RU2059423C1 - Способ спасения терпящих бедствие - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к способам, предназначенным для спасения терпящих бедствие, и направлено прежде всего на осуществление спасательных операций в труднодоступных районах земного шара (морях, океанах, пустынях, горных массивах), отдаленных на значительные расстояния от поисково-спасательных служб. Способ спасения терпящих бедствие включает прием искусственными спутниками Земли аварийного радиосигнала с места события, установление его географических координат, передачу этих данных координационному центру и запуск по санкции центра поисково-спасательной службой летательного аппарата с полезным грузом. В качестве летательного аппарата используют беспилотный гиперзвуковой планер. 2 з. п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к способам, предназначенным для спасения терпящих бедствие, и направлено прежде всего на осуществление спасательных операций в труднодоступных районах земного шара (морях и океанах, пустынях, горных массивах), отдаленных на значительные расстояния от поисково-спасательных служб.

Независимо от того в какое время и в каком районе произошло трагическое событие, спасение терпящих бедствие предполагает выполнение последовательных действий, заключающихся в случайном или целенаправленном обнаружении пострадавших, сообщении их местоположения поисково-спасательным службам и предпринятия последними соответствующих мер. Все эти действия в своей взаимосвязи представляют одно целое, и не осуществление хотя бы одного из них не позволяет получить конечного положительного результата.

Несмотря на совершенствование спутниковой связи, наземных радиолокационных станций (например, "Alta freguehze", 1989, N 2, р. 81-85), все еще остается актуальным решение задачи, затрагивающей основной фактор, определяющий успех всего комплекса проводимых действий во имя спасения терпящих бедствие, а именно сокращение до возможного минимума времени прибытия на место события непосредственно спасателей или доставку на это место полезного груза (например, "Политехнический словарь", М. Советская энциклопедия, 1980 г. с. 360, последняя статья), содержащего средства первоначальной помощи, такие как медикаменты, продукты, надувные лодки, палатки, вещи и т.п. необходимые для поддержания жизнедеятельности пострадавших до момента их эвакуации.

В последнее время получили свое развитие, как один из путей повышения эффективности оказания помощи, системы, основанные на фиксации места аварий с помощью искусственных спутников Земли оповещающих, входящих в эти системы, поисково-спасательные службы, которые приводят в действие и направляют к месту события, в зависимости от возникшей конкретной ситуации, водный, наземный или авиационный транспорт. Однако оказание целенаправленной экстренной помощи в труднодоступных районах на основании взаимодействия с искусственными спутниками Земли спасательных служб и проведение указанных операций традиционными средствами, крайне затруднительно, о чем свидетельствуют имевшие место случаи с трагическим исходом, опубликованные в печати. Даже перспективные образцы самолетов не могут справиться с решением данной задачи ввиду недостаточной скорости полета (например, В.Н. Зайцев, В.Л. Рудаков "Конструкция и прочность самолетов". Киев, "Вища школа", 1992, с. 11).

Как известно, к наиболее высокоскоростным объектам техники относятся ракеты-носители, способные развивать скорости, достаточные для вывода полезного груза не только на орбиты вокруг Земли, но и за ее пределы. К таким ракетам относятся отечественные ("Восток", "Циклон", "Космос", "Протон", "Зенит" и "Энергия") и американские ("Тор", "Юпитер-С", "Титан-III", "Сатурн-5"). Всесторонний анализ патентной информации показал, что ракеты-носители не нашли своего применения в осуществлении действий в способах оказания помощи терпящим бедствие, хотя в этих ракетах предусмотрено проведение операций системами спасения, предназначенными исключительно для обеспечения безопасности собственных экипажей космонавтов, но только во время полета и приземления (например, "Итоги науки и техники", серия "Ракетостроение и космическая техника", М. ВИНИТИ, 1990, с. 74-78).

К современным способам спасения терпящих бедствие с уже реально достигнутыми результатами, основанными на взаимном функционировании искусственных спутников Земли и поисково-спасательных служб, относятся так называемые программы или системы "КОСПАС-САРСАТ" и "ИНМАРСАТ", причем последняя предназначена только для терпящих аварию самолетов (например, "Anat Space-86, New-York, N 4, 1986, р. 80-88).

Наиболее совершенный из них -- "КОСПАС-САРСАТ" стал международной спутниковой системой поиска и спасения согласно соглашению, подписанному 1 июля 1988 года в Париже СССР, США и Францией. Руководство ею осуществляет Совет с секретариатом, находящимся в Лондоне, а деятельность координируется несколькими международными организациями. Способ по системе "КОСПАС-САРСАТ" обеспечил спасение сотен человеческих жизней и во многих странах представляет собой часть инфраструктуры поиска и спасения. Он основан на принятии искусственными спутниками Земли радиосигнала бедствия с места события, определении его географических координат станциями приема и обработки информации, передаче установленных данных координационному центру и введении в действие с санкции центра поисково-спасательной службой одного или несколько летательных аппаратов (вертолетов, самолетов), которые осуществляют доставку полезного груза к месту события и сбрасывают его на парашютах или совершают посадку в зависимости от конкретных обстоятельств и характера поверхности в районе аварии (например, "Рекламный проспект", изданный секретариатом системы "КОСПАС-САРСАТ", 40 Melton Street, London NW1 2EQ, United Kindom) с оказанием помощи непосредственно спасателями.

Спутники, обслуживающие способ по системе "КОСПАС-САРСАТ", имеют аппаратуру для поиска радиосигналов бедствия и запускаются по мере необходимости. Двигаясь по низкой (с высотой около 1000 км) полярной орбите, спутники просматривают поверхность земного шара по нескольку раз в сутки.

Для того, чтобы воспользоваться способом по системе "КОСПАС-САРСАТ" при любой аварии на море, суше и в воздухе необходим аварийный радиобуй. Этот радиобуй разработки фирмы США "Bristol Aerospace" (например, "Electronicom 85, Toronto Oct. 6-11, 1985, vol2, Toronto, 1985, р. 446-449) является устройством нового типа, предназначенным специально для спутникового обнаружения, причем каждый такой радиобуй передает свойственное лишь ему кодовое сообщение и обеспечивает очень высокую стабильность частоты.

При включении радиобуев, работающих на частотах 121,5 или 406 МГц, сигналы действия ретранслируются спутниками на приемные станции, которые автоматически с использованием эффекта Доплера определяют их географические координаты с точностью от 20 до 5 км соответственно в зависимости от указанных выше частот.

Координационный центр собирает, отсортировывает полученные от станций приема и обработки информации сведения о географических координатах радиобуев, а затем санкционирует запуск поисково-спасательной службой летательных аппаратов, которые согласно уже выше описанным действиям доставляют полезный груз к месту события.

По опубликованным данным рассматриваемый способ спасения терпящих бедствие далек еще от совершенства, о чем свидетельствует процент спасенных с его применением, составляющий по опубликованным данным 75% от числа потерпевших в авариях (например, "Aviat. mag. Int. 1987, N 936, р. 34-36).

Как было уже отмечено, важнейшим параметром, определяющим эффективность поиска и спасения бедствующих, является время от момента возникновения аварии до оказания помощи. Для способа по системе "КОСПАС-САРСАТ" это время можно разделить на три периода:
1. От начала подачи сигнала бедствия до момента прохождения искусственными спутниками Земли над местом события;
2. От приема искусственными спутниками Земли сигналов аварии от радиобуя до их передачи в координационный центр;
3. От санкционирования задействования поисково-спасательных служб до прибытия помощи на место события.

Согласно имеющимся сведениям, для способа спасения терпящих бедствие по системе "КОСПАС-САРСАТ", время, приходящееся на второй период, составляет 3-3,5 ч (например, "Alta astranaut", 1986, 14, р. 371-382), а если учесть первый и второй периоды, то полное время может возрасти до запредельной величины в 8-12 ч и станет еще более значительным при оказании помощи в труднодоступных районах земной поверхности, вследствие чего повысится вероятность увеличения человеческих потерь, особенно терпящих бедствие в водной среде, отрицательным образом влияющей на жизнестойкость организма из-за его переохлаждения.

Сокращение продолжительности первого и второго периодов, как считают американские специалисты (предыдущая ссылка), можно было бы достичь за счет создания сети, содержащей минимум двадцать четыре оптимальным образом расположенных наземных станции, при этом ряд станций необходимо было бы расположить в акватории, но более целесообразно, по их мнению, использовать искусственные спутники Земли системы "ИНМАРСАТ".

По поводу возможности уменьшения третьего периода, являющегося наиболее существенным составляющим в полном времени оказания помощи терпящим бедствие, не имеется никаких сведений ни в зарубежных патентах и информационных источниках, ни тем более в отечественных.

Следует отметить и еще по крайней мере два существенных недостатка рассматриваемого способа, касающихся влияния на увеличение времени плохих погодных условий и необходимости на завершающем этапе производить поиск терпящих бедствие в радиусе от 5 до 20 км, обусловленный точностью определения географических координат работающих радиобуев.

Целью изобретения является повышение эффективности спасения терпящих бедствие путем сокращения до минимально возможного времени оказания целенаправленной первичной помощи от момента санкционирования задействования поисково-спасательных служб до прибытия помощи на место события и обеспечение всепогодности реализации всех проводимых операций в этот период времени.

Поставленная цель достигается преимущественно во взаимодействии с подробно рассмотренной международной системой поиска и спасения благодаря следующим новым существенным отличительным признакам в совокупности с уже известными, а именно: в качестве летательного аппарата используют оснащенный бортовым радиоэлектронным оборудованием и парашютом беспилотный гиперзвуковой планер, запуск которого производят с помощью ракеты-носителя с предварительным вводом в ее систему управления полетного задания, причем при достижении ракетой в граничной точке активного участка траектории баллистических параметров, соответствующих полетному заданию, отделяют и переводят планер в режим гиперзвукового планирования, а после захвата радиолокационным оборудованием радиосигнала бедствия совершают торможение планера до дозвуковой скорости и высоты полета, обеспечивающих парашютирование полезного груза к месту события, и в этот момент времени осуществляют сброс груза, после чего с временной задержкой или по уровню уменьшения радиосигнала бедствия подают команду на выполнение планером маневра "горка", при этом, когда произойдет изменение направления вектора скорости планера на противоположное, производят задействование его парашюта.

Дополнительно к основной цели в предложенном способе, в случае оказания помощи терпящим бедствие в водной среде и в развитие указанных операций предлагаются действия, направленные на достижение положительных эффектов, заключающихся в спасении планера для его участия в последующих спасательных работах, путем увеличения плавучести планера в период его спуска с помощью парашюта на водную поверхность, а также в предоставлении терпящим бедствие в этих условиях дополнительных средств спасения за счет использования планера в качестве спасательного судна и направления его на место события по радиосигналу бедствия.

Предварительные расчеты показали на то, что совокупность существенных признаков, характеризующая предложенный способ, позволяет в конечном счете в несколько раз сократить полный период времени от начала подачи сигнала бедствия до прибытия первой помощи на место происшествия и тем самым повысить эффективность использования способа для сохранения человеческих жизней в аварийных ситуациях.

Практическая реализация существенных признаков, отличающих предложенный способ от известного, не представляет технических сложностей, так как каждый из них в отдельности имеет аналоги, а достигаемый положительный результат обеспечивается только при обязательном выполнении последовательности всех действий над материальными объектами, входящими в способ и составляющими единое неразрывное целое в решении поставленной задачи.

Аналогом использования в качестве летательного аппарата гиперзвукового планера, оснащенного бортовым радиоэлектронным оборудованием и парашютом, запуск которого производят с помощью ракеты-носителя с предварительным вводом в управление ракетой полетного задания может служить транспортно-космический аппарат "Спейс шаттл", предназначенный для выведения полезных нагрузок космических самолетов "Дискавери", "Атлантик" и др. на околоземные орбиты (например, AIAA Atmos, Flight Mach. Conf 7. Minneapolis, Minn. Aug. 15-18, 1988, Соllect. Techn. Pap. Waschington. D. C. 1988-С, 265-283) с последующим возвращением их на Землю. Учитывая, что космические самолеты решают более сложную задачу, чем гиперзвуковой планер, использование последнего в предлагаемом способе не представляет каких-либо проблем по технической реализации как одного из средств, обеспечивающих достижение конечного результата.

Отделение планера в момент достижения ракетой в граничной точке активного участка траектории баллистических параметров, соответствующих полетному заданию, определяется зависимостью дальности полета от трех параметров: начальной скорости, начальной высоты и начального угла наклона траектории в момент отделения полезного груза (планера) от ракеты, причем заданную дальность можно получить при различных сочетаниях этих параметров (например, А. М. Жаков "Управление баллистическими ракетами и космическими объектами", М. 1974, Военное издательство МО СССР, стр. 40).

В предлагаемом способе, при введении полетного задания в систему управления ракетой, необходимо скорректировать задаваемые значения баллистических параметров в граничной точке активного участка траектории с учетом аэродинамического качества планера, пропорционально которому увеличивается дальность полета (А.К. Мартынов "Прикладная аэродинамика", издательство "Машиностроение", М. 1972, с. 384- 386).

Процесс отделения частей летательного аппарата, которые всесторонне изучены, а средства, применяемые для этого, экспериментально отработаны и нашли широкое применение в ракетной технике (например, К.С. Колесников и др. "Динамика разделения ступеней летательных аппаратов", М. "Машиностроение", 1977, с. 6-33, а также Демешкин ВС.В. Ильин В.А. "Некоторые особенности процесса разделения летательных аппаратов вблизи момента разрыва связей". Уч. зап. Центр. аэрогидродинамического института. 1980, 11, N 5, с. 61-65).

Перевод планера в режим гиперзвукового планирования осуществляется путем придания ему такого положения, когда угол наклона планера к горизонту равен нулю, что предопределяет плавный спуск с высот порядка 40-50 км по вытянутой наклонной траектории под действием своего веса и с использованием аэродинамического качества, и создает условия, предотвращающие самопроизвольный переход планера на полет по баллистической траектории.

Время преодолением планером расстояния до места события на порядок меньше в сравнении с полетом на то же расстояние современных самолетов вследствие в несколько раз большей средней скорости.

Захват бортовым радиоэлектронным оборудованием планера аварийного сигнала от работающего радиобуя современная электронная техника позволяет произвести не менее чем за 180-200 км (например, "Итоги науки и техники", том 11, "Бортовое радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов", М. ВИНИТИ, 1990, с. 42), вполне достаточным для торможения планера до требуемых значений дозвуковой скорости и высоты полета, обеспечивающих парашютирование полезного груза к месту события.

Для торможения планера применим, например, аэродинамический тормоз, представляющий собой щитки, выдвигаемые из корпуса летательного аппарата в набегающий поток воздуха ("Collet. Techn. Pap. Waschington, 1989, 34-37).

Установление момента времени достижения дозвуковой скорости и высоты полета сброса полезного груза может быть осуществлено на основании реализации в бортовом радиоэлектронном оборудовании метода прогноза в сочетании с численным методом, для первого из которых характерно введение обратных связей по оценке плотности воздуха и аэродинамического качества, в данном случае планера, а для второго контроль располагаемой энергией, являющейся критерием определения скорости, а по производной от нее высоты полета (например "Astronaut Sei", 1988, N 1-2).

При работе в дальнейшем бортового радиолокационного оборудования в режиме самонаведения (например, Л.П. Лазарев "Оптико-электронные приборы наведения". М. "Машиностроение", 1989, с. 165-167) планер выводится точно на радиобуй, в связи с чем, в отличие от способа по системе "КОСПАС-САРСАТ" нет необходимости проводить поиск места события, связанного с точностью определения географических координат радиобуя, а, следовательно имеет место дополнительный выигрыш по времени оказания помощи потерпевшим аварию.

Выполнение планером маневра "горка" относится к известным фигурам пилотажа самолетов и представляет собой кратковременный полет по восходящей траектории (например, "Политехнический словарь", М. Издательство "Советская энциклопедия", 1980, с. 126, соответствующая статья). Во время отделения, перевода в гиперзвуковое планирование, совершения маневра "горка" управление и стабилизация планера выполняются аэродинамическими органами управления, применяемыми в самолетах (например, Н.Ф. Краснов, В.Н. Кошевой "Управление и стабилизация в аэродинамике", М. Высшая школа, 1978, 75-84).

Задействование парашюта планера на последнем завершающем этапе проводимых операций по предложенному способу, когда произойдет изменение направления вектора скорости планера на противоположное, дает возможность произвести раскрытие парашюта при малых перегрузках и тем самым применить на выбор практически любую из ранее разработанных систем парашютирования, предназначенных для подобного рода летательных аппаратов (например, "AIAA 5th Sounding Technol Conf. Houston, Tex. 1979, Collect. Techn. Pap. 1979, 214-218).

При доставке полезного груза на водную поверхность по предложенному техническому решению производят увеличение плавучести планера во время его спуска на парашюте. В этом случае планер будет обезопасен от затопления и останется пригодным для дальнейшего использования. Средства для выполнения данной операции применимы из широко известных, например надуваемые сжатым газом эластичные емкости в виде трубок, которые могут быть помещены в корпус объекта (например, "AIAA 5th Sounding Rocket Technol Conf. Houston, Tex. 1979, Collect. Techn. Pap. S. L. 1979, р. 160-166).

Использование планера в качестве спасательного судна и направление его к месту аварии на радиосигнал бедствия производится в автоматическом режиме, путем введения в действие располагаемого на планере собственного движителя с временной задержкой после взаимодействия планера с водной поверхностью. Крылья планера могут служить для придания ему устойчивости при движении по воде на радиосигналы бедствия радиобуя, причем прекращение работы движителя производится по достижению определенного порогового уровня этого сигнала, принимаемого бортовым радиоэлектронным оборудованием планера. В результате терпящие бедствие получают дополнительное средство для своего спасения.

Таким образом, совокупность существенных признаков в предложенном способе, направленная на обеспечение достижения оговоренного ранее положительного эффекта, обладает новизной и промышленно применима, так как для ее реализации имеются все необходимые технические предпосылки.

Помимо технической реализации предложенного способа должны быть проведены определенные организационные мероприятия в отношении применения поисково-спасательных, входящих как единое целое в международную спутниковую систему поиска и спасения, обусловленные тем, что сам способ предназначен только для оказания целенаправленной первой помощи для повышения выживаемости находящихся в экстремальных условиях, предопределяя таким образом необходимость последующей эвакуации пострадавших с места события уже для оказания им квалифицированной медицинской помощи.

В связи с этим, представляется целесообразным создать ряд взаимосвязанных комплексов средств спасения, распределив их по зонам региональной ответственности за спасение потерпевших аварию в каждой из них и закрепив зоны за странами, взявшими на себя обязанность в рамках международной спутниковой системы поиска и спасения, проведения спасательных операций.

Кроме регионального диспетчерского пункта, предназначенного для поддержания постоянной связи с координационным центром системы, в зонах должны быть расположены по крайней мере не менее трех эшелонов комплексов средств спасения, разнящимся между собой оснащенностью и снабженными:
ракетоносителями с гиперзвуковыми планерами;
авиацией (вертолетами, самолетами);
надводным и наземным транспортом.

При получении от координационного центра санкцию на предпринятие мер спасения, региональный диспетчерский пункт дает команду на запуск ракеты-носителя с гиперзвуковым планером, а затем одновременно или с небольшой задержкой им производится задействование других средств спасения, тип которых зависит от характера местности, где произошла авария.

Такая последовательность действий преследует цель поддержать жизнедеятельность пострадавших доставкой к месту события полезного груза гиперзвуковым планером, а затем произвести эвакуацию пострадавших. Несомненно, последовательность проводимых операций, до минимума сокращает время оказания помощи терпящим бедствие и повышает ее эффективность с наиболее высокой вероятностью достижения ожидаемого положительного результата.

Следует особо подчеркнуть дополнительные преимущества использования в качестве летательного аппарата беспилотного гиперзвукового планера, позволяющего вследствие меньшей массы (по расчетам составляющей около 5,8 т при комплексе спасательных средств на 350 человек) по отношению к массе аналогов космических кораблей (например "Буран" 105 т, см. "Итоги науки и техники", серия "Ракетостроение и космическая техника", том 11, М. 1990, ВИНИТИ, с. 35) применить двухступенчатую ракету-носитель на базе твердотопливных двигателей мобильных ракетных комплексов с ракетами типа СС-20 с дальностью полета до 2500-3000 км. Такая ракета-носитель, как очевидно, будет обладать более высокими эксплуатационными характеристиками, чем ракеты-носители на жидком топливе ("Восток" "Энергия", "Тор" "Сатурн-5"), указанными выше в материале данной заявки, а для ее доставки на место дислокации применим практически любой вид транспорта.

Кроме того появляется возможность значительной экономии материальных ресурсов, осуществление конверсии оборонных НИИ и предприятий без изменения их профиля научно-производственной деятельности, чем предопределен со всей очевидностью коммерческий успех предложенного способа, являющегося новым прогрессивным шагом в развитии способов спасения терпящих бедствие.

Claims (3)

1. СПОСОБ СПАСЕНИЯ ТЕРПЯЩИХ БЕДСТВИЕ, преимущественно во взаимодействие с международной спутниковой системой поиска и спасение, включающий прием искусственными спутниками Земли аварийного сигнала с места события, установление его географических координат станциями приема и обработки информации, передачу этих данных координационному центру и запуск по санкции центра поисково-спасательной службой летательного аппарата с полезным грузом, доставку и сброс летательным аппаратом груза с помощью парашюта на место события, отличающийся тем, что в качестве летательного аппарата используют оснащенный бортовым радиоэлектронным оборудованием и парашютом беспилотный гиперзвуковой планер, запуск которого производят на ракете-носителе с предварительным вводом в систему управления ракетой полетного задания, причем по достижении ракетой в граничной точке активного участка траектории баллистических параметров, соответствующих полетному заданию, отделяют и переводят планер в режим гиперзвукового планирования, а после захвата радиолокационным оборудованием радиосигнала бедствия совершают торможение планера до звуковой скорости и высоты полета, обеспечивающих парашютирование полезного груза к месту события, и в момент времени осуществляют сброс груза, после чего с временной задержкой или по уровню уменьшения радиосигнала бедствия подают команду на выполнение планером маневра "горка", при этом, когда произойдет изменение направления вектора скорости планера на противоположное, производят задействование его парашюта.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в случае доставки полезного груза на водную поверхность в период спуска планера на парашюте производят увеличение его плавучести до положительной.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при приводнении используют планер в качестве спасательного судна и направляют его к месту события на радиосигнал бедствия.