Роботы в атомной промышленности
Упомянутая ранее разработка "СКТБ ПР" (робот МРК 28) была поставлена в аварийно-технические центры Росатома, предназначенные для устранения последствий аварий, проведения инспекций и мониторинга атомных объектов. Дистанционно управляемые комплексы МРК 28 обладают рядом модификаций под специализацию каждого аварийного центра.
Для проверки различных объектов на АЭС все больше применяются БПЛА. Одним из разработчиков данного рода решений является швейцарская компания Flyability, чьи беспилотники способны работать в сложных, тесных и опасных условиях. Промышленный противоударный дрон Flyability Elios нашел применение в атомной промышленности для телеинспекции. Дрон успешно позволяет проводить визуальный контроль оборудования АЭС и обследовать труд нодоступные места ядерного реактора, что снижает время осмотра более чем в десять раз по сравнению с традиционным. Достоинства Elios, а именно его способность летать в ограниченном пространстве и снимать видео высокого разрешения, малый вес (720 г) и низкая выходная мощность позволяют без особого риска использовать дрон внутри здания во время эксплуатации реактора [ "Источники использованной литературы" ].
Согласно данным руководства компании Flyability, более 80% компаний-операторов атомных электростанций США уже используют беспилотные летательные аппараты компании для визуального осмотра помещений [ "Источники использованной литературы" ].
Можно назвать также отечественные разработки. Российский малогабаритный БПЛА вертикального взлета и посадки среднего радиуса действия марки ZALA, который производится ижевской компанией ZALA AERO GROUP и который использовался для проведения радиационной разведки на объектах АЭС.
Есть попытки использования дронов для выполнения обходов на АЭС. Следует упомянуть проект, выполненный международным уни верситетом Флориды (FIU) в рамках сотрудничества с Национальной лабораторией Айдахо (INL) и направленный на изучение использования небольших беспилотников для осуществления обследований внутри помещений АЭС. Сотрудниками FIU разработан проект под условным названием ROUNDS ("Route Operable Unmanned Navigation of Drones" - "Маршрутная беспилотная навигация дронами"), в котором дроны способны выполнять обходы, связанные с проверкой отсутствия дефектов в работе оборудования, контроля безопасности, включая инспекцию зон, предоставляющих угрозу для здоровья людей.
Обходы на АЭС могут выполняться и при помощи наземных роботов. Например, ведутся эксперименты по использованию в этих целях робота-собаки (BostonDynamics Spot), который может проникнуть в те зоны, куда трудно или опасно заходить человеку. Spot управляется с помощью дистанционного пульта. Четыре ноги робота обеспечивают значительно большую подвижность, чем у роботов на шасси, например позволяют перемещаться по лестнице. Полезная нагрузка робота может составлять до 14 кг, больше, чем у большинства летающих дронов. В частности, на швейцарской АЭС Лайбштадт 25Станция на реке Рейн, состоящая из одного энергоблока, была введена в эксплуатацию в 1984 г. был проведен проект по исследованию возможности применения робота Spot для осуществления обхода в зонах, подверженных радиационному воздействию, и для создания радиационных карт [ "Источники использованной литературы" ]. Сообщается, что робот, оснащенный камерой и измерителем радиации, может успешно совершать обход, считывать информацию с дисплеев, создавать трехмерные карты радиации.
Перспективной разработкой для инспекций на ядерных объектах является квадропедальный робот ANYmal от компании Anybotics - машина, основанная на обучении с подкреплением и способная реализовать надежное маневрирование в многоэтажных промышленных помещениях. Робот безопасно перемещается на открытых решетчатых лестницах, может входить и выбираться из тесного пространства [ "Источники использованной литературы" ]. Возможности ANYmal обеспечивают интуитивно понятное управление роботом и безопасную автономную работу.
ANYmal обладает возможностями сбора данных с сотен точек контроля за одну миссию благодаря высокочувствительным датчикам, быстрой интерпретации данных, точной контекстуализации данных по времени, месту и точке осмотра - все это обеспечивает непрерывный мониторинг состояния оборудования и обнаружение аномалий. Система использует бортовой компьютер для локализации и интерпретации данных без подключения к Интернету. Британское сообщество RAIN (Robotics and Artificial Intelligence for Nuclear 26Робототехника и искусственный интеллект для атомной промышленности ) участвует в проекте ANYmal с целью его адаптации к проблемам ядерной энергетики. RAIN - это сообщество, которое объединяет экспертов, работающих в области строительства новых атомных объектов, продления срока их службы и вывода из эксплуатации. В RAIN входят десять исследовательских институтов во главе с Манчестерским университетом, при этом каждый из университетов обладает собственным опытом, включая технологию разработки датчиков радиации, 3D-картографирования, дистанционного управления и создания автономных робототехнических систем.
Мониторинг радиации и дезактивация
Задачи мониторинга радиации и дезактивации загрязненных зон возникают не только во время аварий, но также при эксплуатации. О примерах таких проектов пойдет речь в данном разделе.
В первую очередь отметим, что роботы активно используются для обнаружения радиации на атомных электростанциях и вокруг них. Так как в этих целях перспективно применение БПЛА, существует ряд компаний, специализирующихся именно на этом направлении. Например, еще в 2012 г. консорциум Blue Bear Systems Research и компания Createc 27 Подразделение SAAB, системный интегратор по созданию решений на базе ро- ботизированных и автономных систем в воздухе, на суше и на море разработали воздушное мобильное роботизированное решение под названием (RISER Remote Intelligent Survey Equipment for Radiation), что можно перевести как "удаленное интеллектуальное оборудование для обследования радиационной обстановки".
Компания Createc является разработчиком видеотехнологии N-Visage, с помощью которой роботы способны обнаруживать участки с высоким радиационным фоном и составлять карту этих участков в 3D-формате. На базе данной технологии Createc предлагает решения для измерения радиационного фона с использованием различных коммерческих роботизированных платформ.
Уже упомянутый нами дрон Elios в модификации Elios 2 RAD может быть оснащен датчиками, способными измерять мощность дозы в диапазоне от 3 микрозивертов в час до 10 зивертов в час. Программное обеспечение Inspector 3.0, поставляемое вместе с дроном, позволяет составить карту радиации вдоль траектории полета дрона, показывая положение мест с опасным уровнем радиации.
Для построения радиационных карт применяются не только летательные, но и наземные устройства. Например, компания Kromek 28Компания с главными офисами в Великобритании и США, которая проектирует, разрабатывает, производит, продает аппаратное и программное обеспечение для детекторов и компонентов детекторов ядерным, оборонным и гражданским организациям предлагает на рынке комплексную систему радиационного картирования на базе беспилотных наземных аппаратов Radiation Mapping Rover (RadRover). Система обеспечивает измерение местоположения и картирование радиоактивности в режиме реального времени с идентификацией изотопов с помощью небольшого наземного аппарата. Это позволяет получать наземные карты уровней радиации с метровым разрешением. RadRover проводит мониторинг участков местности и быстро выявляет аномальные изменения в уровне радиации. Поскольку оператор находится на удаленном расстоянии, решение снижает уровень облучения сотрудников. RadRover может быть запрограммирован для автономного обследования территории [ "Источники использованной литературы" ].
Робот под названием RIANA (Robot for Investigations and Assessments of Nuclear Areas) от французской компании Areva 29Оrano S. A. (до 2018 года - Areva S. A.) - крупная французская государственная компания, лидер атомной промышленности Франции. Переименование было произведено после того, как Areva оказалась на грани банкротства способен работать в радиоактивных зонах для составления карт, взятия проб или измерения радиоактивности [ "Источники использованной литературы" ].
Роботы-дезактиваторы используются для очистки загрязненных участков на ядерных объектах. Они могут использовать струи воды под высоким давлением и другие методы очистки для удаления радиоактивных материалов с различных поверхностей.
Для дезактивационных работ могут использоваться роботы разных конструкций и размеров. Речь может идти о дезактивации деталей инструментов и оборудования, а также больших поверхностей и конструкций.
Например, компания Диаконт предоставляет дистанционно управляемую систему по подводной очистке и дезактивации труднодоступных поверхностей на АЭС. Основными элементами робота являются гусеничная двигательная установка и многофункциональный инструмент очистки. Для управления достаточно одного оператора. Робот способен переходить из режима "плавание" в режим "очистка", осуществляя очистку как ровных поверхностей (пола, стен), так и элементов оборудования сложной формы.
Робот от нидерландской фирмы KOKS (KOKS SAKAL-robot) разработан для обработки и удаления загрязнений из опасных резервуаров для хранения и слива на территории атомных электростанций. Он предназначен для длительного использования в тяжелых условиях в резервуарах и других типах замкнутых пространств в погруженном состоянии.
Из отечественных разработок можно упомянуть мобильную установку радиационной дезактивации стен "Краб", разработанную специалистами ООО "Атоминтелмаш", которая предназначена для использования в ходе плановых ремонтов реакторных установок на энергоблоках АЭС с реакторами типа ВВЭР. Установка позволяет удалять со стен радиоактивный осадок теплоносителя, контролировать его радионуклидный состав и мощность дозы гамма-излучения от поверхности.
Логистические приложения
На атомной станции актуальны многие роботизированные процедуры из области логистики и, в частности, роботизация складского хозяйства АЭС, транспортировка различных грузов внутри и снаружи АЭС, в том числе тяжелых.
Существуют уникальные решения для транспортировки больших грузов для нужд атомной отрасли. Например, итальянская компания Morello разрабатывает AGV для перевозки грузов весом до 108 тонн. Morello поставляет платформенные тележки для транспортировки тяжелых грузов на различных атомных электростанциях и объектах в Германии, Франции, Нидерландах, Турции, Финляндии и Италии. Транспортеры и AGV используются для реализации различных проектов как на новых строящихся атомных объектах, так и на действующих станциях, а также в процессе вывода из эксплуатации атомных электростанций.
Другой пример: инженерные команды компании Exail 30Компания Exail была образована силами ECA Group и iXblue в 2022 г. и является ведущим разработчиком в области передовой робототехники создают автономных беспилотных роботов для транспортировки грузов в помещениях и на открытом воздухе в самых сложных условиях, в том числе на атомных станциях и аэрокосмических заводах [ "Источники использованной литературы" ].
Для перевозки легких грузов в зависимости от конкретного случая могут быть использованы различные решения, включая колесных и шагающих наземных роботов, таких как Spot от Boston Dynamics, и даже беспилотники, такие как Elios2 от Flyability.
Мы рассмотрели основные направления применения робототехники в атомной отрасли, которые перечислены на схеме рис. 10.2. Этот перечень можно назвать узким взглядом на рынок робототехники в атомной отрасли. Если рассматривать весь цикл от добычи урана до сооружения и поддержки эксплуатации АЭС, а также вывода их из эксплуатации, то примеров применения роботов можно назвать существенно больше.
Например, роботы используются на предприятиях по добыче урана. В частности, на месторождениях Приаргунского производственного горно-химического объединения (крупнейшее горнодобывающее предприятие Забайкальского края) с падением качества сырья для повышения рентабельности начали использовать роботизированное устройство, которое выбирает из руды куски с наибольшим содержанием урана, что позволяет снизить затраты на переработку и стоимость конечного продукта. В Казахстане на урановом месторождении Ирколь используется робототехнический комплекс (РТК ТУК), который служит для диагностики и загрузки химического концентрата природного урана в транспортный упаковочный контейнер.
На машиностроительных подразделениях атомной отрасли возникает необходимость в автоматизации традиционных технологических процессов, таких как сварка и контроль металла. В частности, на пред- приятиях концерна ТВЭЛ, включая ПАО МСЗ, ПАО КМЗ и АО ЧМЗ, используются промышленные роботы ведущих производителей, таких как Fanuc, Kuka и ABB. На Новосибирском заводе химконцентратов при помощи специалистов Томского политехнического университета была роботизирована операция по сварке циркониевых оболочек тепловыделяющих элементов, требующая высокой точности. На предприятии "Уралатомэнергоремонт" создан робот-манипулятор для глушения 31Глушение - это процесс, в ходе которого специалисты по ремонту вставляют пробку в неисправную трубку и затем приваривают ее, чтобы блокировать выход воды. Раньше для глушения труб специалисты ремонтной компании самостоятельно залезали внутрь парогенератора и вручную выполняли сварку192 дефектных труб [ "Источники использованной литературы" ]. На АО "ОКБМ Африкантов" применяется роботизированный комплекс аргонодуговой сварки кольцевых швов сложного сечения "Прогресс" [ "Источники использованной литературы" ]. На производственном предприятии Атомэнергоремонта применяется автоматизированная система контроля металла на основе робота-манипулятора и оборудования дефектоскопии [ "Источники использованной литературы" ].