенсивной световой вспышкой, спектр которой содержит УФ, видимую и ИК компоненты излучения. С помощью формирователя угла поражения 7 поток излучения 9 направляется на биообъект 10, облучение зрительных органов которого сопровождается возникновением ответных стрессовых психотронных реакций.

Размещение спектрального трансформатора 8 вокруг излучателя 5 приводит к поглощению его УФ компоненты светового спектра потока излучения 9 в материале лазерного люминофора 8 с последующим преобразованием в более длинноволновую область, согласно Стоксовского смещения [11] за короткое время (τ= 10^-6-10^-12 сек), что увеличивает интенсивность видимого и ИК компонент потока излучения 9 в телесном угле поражения ИСЗ. В качестве спектральных трансформаторов излучения 8 используются лазерные люминофоры (органические красители, щелочногаллоидные кристаллы с центрами окраски и др.), обладающие в УФ-области широкими полосами поглощения и высоким кпд (до 100%) спектрального преобразования УФ-излучения в видимый и ИК-диапазоны, свет которых оказывает наиболее сильное раздражающее влияние на глазную ткань биообъекта 10 [6-7].

Увеличение геометрических размеров светящейся части потока излучения 9, преобразование и дополнительное усиление интенсивности видимой и ИК-компонент в ИСЗ достигается за счет использования аэрозольного образования 12 произвольной формы, возникающего за счет распыления коллоидной смеси 16 через форсунку 13 с помощью помпы 15 в направлении биообъекта 10. Облучение аэрозольного образования 12 УФ-светом излучателя 5 приводит к увеличению интенсивности видимой и ИК-компонент потока излучения 9 в телесном угле поражения, а увеличение размеров аэрозольного образования 12 влечет за собой и возрастание геометрических размеров светового потока 9. Для упрощения процедуры получения аэрозольного образования 12 (исключается применение помпы 15) коллоидная смесь 16 находится в баллоне 14 с произвольным газом, изменение давления которого и размера сопла форсунки 13 позволяют менять размеры получения аэрозольного образования 12. Эти работы проводятся на стадии подготовки ИСЗ к эксплуатации.

Для реализации импульса акустической волны, также способного приводить к возникновению у биообъекта ответных стрессовых психотронных реакций, в предлагаемом устройстве в коллоидную смесь 16, приготовленную из смеси лазерных люминофоров, дополнительно добавляются сыпучие (или растворяемые в произвольной жидкости) легко воспламеняемые пиротехнические взрывчатые вещества. Эта смесь, находящаяся в баллоне 14 с произвольным газом, при избыточном давлении и распыляется в виде аэрозольного образования 12 через форсунку 13 в направлении биообъекта 10. Облучение аэрозольного образования 12 УФ (или когерентным) излучением приводит к преобразованию спектра и усилению видимой и ИК спектральных компонент потока излучения 9, а также возникновению акустической ударной волны за счет объемного взрывного сгорания частиц пиротехнического вещества, находящегося в аэрозольном образовании 12, в световом потоке излучения 9.

Выполнение части объема спектрального трансформатора 8 в виде лазерно-активного элемента произвольной формы и образующего с дополнительными зеркалами 11 лазерный излучатель позволяет получить когерентное излучение (спектральный состав и эффективность потока излучения определяются выбором материала лазерного люминофора), направляемое в телесный угол поражения ИСЗ, что дополнительно увеличивает спектральную и приведенную интенсивность (мощность) светового потока излучения 9 на облучаемом биообъекте 10.

Спектральные трансформаторы излучения 8 могут изготавливаться в виде оптических элементов разной геометрической формы (например, в виде отражателя, линзы, многогранника, уголкового отражателя и др.), что позволяет дополнительно увеличить приведенную спектральную интенсивность потока излучения 9 в телесном угле поражения ИСЗ, а следовательно, и эффективность поражения биообъекта 10. В предлагаемом устройстве спектральный трансформатор 8, окружающий излучатель 5, выполнен из произвольного числа элементов и изготовлен из разных лазерных сред, торцы которых имеют вид полных и усеченных уголковых отражателей или призм полного внутреннего отражения, выполняющих функции широкополосных зеркал резонатора с разными спектральными коэффициентами отражения. Такие отражающие поверхности с заключенными между ними лазерными средами образуют моноблочные лазерные излучатели, позволяющие значительно увеличить спектральную интенсивность потока излучения 9 и оптимизировать эффективность светошокового поражения объекта 10.

Таким образом, за счет одновременной концентрации в угле поражения ИСЗ некогерентного излучения, возникшего в результате свечения разрядного промежутка в колбе между электродами, и люминесцентного излучения спектрального трансформатора, а также когерентного (лазерного) света лазерного излучателя предлагаемое устройство позволяет облучать объекты одновременно на больших площадях и со значительного расстояния. Кроме того, в предлагаемом ИСЗ реализуется возможность получения импульса акустической волны, способного оказывать шоковое воздействие на биообъект. Комбинированное акустическое и световое воздействие значительно расширяет функциональные возможности предлагаемого ИСЗ при нейтрализации биообъектов.

Поглощение излучения видимого диапазона происходит наиболее эффективно в пигментном эпителии сетчатки и зрительном пигменте глазной ткани (эти органы ответственны за фиксацию и передачу в мозг информации об окружающем пространстве и возникающих ситуациях) за счет содержащихся в них хромоформных биомолекул, для которых приведенный спектральный коэффициент поглощения находится в интервале значений χ~ 10^-1-10^-3 см^-1. Поэтому фотоотклик органов зрения и светошоковое воздействие на мозг происходит практически одновременно с облучением, что вызывает ответные реакции у облучаемого. Воздействие высокоинтенсивных потоков излучения приводит к снижению (или временному исключению) защитных адаптационных и регуляционных механизмов биообъекта, что ведет к замедлению процесса восстановления нормального функционирования подкорки головного мозга, управляющей жизнедеятельностью биообъекта. Последнее приводит к возникновению и развитию кратковременных стрессовых психотронных реакций у облучаемого биообъекта. Эффективность психотронного поражения и время восстановления работоспособности всех органов (функций) биообъекта зависят от спектральной интенсивности потока излучения и времени его воздействия [5-8].

ИК-компонента света поглощается в глазной ткани и, в основном, приводит к возникновению болевых шоковых ответных реакций у облучаемого биообъекта. Степень эффективности поражения ИК-светом определяется спектральным диапазоном излучения, поглощаемого молекулами воды, содержащихся в тканях биообъекта.

Известно что акустическое воздействие с интенсивностью более 90 дб приводит к выделению кортизона, влияющего на работу печени и других органов, обеспечивающих нормальную работу кроветворной системы биообъекта. При уровнях воздействия более 120 дб возникает эффект болевого поражения органов слуха. Таким образом, импульсное акустическое воздействие может вызвать у биообъекта различные ответные психотронные реакции, приводящие к его кратковременной нейтрализации.

Общие сведения о механизмах воздействия акустического и электромагнитного излучения на биообъекты, приводящих к возникновению ответных стрессовых психотронных реакций в реальном масштабе времени, позволило выбрать основные технические решения создания ИСЗ.

Импульсный или частотно-периодический электрический разряд в среде газов или парах металлов (или комбинация перечисленных) сопровождается мощной световой вспышкой, содержащей компоненты линейчатого и сплошного спектров излучения в УФ, видимой и ИК-областях. Например, импульсный разряд в нейтральных газах (аргон, криптон, ксенон и др.) преобразует до 60% энергии электрического разряда в световое излучение, т.е. достигается достаточно высокий к.п.д. источника излучения. Добавки паров металлов (ртуть, щелочные и редкоземельные металлы и др. ) позволяют усиливать интенсивность свечения отдельных участков видимого и ближнего ИК диапазонов. Тем не менее, для импульсных источников, в зависимости от характеристик разряда, процентное соотношение интенсивностей излучения между УФ, видимым и ИК-диапазонами может существенно меняться. Так рост давления (увеличение концентрации излучающих центров) в разрядном промежутке, увеличение силы тока и уменьшение длительности импульса разряда приводит к возрастанию УФ-компоненты до 80% от интегрального потока излучения, т.е. эффективность поражения биообъекта в режиме реального времени падает. В этом случае, для эффективной работы ИСЗ, необходимо преобразовать УФ долю потока излучения в видимый и ИК-диапазоны.

В предлагаемом устройстве для этой цели, используются спектральные трансформаторы излучения, изготовленные из материалов лазерных люминофоров (органические красители, щелочногаллоидные кристаллы с центрами окраски, фторидные и оксидные кристаллы легированные ионами группы железа и др.). Эти материалы обладают сильными полосами поглощения в УФ-диапазоне и широкими флуоресцентными полосами излучения в видимом и ближнем ИК областях спектра. Спектральная конверсия излучения из УФ в видимый (или ИК) диапазон происходит со Стоксовским смещением [11] за короткое время (τ~10^-6-10^-12 сек) и высокой квантовой эффективностью преобразования ρ~0,8-1,0. Поэтому, используемые спектральные трансформаторы позволяют в режиме реального времени преобразовать УФ компоненту излучения и увеличить интенсивность видимого и ИК диапазонов потока, оказывающих наибольшее поражающее влияние на органы зрения биообъекта.

Следует отметить, что спектральные трансформаторы могут использоваться в виде аэрозольного образования произвольной формы или изготавливаться в виде произвольных геометрических фигур из моноблочного материала (цилиндр, фокусирующая линза, уголковый отражатель, призма полного внутреннего отражения и др. ), что позволяет использовать их в качестве оптических элементов, формирующих диаграмму направленности излучения и увеличивающих спектральную интенсивность потока излучения в телесном угле поражения устройства.

Аэрозольное образование из лазерных люминофоров с добавками взрывчатых пиротехнических веществ, кроме потока светового излучения высокой интенсивности, позволяет реализовать получение импульса акустической волны, дополнительно усиливающего шоковое воздействие на биообъект и повышающего вероятность его нейтрализации.

Кроме того, часть объема спектрального трансформатора произвольной формы можно использовать в качестве лазерного элемента, которая с дополнительными зеркалами образует лазерный излучатель. Для этого достаточно, чтобы на оптической оси двух (или более пар) противоположных граней спектрального трансформатора, оптически обработанных по 14 классу, были установлены и съюстированы дополнительные зеркала, образующие высокодобротный резонатор.

Грани спектрального трансформатора могут выполнять функции широкополосных зеркал лазерного резонатора [10], если они имеют геометрическую форму уголкового отражателя или призм полного внутреннего отражения. Тогда часть светового потока, возникающего в разрядном промежутке колбы с электродами, поглощается в материале спектрального трансформатора, расположенного около колбы, и переизлучается изотропно со Стоксовским смещением в виде потока люминесцентного света в полный телесный угол. Доля этого потока излучения, распространяясь вдоль направления, совпадающего с оптической осью резонатора, претерпевает усиление (многократное прохождение излучения через активную среду за счет отражения от зеркал) и в результате формируется когерентный (лазерный) свет, характеристики которого определяются квантовой эффективностью использованного лазерного люминофора и добротностью резонатора. Таким образом, возникающий лазерный свет дополнительно усиливает интенсивность потока излучения в угле поражения предлагаемого ИСЗ.

Отметим наиболее важные характеристики предлагаемого устройства.

1. Подбором спектральной интенсивности излучения и временем воздействия можно менять в широких пределах поражающее воздействие ИСЗ, а меняя телесный угол поражения, можно одновременно нейтрализовать нападающего(щих) на больших площадях и с большого расстояния.

2. Используя излучатель с ИК-спектром можно обеспечить скрытность и неожиданность применения при нейтрализации нападающих за очень малое время (t~ 10^-3 с).

3. Реализация возможности одновременного (или раздельного) поражения нападающих импульсами акустической волны и светового излучения делает универсальным предлагаемое ИСЗ.

Источники информации
1. RU 2045731, F 41 A 17/00, 1995.

2. RU 2172459, F 41 B 11/06, 19.11.2001.

3. RU 2150653, F 41 B 15/04, 10.06.2000.

4. RU 2156940, F 41 B 15/04, 27.09.2000 (прототип).

5. Ю.И.Посудин. Лазерная микрофлуорометрия биологических объектов. Киев: Высшая школа, 1985.

6. А. И. Кирилов, В.Ф. Морсков, Н.Д. Устинов. Дозиметрия лазерного излучения, М.: Радио и связь, 1983.

7. Молекулярные механизмы биологического действия оптического излучения. Сб. под ред. А.Б.Рубина - M.: Наука, 1988.

8. А.В. Приезжаев, В.В. Тучин, Л.П. Шубочкин. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М.: Наука, 1989.

9. Е. Ц. Андреева-Галанина, С.И. Алексеев, А.В. Кадысина, Г.А. Суворов. Биоакустика. М.: Высшая школа, 1975.

10. Справочник по лазерам. Под ред. А.М. Прохорова. М.: Советское радио, 1978.

11. У.Дьюли. Лазерная технология и анализ материалов. М.: Мир, 1986.

Изобретение относится к области индивидуальных средств защиты людей или имущественных ценностей. Индивидуальное средство защиты содержит источник электрического питания, преобразователь напряжения из низковольтного в высоковольтное, накопитель электрической энергии, электрический разрядник-коммутатор и контактные электроды, помещенные в оптически прозрачную колбу, при этом колба заполнена газами, парами металлов или их комбинацией, электрический разряд в которых приводит к возникновению отдельных или чередующихся импульсов электромагнитного излучения, и окружена спектральным трансформатором излучения произвольной формы, а так же содержит формирователь угла поражения для направления светового потока. Спектральный трансформатор излучения может быть выполнен из материалов лазерных люминофоров в виде жидких, твердотельных, порошкообразных или моноблочных элементов или их комбинацией, а так же дополнительно содержать жидкие и твердотельные, порошкообразные лазерные люминофоры образующие коллоидную смесь, размещенную в баллоне при избыточном давлении произвольного газа и распыляемую через форсунку с помощью помпы. Изобретение направлено на повышение эффективной защиты людей. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Индивидуальное средство защиты, содержащее источник электрического питания, преобразователь напряжения из низковольтного в высоковольтное, накопитель электрической энергии, электрический разрядник-коммутатор и контактные электроды, помещенные в оптически прозрачную колбу, отличающееся тем, что колба заполнена газами, парами металлов или их комбинацией, электрический разряд в которых приводит к возникновению отдельных или чередующихся импульсов электромагнитного излучения, и окружена спектральным трансформатором излучения произвольной формы, а так же содержит формирователь угла поражения для направления светового потока. 2. Индивидуальное средство защиты по п. 1, отличающееся тем, что спектральный трансформатор излучения выполнен из материалов лазерных люминофоров в виде жидких, твердотельных порошкообразных или моноблочных элементов или их комбинации. 3. Индивидуальное средство защиты по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что дополнительно содержит жидкие и твердотельные, порошкообразные лазерные люминофоры, образующие коллоидную смесь, размещенные в баллоне и распыляемые через форсунку с помощью помпы. 4. Индивидуальное средство защиты по п. 3, отличающееся тем, что баллон находится при избыточном давлении произвольного газа. 5. Индивидуальное средство защиты по любому из пп. 3 и 4, отличающееся тем, что в баллоне находятся легковоспламеняющиеся пиротехнические взрывчатые вещества. 6. Индивидуальное средство защиты по п. 2, отличающееся тем, что спектральный трансформатор излучения выполнен в виде лазерно-активного элемента произвольной формы, образующего с дополнительными зеркалами лазерный излучатель. 7. Индивидуальное средство защиты по любому из пп. 2 и 6, отличающееся тем, что спектральный трансформатор, окружающий колбу с электродами, состоит из произвольного числа отдельных элементов, изготовленных из разных лазерных люминофоров, с торцами, выполненных в виде полного и усеченного уголковых отражателей или призм полного внутреннего отражения, выполняющих функции широкополосного "глухого" и "частично прозрачного" зеркал резонатора и образующих, вместе с находящимися между ними средами, моноблочные лазерные излучатели.