Некоторые направления развития за рубежом средств химической и биологической разведки (2017)
Капитан М. Туманов,
капитан А. Артемов
В настоящее время повышается актуальность создания новых малогабаритных приборов химической и биологической разведки (ХБР) в условиях активизации деятельности террористических организаций и незаконных вооруженных формирований, которые со своей стороны неоднократно выражали намерение применить оружие массового поражения.
В связи с этим военное и политическое руководство ведущих зарубежных стран заинтересовано в модернизации существующей системы химической и биологической защиты вооруженных сил и важных объектов гражданской инфраструктуры, в том числе за счет создания приборов ХБР с меньшими массой и габаритами.
Находящиеся в эксплуатации приборы химической и биологической разведки, используемые в ВС и гражданских структурах, достаточно эффективны, но тем не менее обладают рядом недостатков, которые не позволяют повысить эффективность системы химической и биологической защиты в целом. К их числу можно отнести следующие:
- увеличенные массогабаритные характеристики;
- отсутствие в составе приборов средств передачи информации, что не позволяет своевременно оповещать подразделения об обнаружении опасных веществ;
- ограничение перечня выполняемых задач.
Устранению данных недостатков будет способствовать разработка и производство более совершенных приборов ХБР, таких как:
- малогабаритные, обладающие возможностью одновременной передачи данных о химической и биологической обстановке;
- датчики для обнаружения отравляющих веществ (ОВ) и промышленных токсичных химикатов, основой которых станут наноструктуры углерода.
Создание малогабаритного прибора могло бы значительно пополнить арсенал приборов ХБР в ВС и на объектах инфраструктуры, использующих в своей работе потенциально опасные химические вещества, что в последующем обеспечило бы более надежный контроль химической и биологической обстановки. В связи с этим в ведущих зарубежных странах ведется разработка таких приборов на базе смартфонов, имеющих в своем составе микропроцессор и фотокамеру.
Анализ содержания работ в данном направлении позволяет сделать вывод, что в состав приборов химической и биологической разведки на базе индивидуальных средств связи (ИСС) войдут колориметрический индикатор (КИ), а также адаптер, куда входят держатель катриджа этого индикатора, блок электроники, блок светодиодов, зеркало и крепление для установки на корпусе смартфона.
Колорометрический индикатор оповещает о наличии токсичных химикатов, биологических поражающих агентов, а также компонентов взрывчатого вещества за счет изменения своей окраски в ходе реакции с анализируемый веществом. В настоящее время в зарубежных странах проходят испытания различные индикаторы, в том числе находящиеся в свободной продаже. Наиболее вероятно, что будут использоваться КИ с лучшими показателями по порогу обнаружения, минимальному количеству ложных срабатываний, по габаритным характеристикам.
Микропроцессор необходим для обработки данных с прореагировавшего КИ, а дисплей - для отображения результатов. Предположительно, ИСС сможет самостоятельно определить по цвету КИ наличие токсичных химикатов, биологических поражающих агентов либо ВВ, когда возможности человеческого глаза не позволяют достоверно определить наличие опасного компонента.
 |
| Адаптер для ИСС: А - устройство адаптера; Б - внешний вид адаптера, установленного на смартфон |
 |
| Адаптер с ПОМР на базе ИСС с микропроцессором и фотокамерой: А - общая схема адаптера; Б - внешний вид ИСС с адаптером; В - схема установки адаптера на ИСС; Г - интерфейс программы |
 |
| Опытные образцы гибкого датчика |
 |
| Виды получаемых картинок с вариантами обнаруживаемых веществ |
Точному определению наличия рассматриваемых веществ в ИСС способствует программное обеспечение (ПО), где используется алгоритм вычисления расстояний цветовой гаммы красный-зеленый-синий и сравнения выявленных изменений с эталонными значениями.
Принцип действия рассматриваемого прибора заключается в следующем. КИ после реакции с анализируемым составом помещается в картридж, который, в свою очередь, устанавливается в держателе адаптера. Изображение поверхности КИ, освещенной светодиодами, через зеркало попадает на объектив фотокамеры ИСС, после чего при помощи установленного ранее ПО проводится анализ полученного фотоснимка. Результат анализа в течение 2 с отображается на дисплее устройства. Пользователю выдаются сведения о наличии или об отсутствии опасных компонентов.
Другим примером адаптеров могут быть устройства, в которых реализован проточно-оптический метод регистрации (ПОМР) частиц биологической природы. Преимуществом таких адаптеров считается отсутствие необходимости в КИ. Суть этого метода заключается в облучении частиц биологической природы направленными импульсами света разных длин волн с последующим анализом уровня их поглощения и отражения. Отклонения в значениях этого уровня является основой для регистрации биологических аэрозолей.
В настоящее время в зарубежных странах для проведения точной идентификации биологических поражающих агентов используются различные спектрометры с ПОМР, причем как в гражданской, так и в военной области. За последние два десятилетия эти приборы нашли также применение в различных сферах, таких как биомолекулярный анализ, медицинская диагностика, контроль окружающей среды.
Вышеуказанные требования ранее препятствовали разработке удобного для ношения и перевозки средства неспецифического обнаружения биологических поражающих агентов. Современные переносные спектрометры с ПОМР, включающие в себя переносной персональный компьютер с комплектом специального оборудования, не могут считаться компактными. Поэтому в ведущих зарубежных странах в связи с высокими темпами развития микропроцессорной техники было предложено начать разработку адаптера с проточно-оптическим методом регистрации к ИСС. В качестве примера может служить адаптер с ПОМР на базе средств связи фирмы "Сони" (Япония).
|
Сравнительный характер ТТХ спектрометров с ПОМР |
||||
| Характеристики | Спектрометр ППР "Биопульсар-6" | "Протеон" XPR36 | ИСС с адаптером ПОМР | "Биакор" |
| Страна | США | США | КНР | Швеция |
| Разрешающая способность, град, единица коэффициента преломления | 2,7х10-5 | 1х10-6 | 7,4х10-5 | 1,5х10-5 |
| Диапазон коэффициента преломления | 1,33-1,38 | 1,33-1,37 | 1,32-1,36 | 1,33-1,39 |
| Размер обнаруживаемых частиц, нм | 15,7 | 16,3 | 47,4 | 15,9 |
| Цена, долларов США | 220000 | 285000 | 150 | 180000 |
| Габаритные размеры без ПК и ИСС, см | 20x9x8 | 99х66х58 | 12x6x2 | 60х62х69 |
| Масса без ПК и ИСС, кг | 2,5 | 85 | 0,04 | 60 |
| Операционная система ПК/ИСС | ПК, "Windows 98/2000" или WindowsXP | ПК, "Windows 98/2000" или WindowsXP | Android | ПК, "Windows 98/2000" или WindowsXP |
Кроме того, разработка приборов РХБ-разведки на базе индивидуальных средств связи с различными адаптерами может получить дальнейшее развитие ввиду факторов, к которым можно отнести:
- интенсивное развитие микропроцессорной техники, в частности для ИСС;
- широкое распространение таких средств связи;
- простоту и удобство эксплуатации;
- возможность дистанционного обновления ПО;
- возможность сопряжения с существующими автоматизированными системами управлениями войсками.
Кроме того, есть вероятность, что предлагаемые в настоящее время образцы приборов неустойчивы к воздействию электромагнитных импульсов и вредоносного программного обеспечения.
Другим примером направления развития приборов химической и биологической разведки может стать создание датчиков для обнаружения отравляющих веществ и промышленных токсичных химикатов, в основе которых будут применены наноструктуры на основе углерода. В этих целях разработаны так называемые однослойные углеродные нанотрубки. Применение структур углерода поможет увеличить чувствительность и избирательность приборов. В случае их создания и последующих всесторонних успешных испытаний, данные приборы могли бы быть оптимальны для использования в индивидуальном защитном комплекте военнослужащего.
С целью повышения быстродействия датчиков на основе углеродных нанотрубок, используемых для идентификации отравляющих веществ, специалисты ведущих зарубежных государств работают над проблемой минимизации продолжительности цикла "сорбция-десорбция" после воздействия на этот прибор химических веществ. В частности, в США ведутся разработки нанодатчиков на основе метода десорбции повышенного напряжения. Суть его в том, что молекулы химического вещества, адсорбированные углеродными нанотрубками, при пропускании через них электрического тока высокого напряжения получают часть энергии от столкновения с электронами, за счет этого повышается быстро действие датчика и самого прибора.
Таким образом, внедрение индивидуальных средств связи с адаптером и нанодатчиков в подразделения общевойсковых соединений, а также важные объекты инфраструктуры может существенно повысить достоверность определения химической и биологической обстановки и повысить выживаемость как отдельных военнослужащих, так и подразделений в целом.