СПОСОБ МОНИТОРИНГА РАДИАЦИОННОЙ, ХИМИЧЕСКОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ МЕСТНОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БЕСПИЛОТНОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ВЕРТОЛЁТНОГО ТИПА Российский патент 2025 года по МПК B64U10/10 G01N35/00 G01N1/02 

Изобретение относится средствам радиационного, химического и биологического (далее по тексту - РХБ) мониторинга, в частности к средствам РХБ разведки.

Известен «Способ отбора воды батометром с использованием беспилотного летательного аппарата вертолетного типа» (Патент на изобретение №2756332 МПК В64С 39/02 от 11.01.2021 г.) [1], заключающийся в дистанционном отборе пробы воды, включающий в себя беспилотный летательный аппарат (далее по тексту - БИЛА) вертолетного типа и батометр. Батометр устанавливается на дистанционно пилотируемый летательный аппарат и позволяет отбирать пробы воды зараженной радиоактивными, отравляющими веществами, а также биологическими средствами в определенной локации. Управление отбором проб ведется дистанционно оператором с земли, а процесс отбора проб воды контролируется при помощи видеокамеры, расположенной на корпусе беспилотного летательного аппарата. Достижение указанного результата обеспечивает конструкция батометра, содержащая: корпус, транспортный клапан, крышку, кольцо с канатом, балласт. Транспортный клапан состоит из: диска, стержня, ушка для продевания кольца. Крышка состоит из: водозаборных отверстий, отверстия для транспортного клапана.

Работает батометр следующим образом.

На кольцо, прикрепленное к канату лебедочной системы, установленной на БПЛА, вешается батометр. Летательный аппарат запускается с помощью пульта управления и после перемещения в зону отбора проб зависает на заданной высоте, и по команде оператора включается лебедочная система, которая спускает батометр на поверхность воды, после чего батометр опрокидывается на бок при помощи балласта. Вода поступает внутрь корпуса через водозаборные отверстия крышки, при этом стержень с диском транспортного клапана опускаются внутрь корпуса. Продолжительность отбора пробы воды определяется оператором. Отобрав пробу, БПЛА поднимает канат, вследствие чего диск транспортного клапана, упираясь в грань, перекрывает доступ воды в корпус батометра и поднимает устройство из водоема для его транспортирования к месту нахождения оператора.

Этот способ имеет свои ограничения, поскольку его функциональность ограничивается только сбором проб воды. Это означает, что он не предназначен для других целей или материалов, а может использоваться исключительно для собирания образцов жидкости. Эта ограниченность в действиях ограничивает его универсальность и делает неэффективным для сбора других типов образцов, таких как грунтовые пробы или воздушные образцы. В контексте исследований, требующих более разнообразных образцов или множества типов проб, этот метод может оказаться ограничивающим. Тем не менее, при необходимости точного сбора воды для анализа качества или состава, этот способ может оказаться ценным, так как специализируется именно на этой задаче. Это подчеркивает важность выбора метода с учетом конкретных требований и целей исследования, чтобы обеспечить максимальную точность и релевантность собираемых образцов.

Известен «Пробоотборник грунта для беспилотного летательного аппарата вертолетного типа» (Патент на изобретение №2790164 МПК В64С 39/02 от 11.01.2021 г.) [2]. Данное устройство устанавливается на дистанционно пилотируемый летательный аппарат и позволяет отбирать пробы грунта зараженного радиоактивными, отравляющими веществами, а также биологическими средствами в определенной локации. Управление отбором проб ведется дистанционно оператором с земли. Достижение указанного результата обеспечивает конструкция, содержащая: шнек-винт, контейнер для транспортировки проб грунта, корпус пробоотборника, электромотор шнек-винта, каретку электромотора, линейный привод, верхнюю крышку, фиксатор пробоотборника к корпусу БПЛА. Контейнер для транспортировки проб грунта состоит из: полости для размещения грунта, ограничителя, крепления.

Летательный аппарат запускается и после перемещения в зону отбора проб опускается на поверхность грунта, и по команде оператора включается электромотор шнек-винта, включается линейный привод, который погружает электромотор и вращающийся шнек-винт в грунт на заданную глубину при помощи каретки электромотора, тем самым проводя бурение. Для более эффективного забора разрыхленного грунта в полость для размещения грунта пробоотборника осуществляется первый проход шнек-винта с забросом части грунта в контейнер возвратно-поступательным способом. Окончательный проход шнек-винта забрасывает остатки грунта в контейнер, линейный привод поднимает каретку и происходит выключение системы. Отобрав пробу, БПЛА транспортируется к месту нахождения оператора, причем, возможность потери пробы при данном способе возвращения в исходную позицию исключается за счет ограничителя. По возвращению, контейнер отделяется от корпуса пробоотборника посредством крепления, переворачивается дном вверх и проба грунта пересыпается в банку.

Изобретение имеет свои недостатки, так как ориентировано исключительно на одно действие: сбор образцов грунта с использованием беспилотного летательного аппарата. Эта методика выгодна в плане автоматизации и возможности дистанционного сбора информации. Однако она ограничивается узкой специализацией на сборе образцов грунта. Такой подход исключает применение других методов анализа и исследования, которые могли бы быть ценными для полного и всестороннего анализа данного участка. Возможность проведения дополнительных видов исследований, помимо отбора образцов грунта, могла бы значительно обогатить исследовательский процесс, предоставив более полное представление о состоянии объекта изучения.

Известно «Устройство пробоотбора биологических аэрозолей для малоразмерных беспилотных летательных аппаратов коптерного типа» (Патент на полезную модель №190221 МПК G01N 1/22, С12М 1/26 от 24.05.2018 г.) [3].

Целью создания полезной модели является повышение оперативности отбора репрезентативного количества биологических аэрозолей в ходе ведения неспецифической биологической разведки путем обеспечения дистанционного управляемого процесса с использованием малоразмерного беспилотного летательного аппарата коптерного типа.

Технический результат, который может быть получен при использовании заявленного решения, заключается в повышении оперативности отбора репрезентативного количества биологических аэрозолей за счет установки на беспилотный летательный аппарат малогабаритного устройства.

Поставленная задача достигается тем, что на беспилотный летательный аппарат коптерного типа устанавливается устройство пробоотбора биологических аэрозолей, которое позволяет за время в пределах 5-10 минут отбирать из воздуха биологические аэрозоли диаметром 1-10 мкм в количестве достаточном для проведения их дальнейшего анализа методами специфической индикации.

Сущность разработанного устройства заключается в использовании методов импакции и фильтрации. Устройство представляет собой двухкаскадный импактор, соединенный с вентилятором. Его работа основана на просасывании анализируемого воздуха через оба каскада. На первом каскаде, состоящем из пластины с круглыми отверстиями и коллекторной пластины, осаждаются частицы размером более 10 мкм, а на втором, включающем фильтр АФА-ВП-10, - задерживаются частицы менее 10 мкм. Импактор функционирует следующим образом: воздух, содержащий аэрозольные частицы, поступают в импактор через вентилятор, где и формируется поток с заданной линейной скоростью. Попадая внутрь импактора, частицы аэрозоля движутся вместе с воздушным потоком с линейной скоростью, задаваемой размерами и количеством отверстий на первом каскаде. Резкое изменение направления движения потока, после прохождения потоком отверстий первого каскада, приводит к тому, что в силу инерции более массивные частицы не успевают изменить направление своего движения и осаждаются на коллекторной пластине первого каскада. Остальные частицы уносятся воздушным потоком через отверстия, расположенные на периферии коллекторной пластины, на следующий каскадный элемент.

Недостатками данного устройства является его потенциальная недостаточная эффективность в сборе образцов. Устройство спроектировано для сбора биологических аэрозолей, но оно может столкнуться с рядом проблем, влияющих на качество и полноту собранных образцов.

Одним из основных ограничений является ограниченный объем образца, который такое устройство способно собрать за один полет. Возможно, оно ограничено по объему сбора или по времени полета, что может привести к недостаточному количеству материала для полноценного анализа. Это ограничение может быть значимым, особенно при изучении разреженных или неоднородных биологических аэрозолей в различных окружающих средах.

Данная полезная модель не позволяют получить комплексную информацию, которая может быть ценной для анализа и принятия обоснованных решений в области мониторинга радиационной, химической и биологической обстановки местности.

Предлагаем способ мониторинга радиационной, химической и биологической обстановки местности с использованием беспилотного летательного аппарата (далее по тексту - БПЛА) вертолетного типа, который представляет инновационный подход к всестороннему анализу состояния окружающей среды. Суть данного способа заключается в использовании специализированного БПЛА вертолетного типа, оснащенного оборудованием для сбора данных (фиг. 1): пробоотборник грунта (1), батометр (2), измеритель мощности дозы радиоактивного излучения (3), пробоотборник воздуха (4), знаки ограждения (5), смонтированных на площадке для крепления пробоотборников (фиг.2), которая крепится на корпус БПЛА.

Управление отбором проб ведется дистанционно оператором с земли в режиме реального времени, а процесс отбора проб контролируется при помощи видеокамеры, расположенной на корпусе БПЛА. Преимущества этого метода заключаются в его комплексности и способности собирать информацию о различных аспектах окружающей среды одновременно. Это позволяет оперативно реагировать на угрозы или изменения в местности, выявлять потенциальные опасности для здоровья людей, а также эффективно планировать экологические мероприятия и контрольные меры в различных ситуациях.

Конструкция батометра содержит (фиг. 3): защитный корпус (6), крышку (7), лебедку с троссом (8), батометр (9), пазы крепления для других пробоотборников к корпусу (10).

Работа осуществляется следующим образом:

Летательный аппарат запускается с помощью пульта управления и после перемещения в зону отбора проб зависает на заданной высоте, и по команде оператора включается лебедочная система (8), находящаяся в защитном корпусе (6) батометра (фиг. 3), которая спускает батометр в воду. Продолжительность отбора пробы воды определяется оператором. Отобрав пробу оператор включает лебедочную систему, которая поднимает батометр из водоема в защитный корпус для его транспортирования к месту нахождения оператора.

Конструкция измерителя мощности дозы радиоактивного излучения содержит (фиг. 4): пазы крепления (11) для фиксации площадки крепления (12) на защитном корпусе (6) (фиг. 1), измеритель (13), фиксаторы (14), разъем для подключения контактного провода (15). Летательный аппарат запускается с помощью пульта управления и после перемещения в зону отбора проб зависает на заданной высоте (либо уже находясь в заданной зоне во время проведения мониторинга другим пробоотборником), и по команде оператора включается измеритель мощности дозы. Продолжительность измерения регулируется оператором.

Конструкция пробоотборника воздуха содержит (фиг. 5): пазы крепления (16) для фиксации корпуса (18) на защитном корпусе (6) (фиг. 1), крышку (17). Летательный аппарат запускается с помощью пульта управления и после перемещения в зону отбора проб зависает на заданной высоте (либо уже находясь в заданной зоне во время проведения мониторинга другим пробоотборником), и по команде оператора включается пробоотборник воздуха. Продолжительность отбора пробы регулируется оператором.

Конструкция пробоотборника грунта содержит (фиг. 6): пазы крепления (19) для фиксации корпуса пробоотборника (20) на защитном корпусе (6) (фиг. 1), контейнер для транспортировки проб грунта (21). Летательный аппарат запускается и после перемещения в зону отбора проб опускается на поверхность грунта для отбора его пробы. Отобрав пробу, БПЛА транспортируется к месту нахождения оператора. По возвращению, контейнер (21) отделяется от корпуса пробоотборника (20) для анализа.

Конструкция знаков ограждения содержит (фиг. 7): подвес для знаков ограждения (22), знака ограждения (23), соленоида (24), штока соленоида (25), ушка знака ограждения (26). Знаки ограждения предназначены для обозначения опасных участков местности, на которой выявлено радиационное, химическое или биологическое заражение. Летательный аппарат обнаружив в зоне отбора проб заражение подает сигнал об этом оператору, который с помощью пульта управления подает команду на соленоид (24), шток (25) которого открывается высвобождая ушко знака ограждения (26). Знак ограждения падает на поверхность земли обозначив тем самым опасную область.

Результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в создании мобильного устройства для отбора проб воды, воздуха, грунта, измерения мощности дозы радиоактивного излучения в определенной локации по дистанционным командам оператора на большом расстоянии с помощью БПЛА.

Использованная литература:

1. Патент на изобретение №2756332 МПК В64С 39/02 от 11.01.2021 г.

2. Патент на изобретение №2790164 МПК В64С 39/02 от 11.01.2021 г.

3. Патент на полезную модель №190221 МПК G01N 1/22, С12М 1/26 от 24.05.2018 г.

Изобретение относится к средствам радиационного, химического и биологического мониторинга, в частности к средствам РХБ разведки. Способ мониторинга радиационной, химической и биологической обстановки местности включает оснащение БПЛА вертолетного типа оборудованием для сбора данных: пробоотборником грунта, батометром, измерителем мощности дозы радиоактивного излучения, пробоотборником воздуха. Управление отбором проб ведется дистанционно оператором с земли в режиме реального времени, а процесс отбора проб контролируется при помощи видеокамеры, расположенной на корпусе БПЛА. Обеспечивается возможность собирать информацию о различных аспектах окружающей среды одновременно, что позволяет оперативно реагировать на угрозы или изменения в местности, выявлять потенциальные опасности для здоровья людей. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ мониторинга радиационной, химической и биологической обстановки местности с использованием беспилотного летательного аппарата (БПЛА) вертолетного типа, отличающийся тем, что БПЛА снаряжают защитным корпусом (6), крышкой (7), лебедкой с тросом (8), батометром (9), пазами крепления пробоотборников к корпусу (10), измерителем мощности дозы радиоактивного излучения, содержащим пазы крепления (11) для фиксации площадки крепления (12) на защитном корпусе батометра (6), фиксаторами (14), разъемом для подключения контактного провода (15), пробоотборником воздуха, содержащим пазы крепления (16) для фиксации корпуса (18) на защитном корпусе (6), крышку (17), пробоотборником грунта, содержащим пазы крепления (19) для фиксации корпуса пробоотборника (20) на защитном корпусе (6), контейнер для транспортировки проб грунта (21), БПЛА запускается с помощью пульта управления и после перемещения в зону отбора проб зависает на заданной высоте, и по команде оператора включается лебедочная система, находящаяся в защитном корпусе батометра, которая спускает батометр в воду, отобрав пробу, оператор включает лебедочную систему, которая поднимает батометр из водоема в защитный корпус для транспортирования к месту нахождения оператора, по команде оператора включается измеритель мощности дозы радиоактивного излучения, продолжительность измерения регулируется оператором, так же по команде оператора включается пробоотборник воздуха, а продолжительность измерения регулируется оператором, БПЛА перемещают в зону отбора проб грунта, опускают на поверхность грунта для отбора его пробы и включают пробоотборник грунта, отобрав пробу, БПЛА перемещают к месту нахождения оператора, и по возвращении контейнер отделяют от корпуса пробоотборника для анализа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что продолжительность отбора пробы воды определяется оператором.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оператор контролирует процесс отбора проб при помощи видеокамеры, расположенной на корпусе БПЛА.