Дорожный серпантин горных карьеров – место опасное. Мало того, что рукотворная пропасть постоянно рядом, что крутой уклон грозит бедой при отказе тормозов, что идущие впереди машины норовят подбросить под колеса глыбы руды, так еще и туманы здесь бывают гораздо чаще, чем на равнине. Особенно этим славятся карьеры Якутии, Кольского полуострова, Болгарии. Случается, по несколько месяцев в году из-за ограниченной видимости техника там вынужденно простаивает или работает с низкой производительностью, что влечет колоссальные убытки.
Вот почему, когда ученые Института физики Национальной академии наук Беларуси приехали на автозавод в Жодино, чтобы продемонстрировать свой лазерный газоанализатор для дистанционного контроля промышленных выбросов, генеральный конструктор Александр Егоров попросил исследователей подумать, как можно использовать идею лазерной локации для создания системы безопасного вождения большегрузных карьерных самосвалов в условиях ограниченной видимости.
— Эта просьба нам показалась очень интересной, хотя было понятно, что с газоанализатором у новой разработки будет мало общего, — говорит руководитель работы, ведущий научный сотрудник лаборатории физической оптики кандидат физико-математических наук Владимир Петухов. — Прецедента в автомобилестроении не было, поскольку подобную задачу зарубежные конкуренты БелАЗа пытались решить с помощью тепловидения. Но тепловизор, во-первых, очень дорог, а во-вторых, дает только контур предметов и не позволяет различать детали, имеющие одинаковую температуру. Например, лежащий на дороге камень он чаще всего не опознает. А гарантия безопасности должна быть полной. Поэтому мы сразу сосредоточились на реализации своей идеи. Тем более что к этому времени как раз появились компактные инфракрасные лазеры с нужными характеристиками и электронные оптические преобразователи нового поколения.
На разработку, живое участие в судьбе которой принял директор Института физики доктор физико-математических наук Владимир Кабанов, ушло чуть более двух лет. Сегодня новинка находится уже на опытно-конструкторской стадии. В Государственной научно-технической программе «Оптотех-1» начало ее серийного производства намечено на 2011 год, но ученых поторапливают и просят завершить внедрение в 2010 году. Возможно, это им и удастся.
Тесты, проведенные в институтском коридоре, наполняемом по вечерам искусственным туманом, а также натурные испытания системы на трассе полигона в Жодино показали феноменальные результаты. При тумане, который на расстоянии полуметра практически полностью скрывал любые предметы, принесенное лазером изображение позволяло четко видеть находящегося в 60 метрах человека и даже узнавать его в лицо!
Как такое вообще возможно?
Автомобилисты прекрасно знают, какой непроницаемый для взгляда слепящий «световой забор» возникает перед радиатором, когда свет фар отражается от плотного тумана. В то же время с того места, куда направлены лучи, размытый свет фар хорошо виден. Стало быть, часть фотонов пробивается-таки через завесу, но, отразившись от предметов, возвращается к водителю через световое зарево и теряется в нем. Подобным образом ведет себя и невидимое инфракрасное излучение. В таком случае, рассуждали физики, излучение, отразившееся от передней кромки тумана и мешающее различить изображение, необходимо попросту убрать.
Сделать это удалось с помощью электронного оптического преобразователя, который позволяет филигранно манипулировать импульсным лазерным излучением. Преобразователь работает синхронно с лазером, и если тот посылает короткий инфракрасный импульс, например на 50 метров, то известно, когда отраженный сигнал вернется. В это неуловимое мгновение и открывается фотоприемник. Остальной же поток инфракрасного излучения, отразившийся от первых капель тумана, прибор попросту отсекает. Не фиксирует он и постороннее световое излучение, имеющее другую длину волны.
Импульсы следуют один за другим с высокой частотой, и в итоге рождается динамичная и четкая телевизионная картинка дорожной обстановки, которая попадает на экран установленного в кабине монитора. Уже через час водитель привыкает к такому режиму и не испытывает никаких неудобств, так как панорама на экране в точности соответствует ширине сектора освещения обычными фарами. Кстати, свет при езде в тумане с такой системой вождения можно и не включать, он даже мешает водителю.
Поскольку объемы заказа автомобилестроителей должны быть первое время небольшими – два десятка лазерных систем в год, то ученые рассчитывают справиться с изготовлением и настройкой приборов своими силами. Но в будущем, возможно, придется разворачивать и настоящее промышленное производство.
— Дело в том, что подобные системы могут быть использованы не только в карьерных самосвалах, но и для оснащения любых других автомобилей, а также на железной дороге, много теряющей из-за необходимости снижать скорость в условиях плохой видимости, – говорит заведующий лабораторией физической оптики кандидат физико-математических наук Борис Кунцевич. — Кстати, замечен интересный феномен: дорожные знаки со светоотражающим покрытием и фликеры на одежде дают в лучах лазера гораздо более яркое отражение, чем от обычного света, что должно значительно поднять уровень безопасности на дорогах. Перспективна созданная оптико-электронная система и в судовождении, особенно при маневрировании в портах, так как радары дают на экране очень нечеткую засветку. По нашим прикидкам, новинка пригодилась бы и в авиации, в частности, для оснащения вертолетов, так как позволяет очень хорошо видеть линии электропередачи – основную угрозу при полете на небольших высотах. На нас уже выходили и разработчики беспилотных летательных аппаратов, для которых подобная система также актуальна. В конце концов, если речь идет об особо охраняемых объектах, то почему бы не заменить там обычные телевизионные камеры лазерными? Да, это обойдется дороже, но злоумышленники гарантированно будут замечены даже в самую скверную погоду, поскольку лазерная система позволяет видеть не только в туман, но и в дождь, и в снег, и в пыльную бурю.
На снимке: заведующий лабораторией Борис Кунцевич, один из основных разработчиков оптико-электронной системы Вадим Горобец и руководитель темы Владимир Петухов тестируют экспериментальный образец созданного прибора.
