В реактор Фукусимы: одностороннее путешествие для беспилотных летательных аппаратов
Беспилотники, отправляемые в Фукусиму, работают быстрее, чем ожидалось. Почему это так и как можно использовать дроны для предотвращения дальнейшей гибели людей в опасных условиях?
Инцидент Fukushima - 2011
Пятница, 11 марта 2011 года, когда произошло самое сильное землетрясение в Японии, произошло землетрясение 9, 1 баллов, в результате которого погибло более 15 000 человек. По имеющимся данным, цунами имеет высоту более десяти футов. Вместо этого зарегистрированная высота пика была более 127 футов на полуострове Омой, городе Мияко, Япония.
Волна цунами, поразившая многие прибрежные районы Японии, также нанесла смертельные последствия на атомную электростанцию в Фукусиме. Повреждение здания и реактора наряду с недостаточным охлаждением привело к трем ядерным кризисам, химическим взрывам, которые образовали дыру в крыше, а затем выпуск ядерного материала. Отсутствие охлаждения также позволило отработанному топливу, хранящемуся в охлаждающих бассейнах, перегреться и высвободить материал.
Хотя смертей, зарегистрированных в результате ядерных осадков, не было, в настоящее время существует большая зона отчуждения вокруг участка, простирающегося до 18 миль от электростанции.
Поврежденный реактор Фукусимы. Изображение используется с помощью OregonLive
Когда происходит такой инцидент, обычно требуется храбрые мужчины и женщины, которые готовы рисковать жизнью, чтобы очистить и защитить сайт. Например, пожарные в Чернобыльском инциденте пошли на электростанцию, чтобы предотвратить возгорание огня. Тем не менее, эти пожарные будут платить конечную цену, а результат - смерть семи пожарных непосредственно из-за радиационного облучения, что добавляет к уже трагической смерти Чернобыля.
Однако благодаря современным технологиям и подъему беспилотных летательных аппаратов таким смелым людям больше не нужно рисковать своей жизнью в ситуациях первого ответчика. Использование и расследование инцидентов также становится намного более безопасным из-за использования беспилотных летательных аппаратов. Тем не менее, эти беспилотные летательные аппараты должны выдерживать экстремальные условия, чтобы выполнить эту роль, проблему, которую дизайнеры все еще пытаются преодолеть.
Отправить в Drone
Хотя аэрофотосъемку можно получить с помощью вертолета или самолета, беспилотные летательные аппараты могут использоваться для входа в поврежденные здания или в другие опасные условия без каких-либо затрат. Что еще более важно, дроны все чаще используются в опасных условиях, чтобы избавить людей от риска.
Дроны могут захватывать крупную карту живых вулканов, что было бы невозможно для людей. Еще один недавний пример использования беспилотных летательных аппаратов в непривлекательных средах - исследование колонии проказы у побережья Австралии, где здания слишком хрупкие, чтобы войти.
Это использование дронов - именно то, что делают японцы с сайтом Fukushima. Вместо того, чтобы отправлять людей, чтобы оценить ущерб и попытаться исправить ошибки, дроны собираются для передачи информации, включая уровни излучения и видео на сайте.
Но дроны, идущие на сайт Фукусимы, ломаются намного быстрее, чем планировали. Последние беспилотные летательные аппараты погибают после простого дня операции, когда ожидается, что они прослужит несколько дней.
Они входят, но они не возвращаются
Toshiba было поручено создать беспилотные летательные аппараты, способные выдерживать до 73 солнечных лучей и работать до пяти дней, исследуя сайт Фукусимы. Тем не менее, эти дроны умирают после дня воздействия с недавними уровнями излучения, зарегистрированными в 530 Зивертов.
Чтобы представить это в перспективе, если бы человек подвергся воздействию 10 сивертов излучения, они были бы мертвы в течение недели. Если человек был подвергнут воздействию места Фукусимы (около реактора), они были бы мертвы за считанные секунды.
Несмотря на то, что эти дроны продолжаются не более двух часов в реакторе, они по-прежнему предоставляют бесценные данные, которые обычно не могут быть получены без серьезной угрозы жизни человека. Но почему радиация влияет на электронику?
Крошечная причина, большая проблема
Технология замечательная, не так ли? Мы видели, что размеры транзисторов становятся крошечными (последние имеют ширину всего 14 нм!). Хотя крошечные компоненты могут быть отличными, когда речь идет о создании более мощных устройств (которые, в свою очередь, помогают создавать более совершенные дроны), они также вызывают очень серьезную проблему с излучением.
Радиация происходит в трех основных типах: альфа, бета и гамма. Альфа-излучение (гелиевое ядро) является наиболее ионизирующим из всех, но очень легко остановить (большинство пакетов IC может легко остановить альфу). Бета-и гамма-излучение, однако, не так-то просто остановить, и именно эти типы излучения вызывают проблемы с электроникой.
Когда транзистор 5 В, который усиливает ток от 1 мА до 100 мА, подвергается воздействию бета- или гамма-излучения, возникающие помехи незначительны. Однако, если этот же транзистор работает с гораздо меньшим напряжением с малыми токами (picoamp), помехи от излучения могут стать серьезной проблемой. Эта проблема очевидна при проектировании большинства серверов, которые используют ECC RAM для исправления ошибок, если бит «случайным образом переворачивается» - явление, обычно вызываемое космическими лучами.
Ключом к радиационной стойкости может быть старый метод. Использование изображения предоставлено NASA
Таким образом, наиболее вероятно, что беспилотники, отправляемые в Фукусиму, имеют транзисторные состояния, перевернутые и переписанные только места памяти (например, FLASH). Хотя защита от бета-излучения может быть реализована с использованием металлических пластин (таких как сталь) толщиной несколько мм, гамма-лучи практически невозможно остановить (требуя нескольких метров бетона). Поэтому, даже если беспилотный защитник был защищен от бета-излучения, гамма-излучение Фукусимы может по-прежнему приводить к разрушению дронов в течение нескольких часов.
Чтобы решить проблему гаммы, инженеры могут вернуться к более примитивной кремниевой технологии с большими размерами и транзисторами, которые потребляют больше тока для работы (поскольку они менее подвержены воздействию излучения). Однако такой шаг окажет серьезное влияние на производительность любого беспилотного летательного аппарата, а не только на потоки HD, но также и на энергопотребление.
Прочитайте больше
- Правоохранительные органы и законодатели борются за контроль над беспилотными летательными аппаратами
- 3D-печатная встроенная электроника Сделайте этот Drone готовым к вылету прямо из принтера
- Новые технологии Powers Drones Wirelessless
В таких ситуациях, как изучение площадки реактора Фукусима, дроны устраняют необходимость рисковать жизнями, а также дают новую перспективу ситуации. Тем не менее, инженеры должны будут выяснить способ обхода радиационной проблемы, если они должны выполнить свои задачи и выжить в обратном пути.
Тем временем, эти беспилотники предоставляют важную услугу, даже если они не могут вернуться к своим создателям. Это только одно приложение, в котором дроны могут быть полезны для спасения жизней. Пожарные в будущем могут использовать беспилотные летательные аппараты, чтобы понять, как распространяется пожар в здании, или определить, находятся ли люди в ловушке внутри. Полиция может начать использовать беспилотные летательные аппараты для отслеживания преступников в бегах. Служащие-спасатели могли использовать их для поиска пропавших людей в дикой природе или даже в море. Поскольку дроны становятся более выносливыми, более простыми в управлении и более надежными в передаче данных, которые они могут собрать, они станут лучше подходить для таких задач.
Даже если мы продолжаем терять беспилотные летательные аппараты до радиации, повреждения или ненастной погоды, они по-прежнему спасают жизни. Это действительно пример технологии в лучшем виде.