СПОСОБ ВОЗДЕЙСТВИЯ С ВОЗДУХА НА ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ, ВРЕДНЫХ НАСЕКОМЫХ И АТМОСФЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
METHOD FOR ATTACKING FOREST FIRES, DESTRUCTIVE INSECTS AND ATMOSPHERIC AGENTS FROM AIR

Способ воздействия на лесные пожары, вредителей или атмосферные явления из воздуха характеризуется тем, что на первом этапе, по крайней мере, один продукт или смесь продуктов, которые могут быть использованы для лесных пожаров, вредителей или атмосферных явлений, загружаются или изготавливаются на борту самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом; на втором этапе упомянутый продукт содержится в хранилище с крыльями для планирования и управляющими закрылками, оборудованном прецизионным устройством управления; на третьем этапе хранилище выбрасывается из самолета-заправщика, и планирующее хранилище направляется в точку выброски груза; на четвертом этапе из хранилища извлекается продукт, который направляется в точку выброса, и на пятом этапе планирующее хранилище восстанавливается для последующего повторного использования.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящее время пожаротушение с воздуха осуществляется с использованием самолетов (гидропланов или сухопутных самолетов) и вертолетов, которые перевозят воду и сбрасывают ее в очаг пожара, обычно с химическими добавками, такими как замедлители точки закипания воды или пенообразователи, создающими препятствия для возгорания после распространения смеси.
В случае с борьбой с насекомыми используются легкие самолеты, выбрасывающие пестициды или инсектициды в точке сброса.
В случае воздействия на атмосферные явления используются самолеты от средней легкости до тяжелых или даже ракеты.
Процесс должен осуществляться на очень малой высоте и в условиях «визуального полета», то есть в дневное время при полной видимости пожара или области проведения дезинсекции и с учетом орографии местности.
По окончании разбрасывания продукта над областью самолет должен вернуться для дозаправки. В случае с пожарами, использовании воды из болот, озер или ближайшего моря для гидропланов или вертолетов или в аэропорту, на аэродроме или на подготовленном для этой цели месте, в случае с сухопутными самолетами, но в зависимости от географической местности и инфраструктуры зоны возгорания, среднее время, необходимое самолету для повторного возвращения в место сброса, может быть установлено в пределах не менее пятнадцати минут.
В случае фумигации или воздействия на атмосферное явление легким самолетам и авиеткам необходимо вернуться на базу для перезаправки продуктами для сброса, для чего можно предположить, в зависимости от расстояния до указанной базы, значительное время перерыва между следующими друг за другом операциями, принимая во внимание и тот факт, что указанные феномены в определенных случаях могут распространяться (например, нашествие саранчи, ураганные тучи), что также увеличивает время между операциями.
2
2
В случае с лесными пожарами, в отношении эффективной площади тушения, которую способен охватит один гидросамолет, она также зависит от различных сложных факторов, которые трудно оценить, какими, например, являются состояние горящего лесного фонда, ветер, распространение дыма и возникающая турбулентность, а также высота и давление, с которым производится сброс, которые в свою очередь могут зависеть от орографического окружения и, конечно же, от объема жидкости, которую в состоянии перевозить самолет, а он может варьироваться от 500 до 6 тыс. л, а также имея в виду самолеты с большей вместимостью, возможности которых ограничены с точки зрения маневренности из-за их размеров, особенно на очень низкой высоте, и, более того, из-за своего большого размера они являются наземными самолетами, которые требуют развития значительного объема инфраструктуры для их эксплуатации. Кроме того, время их реагирования и поворота гораздо больше, чем у самолетов среднего и малого размеров, и, следовательно, только последние являются на самом деле эффективными в определенных географических и орографических условиях. Поэтому в рамках исследований, о которых идет речь, указывается, что полезная площадь тушения составляет в пределах от 500 м для вертолетов или малых самолетов до 2 тыс. м в лучшем случае для самолетов среднего размера. В любом случае статистика и данные по этой теме недостаточны, разрозненны и даже противоречивы в зависимости от источника, будь то конструкторы самолетов и их подрядчики, или, с другой стороны, авиаоператоры и официальные авиационные структуры.
В случае распыления используются авиетки, которые обладают сравнительно малой маневренностью и автономностью, кроме того, что они должны летать на очень низкой высоте и быть максимально загружены, что обычно приводит к достаточно высокой рискованности полета.
Действия в отношении метеорологических явлений проводятся посредством авиеток или традиционных самолетов, которые нередко в данном случае, например, при воздействии на грозовой фронт предполагают риски, связанные с операциями в воздухе.
Очевидно, что воздушные средства борьбы с лесными пожарами и метеорологическими феноменами очень важны, в то время, как давление, возможность сброса и его объем являются самыми важными факторами для достижения максимальной эффективности.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Каждое лето на севере или юге различные средства массовой информации сообщают нам об опустошении различных регионов земного шара разрушительными лесными пожарами и о чувстве беспомощности и превышении возможностей властей и различных средств, используемых для борьбы с бедствием, в связи с их величиной.
Настоящее изобретение разработано в данном контексте и с учетом глобального потепления, становящегося все более и более распространенным, очевидным и обеспокоивающим по причине внезапных и быстрых изменений воздушных масс, вызывающих экстремальные температуры, которые в летнее время приводят к опустошающим лесным пожарам, тяжело поддающимся контролю и тушению, как в воздухе, так и на земле.
С такими же проблемами сталкиваются и в определенных районах, в особенности в горных, где вредоносные насекомые и паразиты, такие как походный шелкопряд, уничтожают леса.
Точно так же такие явления, как град, уничтожающие урожай в большинстве случаев до его сбора, обычно приносят разорения фермерам.
Учитывая все эти аспекты, очень важно разработать новый способ воздействия на лесные пожары, вредителей или атмосферные явления из воздуха, используя современные технологии, которые предоставят новые решения для преодоления ограничений традиционных авиационных средств, таких как метеорологические ограничения (работа только в дневное время, облачность, туман, ветер и т.д.), орографические ограничения (отсутствие доступа к зонам возгорания, опасность полетов) или рабочие ограничения (время реакции, промежутки между полетами).
Целью данного изобретения является способ воздействия на лесные пожары, вредителей или атмосферные явления, характеризующийся тем, что на первом этапе, по крайней мере, один продукт или смесь продуктов, которые могут быть использованы для лесных пожаров, вредителей или атмосферных явлений, загружаются или изготавливаются на борту самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом; на втором этапе упомянутый продукт хранится в хранилище с крыльями для планирования и управляющими закрылками, оборудованном прецизионным устройством управления; на третьем этапе хранилище выбрасывается из самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом, и планирующее хранилище направляется в точку выброски груза; на четвертом этапе из хранилища извлекается продукт, который направляется в точку выброса, и на пятом этапе планирующее хранилище восстанавливается для последующего повторного использования.
НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ ПРИМЕНЕНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
С точки зрения конкретного использования ниже будет предоставлен практический случай, связанный с тушением лесных пожаров, хотя настоящее изобретение с таким же успехом может применяться и для борьбы с нашествиями насекомых или метеорологическими явлениями.
Общее описание
На 78% атмосфера земли состоит из азота. Поэтому изобретатели посредством данного изобретения попытались задействовать естественный и неисчерпаемый источник данного инертного газа в деле тушения пожаров.
Существующие технологии получения жидкого азота из воздуха, посредством криогенных и других некриогенных способов, таких как абсорбция, и посредством мембраны позволяют получить данный газ, вес и объем которого дает возможность загружать его в воздушные суда, которые обладают достаточной для него емкостью.
Как только появляется возможность получить объемы жидкого азота, необходимые для проведения операции, он накапливается в резервуаре, который, в сущности, является резервуаром, который можно перемещать по воздуху и который оснащается комплексной системой наводки, снащенной лопастями, и системой навигации, дающей возможность управлять резервуаром с жидким азотом на месте пожара, где он выпускается с целью его превращения в облако газообразного азота на высокой скорости и в условиях низкой температура перед тем, как он вступит в контакт с поверхностью пожара.
Тушение происходит за счет кинетического эффекта, который оказывает облако азота на высокой скорости, за счет резкого снижения температуры, но прежде всего за счет вытеснения кислорода, необходимого для горения.
Установка, производство и накопление на борту
И хотя любое воздушное средство среднего или большого размера может обладать необходимой мощностью, наиболее подходящими самолетами являются воздушные средства, созданные для военных операций, с квадратным фюзеляжем и с пусковой установкой сзади, что позволяет загрузку и установку оборудования, необходимого для получения и накопления азота.
3
Транспортное средство с такими характеристиками может перевозить полезный объем от 200 м и полезный груз весом до 20 тыс. кг или более, чего достаточно для возможной установки одного или двух современных генераторов азота и дополнительной техники, необходимой для выполнения операции. Очевидно, что установка должна быть оптимизирована для максимального снижения веса и объема в связи с особыми характеристиками данной задачи, но это может быть с легкостью преодолено осуществлением специальной установки, помимо ее адаптации при указанном давлении и температуре окружающей среды.
Что касается обеспечения необходимой электроэнергии для функционирования данного оборудования, она может быть предоставлена самолетом, осуществляющим управление беспилотным самолетом, либо подачей электроэнергии с вспомогательного или основного генератора и/или с помощью топлива для автономных генераторов, производящих необходимую электрическую или механическую энергию.
Потоки произведенного на борту указанными выше генераторами сжиженного газа должны быть достаточными, чтобы соответствовать требованиям названной работы, допуская, что один или два из этих генераторов в состоянии обеспечить напор от 100 до 300 литров в минуту.
Кроме того, считается, что работа может быть выполнена на высоте более 10000 метров, далее признается, что даже если давление составляет 1/4 атмосферы, а температура ниже - 50°С, что сделает более эффективным сжижение азота, в особенности, при использовании криогенных способов, точно также упомянутое выше сжижение будет более экономичным с точки зрения энергии. Следует придать особое значение тому факту, что чистота азота не является определяющим фактором в предлагаемом исполнении, и поэтому ее можно не учитывать в значительной степени, что в то же время способствует упомянутой выше экономии и эффективности.
После получения азота на борту его хранят в предназначенных для этой цели контейнерах, которые должны быть гибкими и цилиндрическими; гибкими для того, чтобы сопротивляться перепадам давления и температуры во время их быстрого падения по направлению к точке сброса, а цилиндрическими для того, чтобы вставить их в жесткую и обтекаемую конструкцию с крыльями для планирования и управляющими закрылками и системами обнаружения.
Несмотря на то, что в соответствии с эксплуатационными требованиями потребуется некоторое количество, в настоящей работе рассматривается цилиндр диаметром 0,8 метра и длиной 3 метра, полезный объем которого содержит около 1500 литров жидкого азота (1200 кг).
Определение планирующего контейнера
Существует большое количество различных технологий, которые могут принимать во внимание, но принимая во внимание требования простоты, экономичности, надежности и осуществимости «технологической интеграции» к разработке, за основу принимаются технологии, которые в силу своего распространения и проверенности являются обычными в использовании в авиационной промышленности.
Всем известна технологическая эволюция от бомб свободного падения до бомб направленного действия, которая заключается в своей основе в обеспечении мобильности задних закрылок, обеспечивающих стабилизацию, и добавление в корпус бомбы системы наводки, которая своевременно направляет сигналы в закрылки с тем, чтобы обеспечить возможность изменения траектории бомбы, чтобы в результате достичь установленной цели на поверхности с минимальной вероятностью ошибки.
Первоначальная концепция сбрасываемого резервуара, который мы рассматриваем, это концепция направляемой бомбы, у который была модифицирована аэродинамическая поверхность с целью увеличения радиуса планирования. Но управляемая бомба является в сущности механизмом, предназначенным для использования в военных действиях, когда вопрос безопасности не рассматривается, т.е. после того момента, когда бомба покидает самолет, если что-то случиться и она отклониться от своей траектории, направленной на определенное место, не предусмотрено того, чтобы можно было исправить такое отклонение, таким образом, ввиду принципа своего действия и конструкции она фактически является автономной с момента ее сброса, хотя «надежность» этих устройств в практике военных действий и доказана, и является очень высокой.
В нашем случае, обстановка «гражданская» и «мирная», поэтому безопасность является самым важным фактором операции, и, следовательно, необходимо наделить сбрасываемый резервуар определенными характеристиками направленных летательных аппаратов для дистанционного управления и/или управляемых самолетов с тем, чтобы его эксплуатация была полностью безопасна и защищена от каких-либо ошибок, отклонений или непредвиденных ситуаций с того момента, как сбрасываемый резервуар покинет самолет до того момента, когда он достигнет места назначения, и последующего маневра по перезагрузке снаряжения.
Кроме радиуса планирования, который анализируется ниже, эти дополнительные характеристики в сфере безопасности заключаются в следующем.
1. Способность передачи в режиме реального времени данных, относящихся к траектории полета резервуара, что позволяет их контролировать и поправлять с самолета-носителя и/или с земли.
2. Автоматическая возможность идентификации и уклонения от других движущихся в воздухе объектов.
3. Автоматическая возможность уклонения от какого-либо столкновения с наземными объектами.
4. Способность подбора безопасным и эффективным образом фюзеляжа со снаряжением после сброса полезного груза.
5. Наличие «аварийного режима», с помощью которого, вручную или автоматически, полет планирующего контейнера прекращается после сброса в воздух его полезного содержимого, а его фюзеляж с оборудованием восстанавливается.
Все эти возможности будут разработаны и определены в ходе описания способа.
Сброс и полет
Несмотря на то, что рассматриваемые варианты и модификации изменяются, когда планирующий контейнер сбрасывается в воздух, если, как это было разъяснено ранее, имеется самолет с задней створкой, эта задняя створка будет использоваться для сброса, сокращая до минимума необходимые модификации самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом. Сброс может быть осуществлен с помощью тормозного парашюта или катапульты, и/или наклонного трапа с гидравлическим или пневматическим управлением.
Способность управления траекторией полета в воздухе существенно зависит от аэродинамической конструкции и системы наведения, а также от высоты и способа сброса.
В данном конкретном исполнении предполагается максимизировать эту способность, поэтому контейнер, содержащий жидкий азот, составит часть «фюзеляжа», и, находясь в его задней части, будет включать все навигационное оборудование и оборудование системы наведения, а управляющие закрылки будут использовать планирующие крылья для увеличения способности планирующего полета всей системы. Что касается соответствующих аэродинамических поверхностей, практическая дальность полета планера может составлять до 50 километров, если он сброшен в воздухе на достаточной высоте, таким образом, как уже было сказано ранее, в случае, если рабочая высота будет более 10000 метров, следовательно, считается, что диапазон индуктивного сопротивления составит 1:5, что довольно мало, поэтому необходимые аэродинамические поверхности, достигшие упомянутого диапазона индуктивного сопротивления, будут достаточно малых размеров и, по этой причине, скатятся в фюзеляж во время процесса на борту, а с целью сбережения пространства упомянутые закрылки раскроются в воздухе.
Во время полета планирующего контейнера электроэнергия, необходимая для работы электронного оборудования и запуска управляющих закрылков, будет обеспечиваться батареями и/или ветроэлектрическим генератором пропеллера, установленного снаружи фюзеляжа.
Точно также, аэродинамические характеристики упомянутого фюзеляжа должны быть таковы, чтобы обеспечить соответствие эксплуатационных скоростей необходимым операциям, то есть, с одной стороны, специально для подъема на большую высоту не должны превышать 80 числа Маха во избежание внутренних проблем, связанных с возникновением скачков уплотнения и снижением маневренности, и, с другой стороны, для управления электроэнергией во время спуска при планирующем полете для достижения точки сброса на достаточно высокой скорости для осуществления максимально эффективного выброса азота и последующего восстановления транспортного средства, по сравнению с превышением скорости, которое может повлиять на его маневренность на малой высоте. Таким образом, аэродинамическая конструкция транспортного средства должна обеспечивать достижение и удержание диапазона спуска при планирующем полете между 300 и 400 узлами (550-740 км/час).
Направление
Существуют различные технологии, которые должны приниматься во внимание для направления с необходимой точностью контейнера, заполненного жидким азотом в определенную зону возгорания.
Среди прочих могут приниматься во внимание следующие технологии1
1. Лазерный целеуказатель, в этом случае лазерный луч фокусируется в желаемом участке, куда необходимо направить транспортное средство, приемник на борту получает отраженные сигналы лазера и посылает команду направить транспортное средство к участку фокусировки лазерных лучей, неудобство способа состоит в том, что лазерный целеуказатель не совсем автономен, поскольку в течение всего полета лазер должен быть сфокусирован на транспортном средстве для достижения желаемого участка.
2. Телевизионное управление, в этом случае телевизор устанавливается на транспортном средстве и направляется к цели вручную или автоматически посредством полученных изображений; неудобством данного способа является то, что «цель» должна быть видимой по всей траектории транспортного средства, а в случае пожара, дым может скрывать очаг возгорания.
3. Автономная навигация, с помощью внутренней платформы, когда положение рассчитывается акселерометрами, установленными на инерциальных платформах, которые измеряют и интегрируют производимые ускорения в три оси, рассчитывают положение транспортного средства при одном известном, хотя данная система автономна, в то же время она является менее точной, более объемной и более дорогой, чем спутниковая навигация.
4. Инфракрасное управление, транспортное средство направляется головкой самонаведения, чувствительной к инфракрасным лучам.
5. Спутниковая навигация, положение транспортного средства рассчитывается посредством сигналов, полученных со спутника.
В этом случае спутниковая навигация и инфракрасное управление рассматриваются с небольшими различиями как самые уместные, безопасные и надежные для достижения наших целей.
Для этого в задней части фюзеляжа контейнера с азотом устанавливаются антенны, приемные и обрабатывающие устройства, а также система управления, необходимые для приема сигналов со спутника и их преобразования в команды направляющим лопастям.
Операционный режим будет, с помощью наземного наблюдения, воздушным или в т.ч. с использованием информации, полученной со спутника, заключаться в определении географических координат того пункта, куда планируется направить сбрасываемый резервуар с полезным грузом азота, и в нашем случае это будут координаты пожара, который необходимо потушить.
После их получения координаты передаются в самолет, где посредством соответствующей панели управления они вводятся в память направляющего устройства сбрасываемого резервуара, а таким в соответствии с координатами места сброса вводятся координаты одного или нескольких первоначальных пунктов сброса, для чего на основе орографических и метеорологических данных, а также данных по движению фронта пожара планируется прохождение сбрасываемого резервуара с целью оптимизации эффекта сбрасывания. Самолет-носитель сбросит резервуар, когда маршрут, составленный на основе различных введенных координат, будет в пределах досягаемости сбрасываемого резервуара посредством планирования.
Первоначально, после того, как они оказываются в воздухе, после выпуска с самолета-носителя несущие резервуары полностью автономны с точки зрения наводки на цель без внешней помощи или корректировки, но в ситуации, которую мы рассматриваем, безопасность является более важным вопросом, чем сама операция, для чего необходимо обладать возможностью контролировать и по мере необходимости корректировать маршрут сбрасываемого резервуара в течение всех этапов полета.
Для этого устанавливается система «связи данных» между самолетом-носителем и сбрасываемым резервуаром, таким образом, чтобы базовые параметры полета и следующие друг за другом положения резервуара передавались в режиме реального времени на экран самолета-носителя, а он в свою очередь направляет данные в сбрасываемый резервуар с тем, чтобы если это потребуется, исправить его маршрут или даже, как это будет описано ниже, прервать его полет. Таким образом, обеспечивается возможность использования первой из дополнительных возможностей с точки зрения безопасности, которые были перечислены выше в разделе Описание сбрасываемого резервуара.
При использовании в качестве системы навигации данных спутника единственный механизм, который действует на практике, - это GPS. GPS может работать на расстоянии в 15 м, что составляет возможную погрешность нашего сбрасываемого резервуара в пункте сброса своего полезного груза после его направления с самолета-носителя.
В ближайшем будущем вместо использования американской системы навигации GPS можно будет использовать европейскую систему Galileo, которая позволит добиться более высокой точности навигации.
В целях, которые преследуются, а именно тушение зоны лесного пожара, максимальная погрешность в 15 м в отношении расчетного пункта сброса оказывает влияние на окончательные результаты тушения, которое можно рассматривать как незначительное, прежде всего, если учитывать то, что размеры зон, в отношении которых проводится тушение, гораздо больше такого расстояния.
Несмотря на это, необходимо учитывать то, что, с одной стороны, лесной пожар является «живым существом», которое в зависимости от неожиданных обстоятельств, таких как морфология лесной массы, орография местности и перемены погоды, может внезапно менять свою интенсивность и направление движения, и что, с другой стороны, с того момента, когда определяются координаты, до того времени, когда происходит сброс полезного груза в соответствии с данными координатами, может пройти несколько минут, которые необходимы для реагирования системы и времени полета сбрасываемого резервуара, поэтому с целью корректировки пункта сброса и его оптимизации резервуар оснащается поисковым наконечником, воспринимающим инфракрасные лучи и телеметрическим лазером.
Как поисковый наконечник, так и дальномер активизируются на заключительном этапе полета на основе установленных координат, поисковое устройство, воспринимающее инфракрасные лучи, выдает соответствующие команды направляющим лопастям для корректировки установленной траектории таким образом, что резервуар и его полезный груз будут «наведены» на наиболее активный инфракрасный очаг, который находится в близости установленных координат. Таким же образом телеметрический лазер используется с тем, чтобы сброс жидкого азота производился на оптимальной дистанции от вышеуказанного очага инфракрасных лучей в целях достижения максимально возможного действия азота по тушению. Это дополнительно отражается на точности сброса, которая является самым важным фактором с точки зрения достижения максимальной эффективности сброса.
Сброс и тушение
Прибыв в пункт сброса, резервуар выпускает весь свой заряд резким и точечным образом, концентрируясь на зоне тушения, таким же образом, как это делают в настоящее время самолеты и вертолеты с их грузами воды с замедлителем возгорания или пенообразователем, но в нашем случае в большей точностью и с гораздо большей скоростью.
В отношении эффективности жидкого азота при тушении в сравнении с водой можно провести первоначальное сопоставление, т.е. если рассмотреть ситуации, когда два равных объема, один - воды с соответствующими добавками, а другой - жидкого азота, сбрасываются в одинаковых условиях для тушения определенного пожара, вода - традиционным способом, а жидкий азот с помощью сбрасываемого резервуара, можно предположить, что в самом худшем случае территория, потушенная с помощью азота, будет равняться той, которая потушена с помощью того же объема воды.
Все это без учета того, что, с одной стороны, давление выброса будет максимально возможным, т.к. уже упоминалось в предыдущем разделе, обеспечивается возможность направления нашего заряда в центр очага инфракрасного излучения, который планируется потушить, и, кроме того, возможен спуск заряда с оптимальной дистанции. Также необходимо упомянуть о другом второстепенном эффекте, которые способствует тушению, а именно - о конденсации в результате охлаждения паров воды, после того, как азот выбрасывается в воздух при очень низкой температуре.
Итак, как и в случае с водой, что реально достигает поверхности, в зависимости от высоты сброса, это смесь жидкого распыленного и газообразного азота, а также в нашем случае паров воды, все это соприкасается с горящей поверхностью на скорости в три раза выше, чем водная смесь, и при температуре на 100 градусов меньше, чем в случае с водой, и, кроме всего этого, можно с уверенностью утверждать, что на практике площадь, потушенная определенным объемом жидкого азота, будет всегда на какой-то процент больше, чем площадь, потушенная тем же объемом воды.
В данных целях рассмотрим сбрасываемый резервуар с конструкцией, описанной выше, т.е. объемом в 1500 л полезного груза, который достигает пункт сброса в вертикальном положении или в положении близком к вертикальному, сбрасывая весь свой заряд вертикально, концентрировано на очаг пожара и с дистанции, достаточной для того, чтобы весь жидкий азот превратился в газообразный при низкой температуре до контакта с горящей поверхностью, все это с учетом теоретических расчетов, при этом при проведении анализа необходимо помнить, что на практике ситуации может быть сложнее.
3
3
Если рассматривать ситуацию, когда данный газообразный азот распределяется единообразным и шарообразным образом, можно утверждать, что теоретически 1500 л жидкого азота превращаются в сферу с диаметром в чуть больше 15 м с объемом в 1036,5 м (1 л жидкого азота =0,691 м газообразного азота).
2
И хотя, как было показано вначале, эффективная площадь тушения может зависеть от различных факторов, таких как орография или вид растительности и т.д., упомянутая сфера радиусом в 7,9 м и за счет центробежного расширения газов при вертикальном воздействии на большой скорости на поверхность может достичь радиуса тушения в 2-3 раза выше указанного диаметра сферы, т.е. по скромным оценкам площадь окружностью с радиусом в 15-20 м, что дает нам полезную потушенную площадь размером в 700-1300 м, таким образом, воздействие 1500 л жидкого азота на горящие площади находится примерно в том же диапазоне, который описывался ранее в результате сброса воды с традиционно применяемых для этого воздушных транспортных средств.
Первоначально планировался теоретически вертикальный сброс, но на практике в большинстве случаев будет полезнее программировать с точки зрения удобства навигации спускаемого резервуара с тем, чтобы он достиг места спуска на низкой высоте, в положении, параллельном (или в близком к нему положении) в отношении поверхности, и в этом смысле параллельно приближающемуся пожару, тушение которого производиться, чтобы сброс осуществлялся образом, схожим с тем, как это делают в настоящее время самолеты и вертолеты.
В данном случае, площадь тушения будет равной или больше площадей, которые рассматривались в предыдущем случае с вертикальным сбросом.
Подбор
После сброса полезного груза необходимо подобрать снаряжение, во-первых, чтобы избежать его падения на землю и нанесения какого-либо ущерба, и, во-вторых, т.к. это снаряжение отличается значительной экономической стоимостью, для его повторного использования при последующих сбросах. Поэтому сбрасываемый резервуар оснащен парашютом для его подбора и воздушным мешком безопасности или подобным ему устройством, которое раскрывается автоматически после сброса груза, посредством чего реализуется возможность №4 в сфере безопасности, указанная среди других в разделе Описание сбрасываемого резервуара.
В соответствии с анализом в предыдущем разделе, с точки зрения эксплуатации любой угол средний между вертикальным и горизонтальным сбросом может рассматриваться на момент использования устройства, единственным отличием будет способ подбора. С этой целью можно рассмотреть два сценария подбора снаряжения, в то время как в случае с приближением с острым углом, т.е. вертикальным углом, спасательный парашют раскрывается одновременно с выпуском груза, что придает грузу дополнительный толчок в направлении к поверхности, а в последствии до соприкосновения с землей надуваются воздушные мешки с целью защиты бортового снаряжения при приземлении.
В случае с тупым углом снижения, т.е. горизонтальным или почти горизонтальным сбросом, воздушное транспортное средство программируется таким образом, что прямо в момент сброса и, используя его высокую скорость, проводится маневр вертикального подъема одновременно с выпуском заряда, что придает ему, как и в предыдущем случае, дополнительный толчок в направлении к поверхности. В данном случае используется остаточная скорость для достижения высоты от земли, и при достижении достаточно безопасной высоты раскрывается парашют и соответствующие воздушные мешки таким образом, что встречный ветер позволяет подобрать все снаряжение в зоне, еще не пострадавшей от пожара.
В нормальных условиях, последовательность действий для подбора снаряжения проводится автоматически после спуска, но также есть возможность «режима действий в чрезвычайной ситуации», которая упоминалась в списке дополнительных возможностей в сфере безопасности №5 в разделе Описание сбрасываемого резервуара, таким образом, что есть возможность проведения последовательности действий по подбору снаряжения в ручном режиме, в любой момент полета, если на самолете-носителе и/или в центре наземного контроля, если в результате каких-либо обстоятельств или непредвиденных происшествий, оказывающих влияние на безопасность, будет принято решение о прекращении полета сбрасываемого резервуара, в таком случае производится сброс азота в воздух и открывается воздушный мешок.
Идентификация и безопасность
В связи с необходимостью навигации контейнера в воздушном пространстве он должен быть оснащен снаряжением для идентификации и средствами обеспечения безопасности во избежание каких-либо рисков воздушной навигации, а также для исключения того, чтобы полезный груз и/или содержащий его контейнер со снаряжением могли в результате какого-либо сбоя достичь поверхности в месте и/или в виде, не предусмотренном программой.
Для этого воздушный контейнер будет снаряжаться ретранслятором, который является стандартным авиационным оборудованием, который передает электронный код, посредством которого наш резервуар идентифицируется и беспрерывно отслеживается после сброса из самолета-носителя радарами наземного воздушного контроля и дополнительно, как это было описано выше, самолетом-носителем (дополнительная возможность в сфере безопасности №1 в разделе Описание сбрасываемого резервуара).
Таким же образом, контейнер также снаряжается системой TCAS (система предотвращения столкновений в воздухе), которая тоже является стандартным оборудованием на борту коммерческих авиалайнеров и которая определяет и обрабатывает на взаимной основе коды, передаваемые ретрансляторами приближающихся друг к другу самолетов, таким образом, что на основе символов на навигационных экранах, звуковых сигналов через динамики и/или наушники, и, наконец, посредством подлежащих выполнению команд проводится выдача предупреждений и инструкций с тем, чтобы экипаж предпринял действия во избежание столкновения.
Данная система действует как средство обеспечения безопасности при осуществлении воздушного движения, и в случае какого-либо непредвиденного отклонения от траектории полета самолета, нескоординированных действий со стороны системы контроля воздушного движения или какого-либо другого непредвиденного или неожиданного события, когда два или более воздушных судна приближаются к друг друга на нежелательную дистанцию.
На своем заключительном четвертом этапе действия (три предыдущие этапа отличаются тем, что являются последовательными этапами предупреждения), система TCAS действует таким образом, что если проводится расчет того, что другой самолет находится в ее траектории или находится в достаточной близости от нее, дается команда в отношении вертикального планирования, а экипажам двух самолетов необходимо разойтись в воздухе, т.е. чтобы один самолет сохранял или увеличил высоту полета, а другой, наоборот, сохранял или снизил высоту полета, таким образом, чтобы самолеты не сближались на расстояние, которое может быть опасным.
В случае, который рассматривается нами, мы располагаем сбрасываемым резервуаром, чья базовая траектория заключается в постоянном снижении до точки контакта, поэтому необходимо спрограммировать логику системы TCAS так, чтобы она автоматически выдавала соответствующие команды лопастям сбрасываемого резервуара с целью изменения его траектории в маловероятном случае, который был описан ранее, пересечения с воздушным судном на пути своего следования.
Если команда будет заключаться в ускорении снижения в результате какой-либо проблемы, это будет выражаться в увеличении скорости, а позже будет проведена корректировка для принятия новой траектории в направлении к цели после определения приближающегося авиационного транспорта.
Если, в обратном случае, команда будет заключаться в поддержании или увеличении высоты, контейнер будет должен, с учетом большой высоты своей эксплуатации, обладать достаточной способностью по поддержанию или увеличению до указанной высоты, пока не будет достигнуто расстояния, безопасного в отношении движения другого воздушного транспорта, в таком случае отменяются ограничения и возобновится автоматический полет до места контакта.
В данном втором случае и как дополнительный элемент безопасности, чтобы смягчить какой-либо возможный сбой с точки зрения способности проведения маневра по увеличению высоты сбрасываемого резервуара, есть вариант модификации логики программы TCAS с тем, чтобы во время, когда генерируются команды в отношении вертикального планирования, он выполнял в свою очередь горизонтальное планирование таким образом, чтобы максимально возможно увеличить минимальное расстояние, на котором будут находиться два воздушных судна. С учетом вышеуказанного реализуется дополнительная возможность №2 в сфере безопасности из списка, приведенного в разделе Описание сбрасываемого резервуара.
Таким же образом, с целью обеспечения видимости как в дневное время, так и ночью, в течение всего времени своего полета резервуар оснащается стандартными световыми сигналами, как любой другой летательный аппарат, т.е. навигационными световыми сигналами, сигналами типа «маяк» и сигналами типа «вспышка» (стробоскопического типа). Таким же способом и с такой же целью обеспечения видимости нашего контейнера, в данном случае в дневное время, он оснащается генератором огненного следа, генератором фумигационного типа, работающим на основе конденсации и/или возгонки, с возможностью в т.ч. использования им минимального объема жидкого азота, перевозимого на борту, в ситуации, когда он может служить нам для компенсации резких изменений давления и температуры, которые происходят при быстром снижении нашего сбрасываемого резервуара в отношении жидкого азота.
Мы провели анализ аспектов безопасности, связанных с воздушным движением, но также необходимо обеспечить, чтобы перевозимый полезный груз и/или весь сбрасываемый резервуар с соответствующим снаряжением могли, в случае какого-либо вида нежелательного сбоя или отклонения, достичь земли в месте и/или в виде, отличающихся от начально запрограммированного.
С этой целью еще раз используем оборудование, стандартное для коммерческой авиации, систему GPWS (Система предупреждения сближения с землей), которая по существу состоит из цифровой памяти в отношении наземной орографии и процессора, который постоянно рассчитывает будущее положение самолета на основе данных его текущего положения, предоставленных посредством навигационной системы GPS, параметров полета и определенных сложных алгоритмов. Если процессор рассчитает, что в будущей траектории самолета будет какой-либо барьер, он немедленно предупредит об этом экипаж посредством звуковых или световых сигналов, чтобы избежать столкновения.
В случае, который мы рассматриваем, необходимо использовать и упростить алгоритмы для данного типа проекта и сближения с поверхностью, которые осуществляет сбрасываемый резервуар, а сигналы будут трансформироваться в команды к исполнению для избежания столкновения с поверхностью и/или, в зависимости от обстоятельств, переходить в «режим действий в чрезвычайной ситуации».
Координация
В условиях полета, какого бы типа он не был, большое значение имеет его координация, поэтому в отношении совершенно нового вида летной операции, которую мы рассматриваем, ее координация является фактором, который необходимо скрупулезно проанализировать.
На практике, воздушные судна, которые используются для тушения пожаров, работают в условиях визуального полета и на низкой высоте, и хотя логично, что их полеты координируются соответствующими структурами контроля воздушного движения как в ходе операций взлета и посадки, так и при работе в зоне пожара, первоначально они не должны предполагать неудобство или препятствия с точки зрения воздушного транспорта, но эксплуатируются также в зонах пожаров, как и на аэродромах в соответствии с упомянутыми нормами визуального полета, и они отвечают за обеспечение дистанции с другими самолетами и с поверхностью земли, более того, при работе на низкой высоте вмешательство с точки зрения воздушного движения коммерческого авиатранспорта обычно минимально.
В нашем случае, как будет показано ниже, чем больше высота, тем больше активность, поэтому посредством экспонирования было осуществлено планирование несколько раз с высоты в 10 тыс.м (то, что соответствует уровню полета 320) в качестве подходящей эксплуатационной высоты, на которой и выше которой необходимо работать. На данном уровне и выше летает большинство коммерческих авиалиний, именно поэтому координация со структурами контроля воздушного транспорта приобретает огромное значение.
В том, что касается контроля за самолетом-носителем, не предполагается минимальное неудобство, с учетом того, что самолет с экипажем, отвечающий всем требованиям для осуществления контроля со стороны соответствующих структур, отвечающих за контроль воздушного транспорта, и как в ожидании в зоне пожаров, так и в процессе транзита как, например, любой коммерческий самолет, в соответствии с инструкциями, даваемыми соответствующими операторами.
В такой момент координация с контролирующими структурами приобретает особую важность для нашего эксплуатационного планирования, а именно во время полета сбрасываемого резервуара по направлению к цели, т.е. с того момента, когда самолет-носитель сбрасывает контейнер, до того момента, когда контейнер достигает места выброса заряда над пожаром.
Поэтому, принимая во внимание эксплуатацию в воздухе, о которой идет речь, должны устанавливаться соответствующие «эксплуатационные протоколы» с целью организации соответствующей координации между агентством, занимающимся контролем воздушного движения, с одной стороны и полета самолета-носителя и сбрасываемого резервуара с другой стороны, таким образом, чтобы:
1. Соответствующее агентство контроля за воздушным движением координировало действия экипажа самолета-носителя, чтобы согласовывать их с требованиями движения, местоположением пожаров и зоны ожидания для выполнения данной операции;
2. Агентство контроля за воздушным движением координировало свободный «коридор» для сброса резервуаров без каких-либо помех;
3. Агентство контроля за воздушным движением координировало с самолетом-носителем присвоение каждому сбрасываемому устройству кода (индивидуального для каждого устройства) для внедрения в его ретранслятор, таким образом, чтобы в момент сброса резервуара с самолета он был «виден» на экранах радаров, контролирующих движение и, следовательно, был идентифицирован и отслеживался на протяжении всей траектории движения резервуара;
4. Как мы уже видели ранее, резервуар обладает возможностью получения команд, направленных на изменение его траектории или самоуничтожение, таким образом, рабочие протоколы должны быть установлены таким образом, чтобы с помощью самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом, соответствующее агентство регулирования движения транспорта с воздуха могло изменить, если это необходимо, траекторию планера, а также иметь возможность в экстренном случае вручную активировать сигнал перехода к самоуничтожению планера напрямую, либо с самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом;
5. Соответствующее агентство регулирования движения транспорта с воздуха, основываясь на рабочих протоколах, будет иметь возможность размещать, поднимать или перемещать самолет, осуществляющий управление беспилотным самолетом, заменять дорожки, изменять траектории планирующих контейнеров, активировать их самоуничтожение или прекращать работу, если этого требует движение воздушного транспорта.
В заключение, считается, что все данные системы защиты и безопасности, аэрофотосъемка планирующих контейнеров не ведут к какому-либо незначительному неудобству или риску для воздушного движения и/или для имущества или людей в районе.
Целью данного изобретения является способ воздействия на лесные пожары, характеризующийся тем, что на первом этапе, по крайней мере, генератор жидкого азота загружается на борт самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом; на втором этапе жидкий азот производится на самолете, осуществляющем управление беспилотным самолетом, и жидкий азот хранится в хранилище с крыльями для планирования и управляющими закрылками, оборудованном прецизионным устройством управления; на третьем этапе хранилище выбрасывается из самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом, и планирующее хранилище направляется в очаг возгорания с помощью упомянутого прецизионного устройства управления; на четвертом этапе из хранилища извлекается жидкий азот, которым обрабатывается очаг возгорания для быстрого удаления кислорода, тушение огня происходит вследствие недостатка кислорода при его трансформации в жидкую и газообразную смесь низкой температуры, а также путем кинетического воздействия смеси с поверхностью при высокой скорости, и в связи с внезапным падением температуры, и, главным образом, замещением кислорода, а на пятом этапе, планирующее хранилище восстанавливается для последующего повторного использования.
В ходе описания различных элементов был описан способ работы на каждом из разных этапов. Далее способ работы всей системы будет разъяснен на реальном примере.
Первоначально, принципы работы должны быть равносильны принципам, применяемым при тушении лесных пожаров с использованием традиционных воздушных средств, то есть при определении местонахождения очага возгорания с помощью соответствующего наземного или воздушного наблюдения и аварийного оповещения или даже спутника, данное местоположение передается в координационный центр для последующей срочной передачи на соответствующий самолет, расположенный на ближайшем аэродроме, готовый к взлету или даже к орбитальному полету для сокращения времени отклика.
Вышеупомянутое может рассматриваться как типовой план действия в случае возникновения нового очага возгорания. В случае нескольких пожаров, о которых было объявлено, работа осуществляется при непрерывном прибытии и отлете скоординированных надлежащим образом самолетов между очагами возгорания и соответствующими пунктами заправки водой.
При использовании самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом, первоначальная доступность будет практически такой же, хотя, в связи с размерами и эксплуатационными характеристиками, самолет должен взлетать из аэропорта или с взлетно-посадочной полосы достаточных размеров, поэтому самолет, возможно, будет находиться на большем расстоянии, но это не должно увеличить время отклика из-за его большей скорости (по крайней мере, в два раза больше), по сравнению с самолетами меньшего размера.
Во время полета самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом, к участкам работы и при наборе достаточной высоты генераторы жидкого азота будут активированы на борту, а планирующие контейнеры будут заправлены данной жидкостью. Кроме того, самолет будет координировать, с помощью соответствующих агентств регулирования движения воздушного транспорта, полет к участку работы, установит район ожидания вызова самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом, и дорожки между самолетами, а также район пожара для полета самолетов-носителей с азотом на борту. Точно также, самолет, осуществляющий управление беспилотным самолетом, будет поддерживать связь с координационным центром пожаротушения для получения самой последней информации о точных координатах места пожара и их ввода в память навигатора планирующего контейнера до его сброса с вызова самолета, осуществляющего управление беспилотным самолетом.
Если в месте пожара существует участок, где тушение жидким азотом дает большое рабочее преимущество из-за невозможности замещения перезаправляемой водой, в связи с высокой мощностью таких самолетов, способных летать над участком пожара в течение нескольких часов, время полета может достигать десяти часов, если самолет оборудован системой дозаправки в полете, что является стандартом для больших самолетов военного транспорта такого типа, а экипаж такого самолета может быть увеличен так, чтобы его члены могли отдыхать в течение полета, таким образом, возможно увеличить длительность нахождения в воздухе.
Когда самолет, осуществляющий управление беспилотным самолетом, заполнил планирующие контейнеры жидким азотом и занес в память их навигаторов координаты очага возгорания, и после того, как будет достигнуто расстояние, необходимое для достижения сбрасываемыми резервуарами цели, они будут сброшены посредством расположенного сзади самолета пускового устройства, инициируя, таким образом, их автономный полет к очагу пожара.
Ритм сброса азота на зону пожара будет зависеть, в нашем случае, от емкости предварительного накопления нашего самолета, а также от производственной мощности генераторов, расположенных на его борту, но в любом случае такой ритм никогда не будет меньше того, которого можно добиться с помощью нескольких самолетов среднего и малого размера. Таким же образом всегда существует возможность сброса «на ходу» нескольких резервуаров последовательным образом с целью повышения эффективности гашения каждым из них, предотвращая таким способом появление периодов времени, когда огонь может возобновиться. Таким же образом, в случае необходимости и в зависимости от его положения и высоты операции даже один самолет может заниматься тушением более одного пожара одновременно.
После того, как один или несколько сбрасываемых резервуаров окажутся в воздухе, траектория их полета будет контролироваться посредством системы «связи данных» и ретранслятора как самолетом-носителем, так и соответствующим агентством контроля за воздушным движением, позволяя в первом случае исправлять его траекторию в случае необходимости и в т.ч. актуализировать координаты пожара уже во время полета сбрасываемого резервуара или в обоих случаях активировать, если того потребуют обстоятельства, режим действий в чрезвычайной ситуации, в рамках которого происходит выброс азота в воздух и срабатывание парашюта и воздушного мешка. Система «связи данных» и ретранслятор продолжают действовать до приземления резервуара с тем, чтобы иметь информацию в любой момент о траектории парашюта, также как и об окончательном местоположении резервуара на поверхности с тем, чтобы облегчить его подбор.
После того, как сбрасываемый резервуар достигнет зоны пожара и будет направлен на основе первоначально установленных пунктов с целью тушения пожара в направлении, более подходящем в настоящей ситуации и во избежание какого-либо ортографического препятствия, активируется в последние метры своей запланированной траектории поисковый наконечник, воспринимающий инфракрасные лучи, с целью сфокусировать весь полезный заряд на инфракрасный очаг в наиболее активной точке пожара, который находится поблизости от установленных координат сброса.
Сбросив полезный заряд над очагом пожара, резервуар начинает проходить последовательность операций, связанных с его подбором, которые заключаются в раскрытии парашюта и соответствующего воздушного мешка, продолжая передавать данные о своем положении, пока он не достигнет поверхности с целью облегчения своего подбора для последующей перезагрузки.
Что касается эксплуатации, то чем больше высота, тем больше автономность при поддержании позиций над зоной пожара, больше скорость во время перемещения с одного места на другое, больше радиус действия сбрасываемых резервуаров и больше возможности для генерации жидкого азота, но при этом логично, что необходимо обеспечить более высокий уровень координации со структурами, контролирующими воздушное движение.
С учетом характеристик сбрасываемых резервуаров существует возможность работы в любое время дня и в любых погодных условиях (облачность, туман, дым, ветер и т.д.), и прежде всего в условиях серьезной турбулентности в сопровождении дыма, какими являются условия в непосредственной близости от пожара и которые часто осложняют работу управляемых экипажем самолетов и вертолетов. С тем, чтобы не рисковать человеческими жизнями, можно запрограммировать сбрасываемые резервуары так, чтобы вне зависимости от турбулентности, дыма или порывов ветра, они приближались к очагу пожара с целью достижения максимальной точности и эффективности сброса.
Также можно утверждать, что максимальное эксплуатационное превосходство в сравнении с традиционными способами достигается при проведении операций в ночное время, когда традиционные самолеты не могут проводить операции, воздушное движение снижается максимально и метеорологические условия часто являются наилучшими для тушения, так как затихают ветры, сокращается уровень турбулентности и интенсивность атмосферных явлений.
Настоящее изобретение благодаря универсальности использования сбрасываемого резервуара может применяться с использованием других веществ и в других областях, отличающихся от тушения лесных пожаров с воздуха с помощью жидкого азота, описанного в данной операции, при этом понимается, что данные вещества и/или области также могут применять настоящую процедуру.
Достаточно только заменить жидкое вещество (в данном случае жидкий азот) на какое-либо вещество - твердое, жидкое или газообразное, которое может транспортироваться посредством сбрасываемого резервуара в какую-либо точку атмосферы и земной поверхности.
Что касается использования других веществ, отличающихся от жидкого азота, для тушения лесных пожаров можно упомянуть среди твердых веществ - двуокись ангидрида в порошке, среди жидкостей - воду или воду с добавками, и среди газообразных веществ - газ халон. Сюда включаются также любые другие активные вещества и субстанции из тех, которые применяются для тушения пожаров.
В отношении применения сбрасываемого резервуара в других областях, отличных от тушения лесных пожаров, к таковым можно отнести сферу метеорологии, когда перевозятся твердые вещества, такие как иодид серебра, хлорид кальция в порошке или в растворе, сухой лед в порошке (на основе новой двуокиси ангидрида) или газы в жидком или газообразном состоянии (например, пропан) для сброса в зонах ураганов, туманов и других метеорологический явлений с целью борьбы или изменения характера развития данных явлений. Данные операции, выполняемые в настоящее время традиционными самолетами и авиетками, в т.ч. маленькими ракетными самолетами, могут осуществляться в случае, который рассматривается, но с большей точностью, безопасностью, автономностью, скоростью и эффективностью.
Таким же образом сбрасываемый резервуар может быть использован для перевозки инсектицидов в порошке, в жидком или газообразном виде с целью распыления веществ для борьбы с нашествиями насекомых (например, саранчи, комаров и т.д.) или для борьбы с другими проблемами лесных насаждений и сельскохозяйственных культур. Данный вариант также представляет ряд преимуществ в сравнении с традиционными способами, т.к. как в ранее упомянутых случаях он позволяет добиться более высокого уровня точности, безопасности, автономности, скорости и эффективности при осуществлении воздушных операций.
На основе всех вышеописанных областей применения можно сделать вывод о том, что существует множество важных преимуществ, которыми обладает настоящая новая предлагаемая процедура.
Настоящее изобретение благодаря своей универсальности может применяться в других областях, при этом понимается, что в данных областях также может применяться настоящая процедура, для чего требуется только заменить используемое для заполнения вещество в соответствии с необходимостью. Данные области могут включать в себя тушение пожаров, метеорологию (например, для рассеивания густых облаков), использование инсектицидов (для борьбы с нашествиями насекомых, таких, как саранча и т.п.).