Разработка за рубежом средств дистанционной биологической разведки (2012)

Капитан Д. Ледов

Возможность дистанционного обнаружения биологических поражающих агентов (БПА) изучается за рубежом с начала 1990-х годов.

В США значительные результаты достигнуты при использовании технологии получения и обработки информации об удаленных объектах с применением так называемых лидаров (LIDAR, от англ. - Laser Identification Detection And Ranging) для обнаружения аэрозольных облаков, предварительной оценки их состава (размеры частиц, их распределение и плотность) и прогноза параметров движения.

В период с 1998 по 2004 год в качестве основной практической технологии рассматривался анализ флуоресценции белковых компонентов аэрозоля в ультрафиолетовой (УФ) части спектра, вызванной лазерным облучением. Предполагалось использовать твердотельный лазер с активной средой на иттрий-алюминиевом гранате, активированном ионами неодима.

Благодаря нелинейному преобразователю на выходе такого лазера формируется излучение на трех длинах волн: в инфракрасном (ИК) - 1 064 нм, видимом 532 нм (зеленый, обычно блокируется) и ультрафиолетовом (355 нм) участках спектра. ИК-излучение служи! для обнаружения аэрозольного облака в УФ части спектра для установления его биологического происхождения

Однако использование данного подхода не позволило обеспечить постановку на снабжение сухопутных войск широко анонсированных дистанционных комплексов биологической разведки (большого и малого радиуса действия). Неудовлетворительными, в частности, оказались качество принимающей оптики и производительность использовавшейся ЭВМ. При определении точных характеристик облака (его плотности, направления и скорости движения и т.д.) возникала проблема стабилизации комплекса, поскольку лазер должен в течение некоторого времени неподвижно облучать облако в ИК-участке спектра, для того чтобы принимающая оптика собрала необходимое для получения надежных результатов количество фотонов.

 
Принцип действия прибора дистанционной биологической разведки

С 2003 года в США оценивалась также возможность обнаружения облаков биологического аэрозоля на основе избирательною рассеяния ими длинноволнового ИК-излучения. Для этого используется лазер с активной средой на основе диоксида углерода, способный к автоматической подстройке при частоте следования импульсов 200 Гц. Излучение 60 длин волн генерируется в диапазоне 9,2-10,8 мкм при энергии импульсов от 120 до 220 мДж. Отраженное облаком излучение фокусируется телескопом с диаметром зеркала 30 см на ртутно-кадмиево-теллуровом детекторе размером 1 мм, охлаждаемом жидким азотом. Угол обзора прибора дистанционной биологической разведки составляет до 1,5 мрад, расходимость пучка - до 1 мрад.

Известно, что у спор бактерий диаметр от одного до нескольких микрометров, а большая часть фонового аэрозоля имеет субмикронный размер или превышает 40 мкм (кроме капель воды, их размер до И) мкм) В ной связи считается, что облако аэрозоля с преимущественной концентрацией частиц в пределах 1-10 мкм с высокой вероятностью может содержать частицы биологической о происхождения.

Вместе с тем недостаточной остается база данных по особенностям рассеяния длинноволнового лазерного излучения биологическими аэрозолем, что затрудняет практическое применение данной технологии. На современном этапе предпринимаются попытки обеспечить ее дальнейшее развитие за счет параллельного измерения показателей рассеяния и степеней поляризации на нескольких длинах волн. Экспериментальное устройство такого типа разработано подразделением концерна "Локхид-Мартин" в 2009 году.

В 2008 году в Великобритании завершены предварительные испытания созданных на основе коммерчески доступных компонентов трех опытных образцов комбинированного (ИК и УФ) лазерного комплекса биологической разведки, смонтированных на шасси трейлера. Рабочая длина волны УФ-излучения составляет 266 нм. Интенсивность вызываемой ею флуоресценции аминокислоты триптофан выше, чем флуоресценции флавиновых компонентов клеток, наводимой затравочным излучением с длиной волны 355 нм. При этом ослабление такой флуоресценции атмосферой также значительно сильнее, что несколько снижает дальность действия британской аппаратуры по сравнению с американскими образцами в случае равной мощности излучателей и качества принимающей оптики.

 
Комбинированный (ИК-УФ) лазерный комплекс биологической разведки, разработанный научно-технической лабораторией МО Великобритании (Нортон-Даун)
 
Экспериментальный многочастотный ИК-лидар, разработанный Эджвудским центром химической и биологической защиты сухопутных войск США

 

Германский дистанционный комплекс биологической разведки БАЛИ
 
Канадский прибор дистанционной биологической разведки СИНБАД
 
Норвежский дистанционный комплекс биологической
разведки

В ходе испытаний британские приборы позволили обнаруживать биологические аэрозоли на расстоянии до 5 км (при низкой облачности - до 2 км). Отраженное облаком излучение и наведенная флуоресценция регистрируются кассегреновским телескопом с диаметром зеркала 25 см и направляются в систему фотоумножителей, а лавинный фотодиод используется для анализа отраженного ИК-излучения. При наличии компонентов биологического аэрозоля в облаке  на рабочем месте оператора подаются звуковой и визуальный сигналы тревоги. Программное обеспечение ПЭВМ в ходе работы в автоматическом режиме управляет параметрами мониторинга атмосферы за счет изменения положения платформы, на которой установлен комплекс, по азимуту и углу места.

В ФРГ научно-исследовательским институтом защитных технологий и защиты от ОМП бундесвера (Мюнстер) совместно с фирмой "Дженоптик" создан дистанционный комплекс биологической разведки БАЛИ (BALI - Biological Agent LIdar). В данной разработке предпринята попытка компенсировать недостатки, характерные для излучения с длиной волны 266 им. за счет использования третьей гармоники (355 нм) основного излучения с длиной волны 1 064 нм. Переключение между длинами волн 266 и 355 нм позволяет увеличить радиус действия комплекса, а также снизить влияние на его чувствительность природных и техногенных примесей, содержащиеся в атмосфере.

Аэрозоли биологического происхождения обнаруживаются с помощью аппаратуры комплекса на расстоянии до 6 км (в облачную погоду - до 3 км), однако в ходе полевых испытаний действие прибора было оценено только на расстоянии до 1 км вследствие пространственных ограничений испытательной площадки. Вместе с тем, как ожидается, представленная технология в перспективе позволит обнаруживать облака аэрозоля в ИК-участке спектра на расстоянии до 12 км.

В Канаде Саффилдским центром оборонных исследований разработан дистанционный комплекс биологической разведки СИНБАД (SINBAHD - Standoff INtegrated Bioaerosol Active Hyperspectral Detection), действие которого также основано на технологии лазерноиндуцированной флуоресценции. Источником излучения является ИК и УФ эксимерный лазер с активной средой на основе фторида ксенона с длиной волны 351 нм, частотой следования импульсов излучения 125 Гц и энергией импульсов 120-170 мДж. Отраженное излучение регистрируется ньютоновским телескопом с зеркалом диаметром 30 см и направляется для последующей обработки в систему спектрометров и фотоумножителей. Расходимость пучка составляет 147 мкрад по углу места и 308 мкрад по азимуту. Характерной особенностью принимающей оптики является возможность анализа как упруго, так и неупруго отраженного аэрозолем УФ-излучения.

Комплекс выполнен на базе модернизированного прицепного трейлера, в состав которого входит дизель-электрический генератор, что обеспечивает его автономное функционирование в течение 5 сут. По заявлению специалистов-разработчиков, размер трейлера при серийном производстве комплекса может быть уменьшен в 2 раза.

Предварительные испытания комплекса СИНБАД проводились на Саффилдском (Канада) и Дагуиском (США) полигонах с использованием имитаторов биологических агентов, а также природных аэрозолей (пары воды, горючего, пыльца). В ходе них была подтверждена возможность обнаружения биологических аэрозолей в темное время суток на дальности до 500 м, а в дневное - до 6,5 км.

В Норвегии на базе коммерчески доступных компонентов разработан дистанционный комплекс биологической разведки, также основанный на технологии УФ лазерноиндуцированной флуоресценции. Приемопередающая аппаратура комплекса массой 70 кг и размером 30х120 см размещена на треноге, что позволяет использовать ее как в стационарном, так и в мобильном (на шасси фургона) варианте. В состав комплекса входит также дизель-электрический генератор, что обеспечивает его автономное функционирование в течение 3 сут.

Источником излучения является УФ-лазер с активной средой на основе неодима с длиной волны 355 нм, частотой следования импульсов 10 Гц и энергией излучения импульса 150 мДж. В данном случае предварительного облучения облака в ИК-участке спектра не происходит, а его обнаружение и анализ осуществляются в УФ-диапазоне. Оптика комплекса, представленная ньютоновским телескопом с диаметром зеркала 25 см и дихроичным зеркалом, обеспечивает разделение принятого излучения на два потока: упруго отраженное (на длине волны 355 нм) и неупруго отраженное (содержит наведенную флуоресценцию и комбинационно рассеянное излучение). Первый поток направляется в фотоумножитель, где его анализ позволяет сделать выводы о наличии аэрозоля и расстоянии до него, а второй - в спектрограф. Такой подход, как утверждается, позволяет резко снизить вероятность ложноположительных реакций на естественные биологические аэрозоли.

В целом разработка дистанционных средств биологической разведки ведется в ведущих зарубежных странах на основе сходных подходов к выбору и компоновке используемой аппаратуры. В связи с многокомпонентным составом атмосферы, в там числе наличием в ней естественно присутствующих биологических примесей, при создании таких средств предъявляются повышенные требования к качеству принимающей оптики.

В силу сложности выполнения технических расчетов, необходимости использования высокопроизводительных компьютеров, высокой стоимости аппаратуры и оборудования, требующихся для проведения работ по созданию дистанционных средств биологической разведки, они продвигаются достаточно медленно, а сроки постановки таких средств на снабжение вооруженных сил постоянно переносятся. По оценке западных военных специалистов, зто может произойти не ранее 2014-2015 годов.

Зарубежное военное обозрение №2012 №11 С.52-54

Всего комментариев: 0
avatar