Робототехнические системы для применения в условиях чрезвычайных ситуаций. Часть 2. Опыт применения дистанционно управляемых комплексов при ликвидации последствий радиационных аварий

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

А.Ф. Батанов, С.Н. Грицынин, С.В. Муркин

РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В УСЛОВИЯХ
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
Часть 2
Опыт применения дистанционно
управляемых комплексов
при ликвидации последствий
радиационных аварий

Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия
по курсу «Конструкция и расчет мобильных роботов»

Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2010

УДК 621.865.8(075.8)
ББК 32.816
Б28

Б28

Рецензенты: В.Г. Градецкий, Г.О. Котиев

Батанов А.Ф.
Робототехнические системы для применения в условиях чрезвычайных ситуаций : учеб. пособие : в 2 ч. – ч. 2.
/ А.Ф. Батанов, С.Н. Грицынин, С.В. Муркин. – М. : Изд-во
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 54, [2] с. : ил.

Рассмотрен опыт применения мобильных роботов, разработанных
в МГТУ им. Н.Э. Баумана, при ликвидации последствий радиационных аварий.
Для студентов, изучающих курс «Конструкция и расчет мобильных
роботов».

УДК 621.865.8(075.8)
ББК 32.816

c⃝ МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010

ВВЕДЕНИЕ

Успех ликвидации последствий аварий зависит не только от
технических возможностей роботов, но и от тактики их применения. В свою очередь, на технику и тактику оказывает влияние то,
насколько глубоко изучен и усвоен опыт использования робототехнических систем (РТС). Изучение примеров практического применения роботов помогает конструкторам оценить особенности
и эффективность функционирования РТС, уточнить влияние тех
или иных конструкторских решений на работу мобильных роботов, а затем либо модернизировать действующие РТС, расширить
их функциональные возможности путем установки специального
и дополнительного оборудования, либо разработать робот более
совершенной конструкции. Поэтому и для конструкторов РТС, и
для оперативных работников аварийно-спасательных подразделений так важен анализ информации по технологии практического
применения роботов.
К настоящему времени накоплен определенный опыт использования мобильных роботов при ликвидации последствий техногенных аварий и катастроф.
Приведем некоторые примеры.
В первую очередь следует вспомнить ликвидацию последствий
аварии на Чернобыльской АЭС, в ходе которой различные робототехнические средства использовались при проведении работ в зоне
предельно высокой радиации.
Ликвидация радиационной аварии в июне 1997 г. в Федеральном ядерном центре ВНИИЭФ в г. Сарове в короткие сроки и без
ущерба здоровью спасателей стала возможной благодаря использованию дистанционно управляемых мобильных комплексов.
В 2000 г. в г. Грозном специалистами Центра по проведению
спасательных операций особого риска «Лидер» с помощью мо
3

бильных роботов проводилась уникальная операция по поиску источников радиоактивного излучения. В ходе операции были обнаружены 24 источника ионизирующего излучения и 12 контейнеров
с радиоактивными веществами, которые в любой момент могли
быть использованы для совершения террористических актов.
В пособии рассмотрено применение дистанционно управляемых мобильных комплексов, разработанных в МГТУ им. Н.Э. Баумана, при дезактивации крыши третьего энергоблока Чернобыльской АЭС и ликвидации радиационной аварии в г. Сарове. Следует
отметить, что операторами роботов являлись их конструкторы, сотрудники МГТУ им. Н.Э. Баумана. Опыт, полученный конструкторами при эксплуатации РТС в реальных экстремальных условиях,
послужил основой для разработки новой, более совершенной техники.

1. ПРИМЕНЕНИЕ МОБИЛЬНЫХ РОБОТОВ
ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ АВАРИИ
НА ЧЕРНОБЫЛЬСКОЙ АЭС

26 апреля 1986 г. в 1 ч 23 мин на четвертом блоке Чернобыльской АЭС прогремели два мощных взрыва. Эти взрывы разрушили
здание реактора и выбросили в окрестности энергоблока значительное количество радиоактивного топлива, реакторного графита
и внутриреакторные конструкции.
После решения первоочередных проблем — защиты людей от
непосредственной опасности и локализации аварии — главными задачами при ликвидации последствий аварии стали изоляция остатков аварийного реактора от природной среды и сохранившихся сооружений, а также расчистка завалов, образованных взрывом на
кровлях и территории станции, и захоронение радиоактивной массы. Чтобы уменьшить количество людей, привлекаемых для восстановительных работ в опасных зонах, нужны были робототехнические комплексы. Однако «. . . по состоянию на май 1986 года
страна не имела серийных робототехнических комплексов для выполнения операций в опасных для человека зонах» [1, с. 428]. В
срочном порядке были закуплены роботы в ФРГ, Японии. К созданию робототехнических комплексов были привлечены наиболее
подготовленные научные учреждения в данной области: МВТУ
им. Н.Э. Баумана, Государственный институт физико-технических
проблем (ГосИФТП), ВНИИтрансмаш, ВНИИ АЭС НПО «Энергия», ЦНИИ робототехники и технической кибернетики (ЦНИИ
РТК), «Белоярскатомэнергоремонт» (БАЭР) и некоторые другие.

5

1.1. Условия работы мобильных роботов

Одной из задач, стоявших перед ликвидаторами, была очистка
от радиоактивных продуктов взрыва кровли третьего энергоблока
Чернобыльской АЭС и машинного зала.
Условия эксплуатации роботов определялись архитектурой здания, особенностями конструкции кровель и характером разброса
на их поверхности радиоактивных материалов.
На рис. 1.1 приведена схема расположения кровель третьего
блока, непосредственно примыкавшего к аварийному четвертому
реактору. На схеме указаны высотные отметки кровель и буквенные обозначения опасных зон, применявшиеся в практике работы
штаба по ликвидации последствий аварии. Зона «К» является кровлей центрального зала третьего энергоблока. В процессе работ по
ликвидации последствий аварии она была соединена аппарелями
с зонами «М» и «Л». Большая аппарель компенсировала разницу высот зон «К» и «М», малые аппарели были проложены через
температурные швы, выступающие над поверхностью кровли примерно на 1 м.

Рис. 1.1. Схема расположения кровель третьего блока [1, с. 366]:
1 – большая аппарель для въезда в зону «М»; 2 – малые аппарели для въезда
в зону «Л»; 3 – температурные швы
6

Все зоны имели общие элементы: металлические ограждения
по периметру, установленные на бетонных балках, пожарные трубопроводы, проходящие по периметру кровель на высоте 0,5 м
от их поверхности, шины молниезащиты, вентиляционные люки,
пожарные лестницы.
Характер завалов определялся разнородностью составлявших
его материалов и высокими температурами, сопутствовавшими
взрыву и пожару. В результате щебень, обломки графитовой
кладки, трубы тепловых каналов длиной до 5 м вплавились в
рубероидно-битумное покрытие кровли. Все эти разноориентированные в застывшей массе элементы сильно усложняли передвижение мобильных роботов.
Радиационная обстановка в различных зонах была неодинакова и существенно изменялась при проведении работ. Например, максимальная мощность экспозиционной дозы ионизирующего излучения в зоне «В» составляла 2800. . . 3100 Р/ч (примерно
28. . . 31 Гр/ч), а в зоне «М» — до 10 000 Р/ч (около 100 Гр/ч). Измерения показали, что на кровле до 70 % мощности дозы давало
жесткое гамма-излучение с энергией 3,3 МэВ [2].
Для оценки вреда от воздействия на человека ионизирующего излучения приведем следующие данные: эквивалентная доза
100 % летальности составляет 6 Гр, доза 50 % выживания находится в пределах 2,4. . . 4,0 Гр [3]. Таким образом, для получения
смертельной дозы излучения человеку достаточно находиться в
зоне «В» около 10 мин.

1.2. Роботы, применявшиеся при работе на кровле
третьего энергоблока

В общем случае технология дезактивационной обработки крыш
с помощью мобильных роботов выглядела следующим образом:
удаление радиоактивных осколков и конструкций, смыв загрязнений, снятие загрязненного слоя мягкой кровли.
Сначала для дезактивации кровли был применен робот-пожарный, разработанный для охраны от огня памятников древнего деревянного зодчества в Кижах. Струей воды из автоматической гидропушки этого мобильного робота с крыш смывались радиоактивные
осколки и отдельные небольшие части строительных конструкций [4]. Однако мощности водяной струи было недостаточно для

7

удаления крупногабаритных обломков железобетонных конструкций, графитовых блоков и др., к тому же вплавленных в кровлю.
Поэтому возникла необходимость в кратчайшие сроки приобрести или создать специальную технику для выполнения работ по
очистке кровли.
Из закупленных зарубежных образцов наиболее удачными оказались западногерманские роботы MF-2 и MF-3 фирмы КНG.
С 23 мая 1986 г. для радиационной и визуальной разведки
промышленной площадки Чернобыльской АЭС применялся радиоуправляемый мобильный робот MF-2. С помощью MF-2 были открыты две задвижки на газгольдерах водорода электролизной
установки № 2, кроме того, проводилась разведка на крыше под
трубой в зоне «М» и уборка продуктов взрыва. Вследствие высокого уровня радиации произошел отказ системы радиоуправления.
Мобильный робот эвакуирован с крыши вручную (что привело к
переоблучению людей). Общая наработка робота MF-2 составила
около 30 ч.
Четырехгусеничный робот MF-3 (рис. 1.2) управлялся по кабелю на расстоянии до 100 м, что было недостаточно для существенного снижения уровня радиации на рабочем месте оператора.
Намотка кабеля осуществлялась вручную, что приводило к превышению дозы облучения обслуживающего его персонала. Операторы по той же причине были вынуждены часто меняться. Манипу
Рис. 1.2. Четырехгусеничный робот MF-3 фирмы КНG (ФРГ).
На заднем плане – транспортный робот СТР-1 (ВНИИтрансмаш)

8

лятор MF-3 имел низкую номинальную грузоподъемность (20 кг).
На Чернобыльской АЭС робот MF-3 использовался для ведения
визуальной разведки машинного зала и крыши третьего энергоблока в зонах «А», «Г» и «Ж», а также для удаления отдельных
фрагментов графитовых блоков [5].
Из отечественных разработчиков наиболее масштабно в Чернобыле был представлен Ленинградский (Санкт-Петербургский)
ЦНИИ РТК, разработавший и доставивший к 1 сентября 1986 г.
23 робота, включая 6 базовых тележек без навесного оборудования.
Дистанционно управляемые машины ТРГ-2 и ТРГ-3, созданные ЦНИИ РТК, были выполнены на базе серийного гусеничного
соляного комбайна (рис. 1.3). Масса робота составляла 1800 кг,

Рис. 1.3. Дистанционно управляемая машина ТРГ-3 (ЦНИИ РТК).
Справа – кормовая часть робота «Мобот Ч-ХВ-2»
(МВТУ им. Н.Э. Баумана)
а габаритные размеры — 1,7×2,0×2,2 м. Кабельный вариант робота имел радиус действия 150 м. В состав навесного оборудования
мобильного робота входил отвал бульдозерного типа. Робот имел
низкую проходимость. Наработка двух роботизированных машин
на Чернобыльской АЭС составила около 70 ч. Ими было очищено от радиоактивных веществ около 300 м2 кровли. Вследствие

9

частых поломок мобильные роботы эвакуировались с места работы сотрудниками ЦНИИ РТК и ликвидаторами, которые при этом
получали соответствующие дозы облучения. Работа остальных дистанционно управляемых машин, разработанных ЦНИИ РТК, на
Чернобыльской АЭС была неэффективной.
Дистанционно управляемый мобильный робот БАЭР, разработанный специалистами Белоярской АЭС на базе авиатрапа, имел
массу 1400 кг и габаритные размеры 4,5 × 2,2 × 3,4 м. Управление
роботом осуществлялось по кабелю. Радиус действия составлял
220 м. Робот оснащался отвалом бульдозерного типа и манипулятором грузоподъемностью до 20 кг. Однако он обладал слабой маневренностью и профильной проходимостью, недостаточной силой
тяги. Эффективность его использования на Чернобыльской АЭС
была довольно низкой.
Одним из наиболее производительных и работоспособных мобильных робототехнических комплексов, работавших на кровле
Чернобыльской АЭС, являлся шестиколесный полноприводный
робот СТР-1 (рис. 1.4), разработанный совместно ВНИИтрансмаш
(г. Ленинград) и НПО «Энергия» (г. Москва). Робот имел массу 1100 кг и габаритные размеры 3,3 × 2,2 × 2,3 м. Источником
энергии являлись серебряно-цинковые аккумуляторные батареи.
Робот управлялся по радиоканалу и имел радиус действия около 400 м. В состав рабочего оборудования входил отвал. Время

Рис. 1.4. Специальный транспортный робот СТР-1 (ВНИИтрансмаш)

10