Способ обеспечения орнитологической безопасности аэропорта

Способ обеспечения орнитологической безопасности аэропорта

Реферат

Изобретение относится к способам отпугивания птиц в районе взлетно-посадочной полосы аэродромов и ее окрестностей. Способ может быть использован в зонах повышенной опасности для бортовых систем летательных аппаратов (аэродромы, авианосные суда, зоны пусковых установок), при защите зданий и сооружений, представляющих архитектурную и градостроительную ценность, а также в сельском хозяйстве.

Птицы, пролетающие в воздухе или гнездящиеся непосредственно в районе взлетно-посадочной полосы аэродромов, представляют собой значительную опасность для летательных аппаратов. До настоящего времени актуальной остается проблема защиты самолетов от птиц и сведения к минимуму возможных повреждений.

На практике получили распространение несколько основных методов отпугивания птиц.

Эколого-преобразующие. Эти методы предусматривают осушение болот вблизи аэродромов, ликвидацию несанкционированных свалок бытовых отходов, замену одной сельскохозяйственной культуры другой и др. Однако осуществление подобных мероприятий на практике не всегда возможно.

Более доступными являются другие методы - отпугивающие или рапеллентные. Около четверти века тому назад в практику эксплуатации аэродромов был введен биоакустический метод отпугивания птиц. Метод предусматривает трансляцию криков «бедствия» птиц, пойманных хищником. Эти крики часто подкрепляются записями ружейных выстрелов и отдельными холостыми выстрелами из охотничьего ружья. В середине девяностых годов прошлого века специалистами из ГосНИИГА был осуществлен проект под названием «Халзан». Был предложен набор пиротехнических патронов, которые поддерживают биоакустическую трансляцию или применяются отдельно (Рыжов С.Е. Эффективное воздействие на птиц. Аэропорт Партнер (журнал), 2003, №1). Для патронов типа СПЖО характерны звук выстрела и полет горящих пироэлементов. Помимо этого в предложенном патроне мог формироваться импульсный звук с давлением порядка 90 дБ на расстоянии до 50 метров от точки разрыва. Кроме этого, формировался дымный след оранжевого цвета. Разлет пироэлементов в разные стороны сопровождался появлением красного пламени. Таким образом, в разработанной системе использовались различные методы воздействия на рецепторные системы птицы.

Известен способ, включающий воздействие электромагнитных колебаний в частотном диапазоне от 1 ГГц до 40 ГГц с импульсной модуляцией в инфранизком (несколько герц) или ультравысоком частотных диапазонах. (US 5774088).

Наиболее близким к заявляемому способу по совокупности существенных признаков является устройство для воздействия на птиц с целью их отпугивания с территории аэродромов (US 6250255). Воздействие на птиц осуществляют с помощью микроволнового излучения в полосе частот 0,9-4,0 ГГц. Установлено, что микроволновое излучение данного диапазона оказывает эффективное воздействие на слуховой аппарат птиц, имеет свойство проникновения в ткани мозга птиц и их разогревания. В этом случае отпугивающий эффект является следствием термоупругих волн, возникающих в мозговых тканях птиц, которые оказывают сильное воздействие на механорецепторы волосковых ячеек, что в свою очередь, вызывает устойчивое головокружение, потерю ориентации птиц.

Указанный в известном устройстве диапазон микроволнового излучения, по мнению авторов, выбран в связи с тем, что в этом диапазоне имеет место сильное поглощение излучения водой. Тем самым предполагается, что жидкая компонента тела птицы близка по своим параметрам к воде. Передатчик электромагнитных колебаний может работать как в непрерывном, так и в импульсном режимах. Говорится также о возбуждении в теле птицы термоэластичных (механических) колебаний при работе в импульсном режиме. Предлагается также использовать модуляцию несущего колебания низкими и высокими частотами в звуковом и ультразвуковом диапазонах. Модуляционные частоты предлагается выбирать такими, чтобы они соответствовали акустическим резонансным частотам отдельных анатомических структур птицы, в частности мозга и слухового аппарата. Выбрано в качестве прототипа. Однако при использовании устройства-прототипа возникает необходимость периодической перестройки модулирующего колебания в зависимости от размеров объектов воздействия, в том числе от размеров их анатомических структур.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи обеспечения орнитологической безопасности полетов летательных аппаратов.

Использование заявляемого устройства позволяет достичь нескольких технических и экономических результатов:

- безопасность для людей, находящихся в зоне действия диаграммы направленности установки;

- возможность размещения в зонах максимальной опасности для движущихся летательных аппаратов;

- отсутствие помех для летательных аппаратов, находящихся в воздушных коридорах;

- возможность использования единой сканирующей антенны.

Указанные технические и экономические результаты при осуществлении изобретения достигаются за счет того, что также как известный способ обеспечения орнитологической безопасности аэропорта, включает воздействие на птиц электромагнитными колебаниями.

Особенность заявляемого способа заключается в том, что птиц и их гнездовья подвергают комплексному воздействию электромагнитными колебаниями в частотном диапазоне от дециметрового до оптического.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Авторами заявляемого изобретения разработан эффективный способ для отпугивания птиц в зоне взлетно-посадочной полосы и ее окрестностей.

В основе способа лежит использование надпороговых (относительно физиологических рецепторов птиц) интенсивностей электромагнитных колебаний в широком диапазоне частот - от дециметрового до оптического. При воздействии этих физических факторов на рецепторные системы у птиц могут возникнуть ощущение дискомфорта, боли и страха, что и приводит к выработке реакции покидания защищаемых территорий (насиженных мест).

Хорошо известно что у птиц имеется четырехкомпонентная система зрения -имеются рецепторы, которые реагируют на электромагнитные волны красного, зеленого, синего и ближнего ультрафиолета (с длиной волны λ=200-400 нм). Воздействие на зрительные рецепторы электромагнитными колебаниями, интенсивность которых превышает пороговые значения соответствующих рецепторов, приводит к временному ослеплению птиц и выработке защитной реакции, заставляющей птиц покидать насиженные места. В заявляемом способе для воздействия на зрительные рецепторы используют электромагнитные источники, работающие на частотах, которые соответствуют компонентам четырехкомпонентного зрения, особенно на частотах максимума соответствующей частотной зависимости цветового рецептора. Наиболее эффективным является использование лазерных источников, которые излучают когерентные монохроматические колебания, приводящие к наибольшим биологическим эффектам.

Разработаны варианты размещения соответствующих источников излучения (генераторов), в которых используют источник излучения, соответствующий отдельному цвету или комбинации источников, соответствующих разным цветам. Установлено, что при мощности лазерного источника электромагнитных колебаний, равной примерно 200 мВт, дальность эффективного воздействия на птиц составляет примерно 200 метров.

Аналогичная поведенческая реакция возникает и при повышении температуры тела, превышающей на несколько градусов обычную комфортную температуру тела.

Для достижения эффекта повышения температуры тела птицы, в соответствии с заявляемым способом, использованы электромагнитные колебания на частотах, глубоко (на несколько сантиметров) проникающих в биологические ткани. Эффект воздействия появляется при плотности мощности на облучаемой поверхности, равной примерно 2 мВт/см², при этом в течение 35-40 с температура тела может повыситься на 1 градус или более. В качестве таких источников использованы хорошо известные генераторы дециметрового диапазона. Из набора различных частот, которые используются в гипертермических установках, наиболее подходящими для целей отпугивания птиц являются частоты 915 и 2450 МГц. Глубина проникновения излучения в биологическую ткань на частоте 915 МГц составляет 2-4 см, а на частоте 2450 МГц 1,0-1,5 см. При воздействии на тело птицы электромагнитные колебания указанного диапазона, глубоко проникая в биологические ткани, накапливают электромагнитную энергию, которая преобразуется в тепло. Наибольшее повышение температуры имеет место в геометрически очерченных анатомических структурах тела, которые играют роль открытых диэлектрических резонаторов, в которых, как хорошо известно, накапливается электромагнитная энергия. Открытый диэлектрический резонатор представляет собой колебательный контур, состоящий только из диэлектрика, в котором могут возбуждаться колебания с различной поляризацией на одной и той же частоте. При использовании генератора в дециметровом диапазоне мощностью, равной примерно 800-1000 Вт, дальность эффективного воздействия составляет примерно 1 км.

Повысить эффективность воздействия электромагнитных колебаний на птиц можно также, если использовать различную модуляцию несущей частоты излучения. В отличие устройства-прототипа в заявляемом способе используется такая частота несущего колебания, которая обеспечивает не акустический резонанс, а электромагнитный резонанс в геометрически очерченных анатомических структурах тела птицы. Такими накопителями электромагнитной энергии могут являться открытые диэлектрические резонаторы, которые упоминались выше. Для амплитудной или импульсной модуляции можно использовать низкочастотное колебание, которое соответствует частотному спектру крика птицы - жертвы хищника. Для упрощения схемы передатчика в заявляемом способе целесообразно использовать не фиксированные частоты несущего колебания с последующей импульсной или амплитудной модуляцией, а широкополосный шумовой сигнал или сигнал с изменяющейся во времени частотой несущего колебания, например сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ сигнал). Оба этих сигнала широко используются в радиолокации и не представляют каких-либо трудностей в их реализации. Ширина полосы генерируемых колебаний может быть выбрана такой, чтобы обеспечить одновременное воздействие на большое количество анатомических структур (диэлектрических резонаторов).

Известно, что при воздействии на биологическую ткань модулированного излучения возникает эффект радиозвука. Эффект состоит в том, что при воздействии импульсного излучения на биологическую ткань часть поглощенной мощности преобразуется в механические колебания на частоте посылок импульсов. Эффект радиозвука возникает уже при малых значениях плотности мощности облучения, начиная примерно с единиц мВт/см². Эти колебания (радиозвук) отрицательно влияют не только на слуховой аппарат, но и на другие физиологические системы организма птицы.

Различные виды модуляция излучения можно применять во всех перечисленных выше генераторах электромагнитных колебаний для отпугивания птиц.

Частотный спектр модулирующего колебания может лежать в широком диапазоне звуковых частот. Особенно неблагоприятными являются частоты больше 20 кГц, то есть в ультразвуковом диапазоне. Наибольший эффект воздействия на птиц будет достигаться при таком виде электромагнитного колебания, когда происходит одновременное воздействие на тепловые рецепторы и проявляется эффект радиозвука.

Расчеты показывают, что при мощности лазерного источника электромагнитных колебаний, равной примерно 500 мВт, дальность эффективного воздействия на птиц составляет примерно 500 метров. При использовании импульсного генератора в дециметровом диапазоне мощностью, равной примерно 2 кВт, дальность эффективного воздействия составляет примерно 1 км, если использовать сфокусированный электромагнитный луч с пятном на приемной стороне, равным примерно 2×2 м.

Способ осуществляют следующим образом.

В стационарных установках, расположенных по периметру взлетно-посадочной полосы, использована передающая система, содержащая лазерный источник электромагнитных колебаний в комбинации с СВЧ генератором, работающим в дециметровом диапазоне.

Заявляемый способ может быть реализован с помощью установок размещенных как в стационарном, так и в переносном варианте. Основным элементом стационарной установки является источник лазерного излучения с длиной волны 530-630 нм и мощностью, равной примерно 500 мВт, в комбинации с СВЧ генератором, работающим в дециметровом диапазоне, мощностью, равной примерно 2 кВт.

Параметры передающей установки в мобильном исполнении могут быть представлены следующим образом. При мощности передатчика, равной примерно 450 Вт, пятно размером 2×2 м с плотностью мощности 2 мВт/см² можно обеспечить на расстоянии примерно 50 м.

Исследования, проведенные в местах гнездования птиц, на различных стадиях их жизнедеятельности: гнездования, откладывания яиц, выкармливания птенцов показали, что комплексное воздействие электромагнитными колебаниями является эффективным для отпугивания птиц.

Установлено, что в случае прицельного воздействия на места гнездования периодически в течение дня с длительностью каждого сеанса воздействия 5-10 мин птицы покидают гнезда и не возвращаются в места гнездования в течение всего сезона.

На Фиг.1 показана блок-схема универсальной установки на примере использования комбинированного оптического и СВЧ излучений для отпугивания птиц в зонах полета летательных аппаратов и аэродромов, в том числе:

1. Источник питания лазеров,

2. Контроллеры модуляции мощности лазеров,

3. Оптические системы коллимирования и наведения лазеров,

4. Блок лазеров,

5. Компьютер Notebook,

6. Контроллеры сканирования лучей лазеров,

7. Контроллеры управления антенной и сканирования луча генератора СВЧ,

8. Источник питания генератора СВЧ,

9. Контроллер модуляции генератора СВЧ,

10. Генератор СВЧ,

11. Излучатель СВЧ.

В качестве источника электромагнитных колебаний могут быть использованы любые из перечисленных выше генераторов. Контроллеры, управляемые компьютером, позволяют менять ориентацию в пространстве электромагнитного луча. Установка может быть использована в стационарном (наземном) и мобильном вариантах. В последнем случае можно использовать малогабаритные автомобили типа газель или джип. Источники электромагнитных колебаний в оптическом и СВЧ диапазонах могут быть подсоединены к единой сканирующей антенне.

Способ с успехом может быть использован в зонах повышенной опасности для бортовых систем летательных аппаратов (аэродромы, авианосные суда, зоны пусковых установок), при защите зданий и сооружений, представляющих архитектурную и градостроительную ценность, а также в сельском хозяйстве.

1. Способ обеспечения орнитологической безопасности аэропорта, включающий комплексное воздействие на птиц и их гнездовья электромагнитными колебаниями в частотном диапазоне от дециметрового до оптического, отличающийся тем, что птиц и их гнездовья подвергают воздействию электромагнитными колебаниями дециметрового диапазона длин волн с помощью генератора электромагнитных колебаний, работающего в режиме модулированной широкополосной или шумовой генерации, а воздействие электромагнитными колебаниями в оптическом диапазоне осуществляют путем комбинации когерентных монохроматических колебаний лазерных источников.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие электромагнитными колебаниями дециметрового диапазона длин волн осуществляют с амплитудной модуляцией несущего колебания.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие электромагнитными колебаниями дециметрового диапазона длин волн осуществляют с частотной модуляцией несущего колебания.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что воздействие электромагнитными колебаниями дециметрового диапазона длин волн осуществляют с линейной модуляцией несущего колебания.