За последние месяцы наш конструкторский отдел получил большое количество запросов на проектирование защитных ограждающих конструкций (ЗОК) для самых разных объектов: промышленных цехов, технологических площадок, складских комплексов. Спрос растёт, и речь уже идёт не о единичных проектах, а о системном подходе к защите критичной инфраструктуры от беспилотных летательных аппаратов.
Нормативная база: документы есть, данных нет
В конце 2024 года был принят СП 542.1325800.2024 «Защитные ограждающие конструкции от беспилотных летательных аппаратов». Документ стал первой попыткой стандартизировать требования к подобным конструкциям. В СП приведена:
- классификация БПЛА на малые, лёгкие и средние;
- общие принципы построения защитных ограждений, например ЗОК на независимом каркасе или ЗОК, опирающиеся на имеющиеся конструкции;
- требования к сеткам.
Однако критически важные параметры, от которых зависит инженерное проектирование, в документе не определены. В частности, не указаны:
- масса БПЛА,
- скорость подлёта,
- масса боевой части;
- размах крыльев.
Вместо этого СП ссылается на документ под номером 5: «Рекомендации по проектированию, строительству, эксплуатации и применению защитных ограждающих конструкций от атак беспилотных летательных аппаратов / Минстрой России, 2024». Но на сегодняшний день эти рекомендации отсутствуют в открытом доступе. Найти их в сети невозможно, что создаёт очевидный пробел между нормативными требованиями и практикой проектирования.
Методички МЧС
Отдельно существуют «Рекомендации по инженерной защите объектов МЧС России от беспилотных воздушных средств нападения», которые основаны на вышеупомянутом СП, но более детализированы. Что в них можно прочитать интересного:
1.3 Технические решения разработаны для инженерной защиты от беспилотных летательных аппаратов (далее – БпЛА) «малого» класса (Приложение А), применение которых наиболее вероятно (для расчета приняты российские ударные БпЛА типа «Ланцет-1» масса 5 кг, вес боевой части 1 кг и «Ланцет-3» масса 12 кг, вес боевой части 5 кг, при максимальной скорости пикирования 300 км/ч). Для защиты объектов от БпЛА более высокого класса требуется защита системами ПВО (Зенитно-ракетными комплексами и средствами РЭБ).
Иными словами, МЧС говорит нам, что сетками можно ловить только что-то мелкое, а всё что тяжелее 12 кг извольте сбивать средствами ПВО.
В этих же рекомендациях даётся классификация, «рекомендованная Министерством обороны Российской Федерации». И в ней мы обнаруживаем, что взлётный вес аппаратов, которые преодолевают 500 км оказывается свыше 500 кг.
При этом интернет пестрит статьями, что аппарат под названием «Лютый» весит в пределах 300 кг и преодолевает более 1000 км. Получается, что приведённая выше классификация не соответствует новостным заголовкам в разы. Спасибо, что дали хотя бы какие-то цифры, потому как заказчики в запросах не указывают ровным счётом ничего.
Также в руководстве от МЧС даются отличные таблицы, показывающие давление ударной волны в зависимости от массы взрывчатки в килограммах. Но вот только масса нам неизвестна! Нам её из новостных заголовков брать?
Реальные запросы: полипропиленовая сетка против 200-килограммового дрона?
В практической работе мы видим и парадоксальные кейсы:
- фотографии «защитных» конструкций, которые выглядят слишком хлипкими;
- обращения с просьбой использовать обычные полипропиленовые сетки.
Вот пример из глубин нашей родины:
Если БПЛА долетает до условного Екатеринбурга, скорее всего речь идёт о тяжёлом дроне массой порядка 150…200…300 кг, способном атаковать объект со скоростью около 100…150...200 км/ч. Декоративные решения в виде полиамидных сеток не могут выполнять функцию защиты.
Также в интернете есть такие картинки:
Отлично! Такое решение выглядит лучше, чем полипропиленовая сетка, однако канаты натянуты достаточно сильно и не имеют демпфирующих устройств, а значит кинетическая энергия от пикирующей железяки, вероятно, просто сорвёт талрепы, которыми эти канаты натянуты. Как мы это определили? Да на инженерном потолке написано.
Кинетическая энергия пикирующего аппарата рассчитывается по формуле:
Допустим, мы имеем аппарат 150 кг, который приближается со скоростью 100 км/ч = 28 м/с.
Предположим, что конструкция при восприятии удара позволит тросу растянуться на 50 мм= 0.05 м. Ещё 50 мм отыграют стальные опоры. В этом случае формула для работы будет иметь вид:
Работу A нужно приравнять к кинетической энергии аппарата E.
Именно такой силы удар будет в тросе и талрепе. Талрепы на 58 тонн выглядят не так, как на фото, поверьте. Да и канат нужен примерно Ø30 мм.
И да, это - сферический конь в вакууме с кучей упрощений, но порядок цифр можно почувствовать!
Расчёт энергии — основа проектирования
- Определяем кинетическую энергию условного БПЛА. При массе 200 кг и скорости 100 км/ч:
- Используем положения СП 542 и рекомендации МЧС, согласно которым несущие конструкции должны находиться за плоскостью сети, а сеть используется как поглощающий элемент.
- Проектируем несущий каркас с вынесенными вперёд штангами и балками, на которых крепится сеть.
- Рассчитываем рабочий ход сети (например, 5 м). Это позволяет определить силу, необходимую для торможения аппарата.
- Разрабатываем демпфирующую систему с грузами, преобразующими энергию удара в потенциальную энергию подъёма.
Такие решения позволяют сети управляемо растягиваться и поглощать энергию БПЛА, не разрушая несущий каркас ЗОК. Конкретный пример концепта:
- Габаритный размер ДхШхВ, м: 45 х 25 х 10;
- Габарит защищаемого объекта ДхШхВ, м: 35 х 15 х 5;
- Вес: около 20 тонн.
Конструкция не капитальная, устанавливается на бетонные блоки и не контактирует с защищаемым объектом. Отдельно стоит упомянуть, что высоту и длину такой клети регулировать достаточно просто и безболезненно, а вот ширина (25м) тут определяется фермами перекрытия. Соответственно увеличение пролёта фермы ведёт к значительному росту её габаритов.
Схема работы имеет вид:
Таким образом мы имеем ситуацию, когда атакующий "птенчик" с энергией 78 400 Дж может тормозить, проходя путь 3…5 метров. Предположим, что канат в такой схеме вытянет груз на 3 метра вверх. Тогда через формулу для работы получаем усилие от тормозного груза:
Теперь определим ускорение с которым дрон будет тормозится со скорости 28 м/с (100 км/ч) до нуля.
Отсюда определяем массу груза, который при таком ускорении даст искомые 26 133 Н тормозной нагрузки:
Ну а так как груз стоит на полиспасте, то надо взять в два раза больше. Это всё равно достаточно много, но повесить 600 кг на 10-метровой стальной колонне – это по крайней мере звучит реалистично.
Важно! Расчёт приближённый и не учитывает, что наша система геометрически изменяемая. Т.е. дрон оттормаживается не вдоль каната, а под произвольным углом. Это добавит различные синусы-косинусы, интегралы и дифференциалы в наши вычисления. Мы определяем только порядок чисел, т.е. что мы работаем с грузом 500 кг, например, а не 5 тонн.
В интернете есть видео испытаний сетки, натянутой на значительном пролёте. Только тут тормозят не грузами, а упругостью самой канатно-сеточной системы на большом пролёте. Вот скриншот из видео, где 600 кг бетонный блок кидают на сетку.
Проанализируем скриншоты. По ощущениям, высота колонн – 10 метров. Высота, с которой был сброшен груз – тоже около 10 метров. Напоминаю, что у нас сферический конь в вакууме и мы просто делаем численную оценку на салфетке. Считаем энергию сброшенного кубика. Скорость, которую кубик набирает за 10 метров падения:
Энергия кубика массой 600 кг до касания сетки:
Это немного меньше, чем мы закладывали в свои изыскания (78 400 Дж), хотя порядок схожий. Результат испытаний достойный. Однако в рекламных материалах испытателей указывается, что система рассчитана на перехват объекта массой 400 кг, движущегося со скоростью 200 км/ч. Выполним ту же оценку энергии:
Получилось в 10 раз больше. К сожалению, к испытаниям нет комментариев от авторов, поэтому непонятно, удар какой энергии нам хотели продемонстрировать, но, видимо, всё же не 400 кг и 200 км/ч.
А что с сетками?
Сетки в продаже есть, и они достаточно «жирные». Например, подходит сетка для габионов с толщиной проволоки 2,7мм. Однако производители сетки лишь показывают, какая она красивая и в рулонах. А выдержит ли она падающий предмет – зависит от того, как она натянута.
Что делать с боевой частью?
Можно обложить защищаемый объект подушками или мешками с песком!
В рамках СП 542.1325800.2024 мы (инженеры) можем только реализовать бесконтактную по отношению к защищаемому объекту блокировку подлета БПЛА. От осколков и ударной волны можно защищаться по-разному, но параметры этих осколков и взрывов не известны. Даже если мы разработаем какую-то схему, устроить реальные испытания в полевых условиях сложно. Желающих платить за такие изыскания тоже не много.
Кажется, нам нужен Мистер Бист...
Для тех, кто не знает этого блоггера с его 450 млн подписчиков, расскажу, что в рамках своих развлекательных шоу он строил ЗОК вокруг чемоданов с деньгами и спорткаров, а потом стрелял в них и взрывал.
Заключение
Сегодня проектирование защитных ограждающих конструкций сталкивается с дефицитом исходных данных. Нормативы появились, но не сопровождаются конкретными параметрами угроз. Методики есть, но основаны на усреднённых предположениях. Как проводить испытания не имея доступа к реальным БПЛА - тоже загадка.
Тем не менее мы пробуем разрабатывать инженерные решения, основанные на:
- физике процессов;
- расчёте энергии удара;
- управляемом демпфировании.
А теперь можешь "навалить" нам в комментариях за наши грамматические ошибки и упрощения в расчётах. Мы с радостью поищем в них зёрна, полезные для разработки ЗОК!