Аналоговые технологии: от хороших НИОКР до отсутствия изделий

Полтора года назад SULARU впервые написало об уникальном российском средстве спасения с высотных зданий СПАРС. Нам тогда показалось, что проект ожидает успех в ближайшее время. Но нет. И мы хотим понять в серии статей, почему изобретатели и новаторы испытывают похожие затруднения при выводе важнейшей продукции на российский рынок.

Поводом - точнее тревожным сигналом о странном совпадении проблем российских изобретателей и новаторов - послужила новость от января 2020 года «Пожиратель космического мусора запатентован в России». Агентство «Интерфакс» сообщило, что космический аппарат, улавливающий и перерабатывающий мусор на орбите Земли в топливо, получил два патента в России.

Высоко над землёй

В связи с новостью «Интерфакса» в редакции SULARU сперва подумали, что конкуренты холдинга РКС создали аналог. Ведь мы помнили - АО «Российские космические системы» публично представило на суд общественности запатентованный проект космического аппарата для сбора и моментальной утилизации мусора на орбите Земли в марте 2019 года (автор - Мария Баркова; начало срока действия патента - 11 мая 2018 года). Но нет:

«Как сообщила на [44-х академических] чтениях по космонавтике автор доклада и обладатель патентов, сотрудник компании "Российские космические системы" (АО "РКС") Мария Баркова, проблема мусора на околоземной орбите носит системный характер, а ее решение требует неотложных мер […] Она сообщила, что получила патент на изобретение сборщика космического мусора, кроме того уже подана заявка на промышленный образец и на международный патент», - написал «Интерфакс».

Напомним различие между патентом на изобретение и патентом на промышленный образец. Последний является лишь фиксацией дизайна изделия и на промышленную применимость и изобретательский уровень не претендует. То есть промышленным образцом может выступать даже оригинальная бутылка любого алкоголя. Различаются и сроки действия патентов - 20 лет для изобретения и 5 лет для промобразца.

Другими словами, у SULARU сложилось стойкое впечатление, что у госпожи Барковой ушло полтора года на отрисовку гипотетического внешнего вида космического аппарата. Возможно, что подача заявки на промбразец случилась после создания прототипа. Но о воплощении виртуальной идеи в материальный образец не было сказано ни полслова. И уж тем более мы позволили себе усомниться в создании опытного образца изделия.

Между тем важность «космического уборщика» в доказательствах не нуждается - на околоземной орбите уже не продохнуть от мусора (более 7 тыс. тонн). С каждым годом риск превращения ближнего космоса в пространство непригодное для практического использования возрастает. Если такой сценарий реализуется, то можно будет сказать «прощай» любым современным способам осуществления спутниковой связи. Но время реального запуска интересного российского охотника за мусором остаётся крайне неопределенным.

Под землёй

В 2014 году российские нефтяники попали под секторальные санкции. Сейчас речь пойдёт не о санкциях как таковых (20 февраля РБК сделал прекрасное обобщение «Шесть лет санкций против России. Главное»), а о добыче нефти с помощью мобильных буровых установок (МБУ).

К моменту присоединения Крыма весь парк оборудования по бурению, цементированию и капремонту скважин, по оценке Минпромторга, на 67% состоял из импортных изделий (две из трёх). К 2020 году долю импорта планировалось снизить до 50%. Что касается МБУ, то в этом секторе добычного оборудования доля импорта даже больше.

Поэтому, во-первых, российское производство таких установок является приоритетом. Во-вторых, из-за секторальных санкций многие импортные МБУ невозможно ремонтировать с помощью оригинальных запчастей и деталей. Парк установок изнашивается и сокращается - это прямой удар по экономике, ведь бурение с помощью мобильных установок быстрее и дешевле по сравнению со стационарными.

Небольшая независимая инжиниринговая компания из Твери «Нафтатек» говорит, что может создать на 99% локализованную установку на 225-250 тонн. Это не просто заявление о разработке - готова конструкторская документация - отечественной мобильной установки. Российские установки есть на рынке и сейчас, правда весом 125-160 тонн.

Это заявление о техническом прорыве до «лучшей мировой практики создания тяжёлых МБУ» на базе многолетнего опыта ремонта и модернизации существующих установок. Простыми словами, чем тяжелее МБУ, тем глубже и эффективнее она бурит. Но, насколько известно SULARU, очередь из инвесторов для запуска серийного российского изделия перед изобретателем и гендиректором компании Фуадом Ахмедовым не стоит.

Между небом и землёй

В мире огромное количество высотных зданий (выше 12 этажей). Но реальных средств спасения из зданий высотой более 50 метров для неподготовленных и заблокированных на верхних этажах людей на планете Земля не существует вовсе. И только отечественная разработка СПАРС предлагает способ преодоления такой актуальной проблемы.

СПАРС мыслится как не имеющее мировых аналогов средство последней возможности (last resort mean), которую надо предоставить человеку в высотном здании, когда все традиционные пути эвакуации заблокированы, а спасение другими средствами невозможно. По статистике МЧС 3-5% людей при чрезвычайной ситуации в высотных зданиях в попытке спастись прыгают из окон и погибают.

SULARU писало об изобретении полтора года назад, что в нашем восприятии роднит его с космическим охотником госпожи Барковой сразу по двум факторам- временному (2018 - год подачи заявки на патент РКС) и отраслевому. Создатели СПАРС - выходцы из космической отрасли, которые применили наработки в сугубо земной сфере. Название компании-разработчика: «Космические системы спасения».

Как читатель, наверное, уже догадался, дела с запуском серийного производства изобретения обстоят приблизительно так же , как и в августе 2018 года. Проще говоря, запуска не случилось. О возможных причинах задержки мы поговорим во второй статье этой серии, а пока мы попросили гендиректора КСС Сергея Кулика ответить на каверзные вопросы об уникальности продукта.

Может быть он не такой уникальный, если государство или частные инвесторы не заинтересованы в создании этого средства спасения? Позднее на доказательствах уникальности продукта (анализе продукта) SULARU останавливаться не будет, а попробует порассуждать об экономических закономерностях, присущих выводу российских изобретений на рынок.

Стёкла в высотных зданиях крепкие, их разве можно разбить?
Ответ:

• В высотных зданиях (выше 12 этажа), а их большинство, окна как правило открываются. Даже на видео в небоскребах WTC от 09.11.2001 г. видны люди махающие из разбитых окон в просьбе о помощи.
• Во всех высотных стеклянных зданиях предусмотрены выходы на внешнюю сторону здания без разбивания стекол (выходы для мойщиков).
• Закаленные и даже триплексные стекла очень прочны при перпендикулярном ударе, но весьма хрупки при энергичном ударе по их торцу или в определенные места. Возможно дооснащение оконных рам специальными аварийными ударниками (как в общественном транспорте).
• Можно также предусмотреть специальные меры для образования аварийных проходов (как в автобусах при выдергивании контурного шнура и выдавливании стекла; в вертолетах образование проема происходит путем подрыва ленточного заряда по контуру). Т.е. в принципе надо поменять строительные СНИПы и спасательные Правила под новую технологию спасения.
• Когда отрезаны пути эвакуации люди бегут на крышу. Вертолет на необорудованную крышу в условиях пожара не сядет. Но может выбросить контейнер с устройствами СПАРС и 1-2-х спасателей для помощи людям в их использовании. Т.е. возможна экстренная эвакуация не только из окон.

Как повлиет на эвакуацию «Эффект вакуума»?
Ответ:

• Вместо «Эффекта вакуума» правильнее говорить об «Эффекте дымовой трубы»: т.е. вертикального потока воздуха на нижних этажах от перепада атмосферного давления. При этом на нижних этажах эффект происходит с тягой внутрь. Но этот эффект практически полностью парируется закрытой дверью в помещение, из которого происходит эвакуация. А на верхних этажах тяга вообще действует наружу.
• В высотных зданиях зачастую существуют специальные буферные этажи (зоны) для временного пережидания чрезвычайной ситуации. Такой этаж имеет герметичные двери. Если определенное число устройств СПАРС расположить на таком этаже и организовать выход (как для мойщиков окон), то «Эффект дымовой трубы» будет ничтожен.
• «Эффект дымовой трубы» во многом парируется другими воздушными эффектами, действующими у поверхности высотного здания (см. ниже «Воздушные потоки»).

Насколько вероятно, что при массовой эвакуациии люди в СПАРС будут приземляться друг на друга?
Ответ:

• В конструкции СПАРС предусмотрен аэродинамический отход от аварийного высотного объекта при снижении вдоль его стены. Разновысотность точек выброса, разно-массовость спасаемых людей и случайные ветровые потоки приведут к большому разбросу точек приземления.
• Даже при массовой эвакуации с одного уровня (например, с крыши) в любом случае будет разброс точек приземления. Что доказано при помощи математического полигона траекторного анализа путем численных экспериментов в НИИ Механики МГУ им. Ломоносова для ряда характерных высотных строений с учетом сезонной розы ветров и особенностей обтекания зданий.
• После приземления человеку требуется 15-20 секунд для само-эвакуации из объекта СПАРС путем раскрытия одним щелчком 5-ти точечной подвесной системы и спрыгивания с ложемента изделия на землю. Так же внизу будут находиться подготовленные пожарные и полицейские, которые помогут пользователям СПАРС покинуть спасательные устройства.
• Даже при маловероятном прямом попадании ещё одного СПАРСа общей массой 150 кг на только что приземлившегося человека, еще лежащего в ложементе своего СПАРСа, трагедии не случится. Суммарная сила, воздействующая на человека на превысит 25-30 кгс. И удар будет весьма растянут по времени (0,5 с), что в целом не должно привести даже к травмам. Все пожарные и другие мобильные люди весьма просто уклонятся от попадания под снижающийся СПАРС.

Вокруг высотного здания существует сложная ветровая обстановка. Как она скажется на эвакуации?
Ответ:

• Действительно, физическая картина потоков воздуха у поверхности высотного здания весьма неоднозначна: есть восходяще потоки вдоль стены здания до 5-7 м/с, есть сильные горизонтальные ветровые потоки. Но у каждого высотного здания существует Паспорт розы ветров, описывающий превалирующие воздушные потоки, обязательный при проектировании высотки.
• Аэродинамическая модель СПАРС продувалась в аэродинамической трубе А-6 МГУ им. Ломоносова. На основе продувок, а также на основе многочисленных испытаний инженерами ООО "Космические системы спасения" выбрана такая конфигурация аэродинамического экрана, которая имеет устойчивую тенденцию к отходу от высотного сооружения.
• При возникновении дополнительного воздействия на СПАРС в виде горячих потоков воздуха выше обозначенная тенденция усиливается.

Справка

В настоящее время на мировом рынке нет прямых аналогов СПС СПАРС^®, которые позволяли бы неподготовленному человеку экстренно спастись с высотного объекта выше 50 метров с мягкой посадкой на любую поверхность или воду. Все предлагаемые решения требуют либо специальной подготовки, либо имеют технические недостатки.

Например, спуск по специальной веревочной системе подвержен сразу нескольким рискам. На высоте сложная ветровая обстановка. Нужно уметь с этим справляться, что достигается только через регулярные тренировки. Если во время спуска на систему ненароком прыгнул отчаявшийся человек из окна ниже, то она автоматически заблокируется.

Другим примером являются парашютные системы спасения. Прыгнуть со здания может только специалист (прыжок с самолёта технически проще). Здесь, например, важно уметь быстро раскрывать парашют, что теоретически можно компенсировать специальным фалом, прикрепленным к парашюту и зацепленным за здание. Однако такой фал будет притягивать парашют к зданию, то есть не является достаточно безопасной альтернативой.

Основные конкуренты (технологии-заменители):
- Профессиональный спасательный парашют-крыло: SOS parachute (Испания); EscapeChute (США);
- Спасательные рукавные средства: стационарный спиральный рукав EUROACE (ФРГ); мобильный коленчатый кран-подъёмник с эластичным спасательным рукавом BrontoSkyLift (Финляндия);
- Канатно-спусковые системы: SkySafer (США); Double Exit (Израиль);
- Агрегатно-комбинированные: внешний лифт Escape Rescue System (Израиль).

Конкурентные преимущества СПС СПАРС^® по сравнению с вышеназванными технологиями-заменителями:

1. Гарантированное экстренное самоспасение неподготовленного человека (18-75 лет) весом 45-150 кг с высотных объектов от 30 до 1000 м и выше парашютирующим способом, когда традиционные методы эвакуации невозможны.

2. Новый тип свободно парашютирующих устройств с автономно наполняемым пневмо-каркасом для принудительного раскрытия купола практически без наличия скоростного потока с минимальной потерей высоты.

3. Интегрированная пневмо-каркасная упругая катапульта для отвода спасаемого человека от аварийного объекта; интегрированная воздушная пневмо-упругая система амортизации и демпфирования для обеспечения травмобезопасной посадки на любую подстилающую поверхность и воду.

4. Комбинированная конструктивная защита (пневмокаркас, антропоморфный ложемент) спасаемого человека от внешних опасных факторов (удары о стены, продукты горения и т.п.) на всех этапах эвакуации.

5. Специальная аэродинамическая шестисегментная кольцевая экранно-купольная тормозная система со втянутым полюсом и тарированной кромкой для устранения влияния на выполнение миссии возможных зацепов за элементы здания.