世界各国核能领域无人机应用

1、瑞士：核电站室内无人机

Flyability开发了配备辐射传感器的Elios 2 RAD室内无人机，主要用于核电站(图源：Flyability)

2021年8月，瑞士的Flyability研发Elios 2 RAD无人机，这是一种配备有专门用于核电站检查的辐射传感器的室内无人机。

Flyability 的CEO帕特里克·塞沃斯(Patrick Thévoz)说：“Elios 2 RAD代表了针对关键垂直领域的室内无人机开发的第一步。未来，我们使用机器人，而不是人进行危险的室内检查工作。Elios 2 RAD有可能显著减少检查员在进行常规检查时暴露于有害辐射的危险。”

Elios 2 RAD配备了一个能量盖革-穆勒探测器，可以在飞行中通过Flyibility的飞行员应用程序检测辐射。

检查飞行后，核工程师可以使用Flyability的Inspector 3.0软件绘制无人机飞行路径上的辐射图，显示核设施内危险剂量水平的确切位置。

他们还可以在Inspector 3.0中回放检查飞行，并在视频片段顶部同步显示剂量率测量值。

Flyability已经在世界各地的核设施中占据了重要地位，其Elios 2已经进行了测试。

“超过80%的美国核运营商已经使用Flyability的室内无人机进行目视检查，”Flyability销售副总裁亚历山大·梅尔德姆(Alexandre Meldem)说，“现在，我们可以通过工程师收集可操作的高质量剂量数据来扩大这种支持。”

2020年，Flyability在乌克兰切尔诺贝利使用其Elios无人机在5号反应堆(从未启动)内收集视觉数据，以确认不存在核燃料棒。

Flyability表示，使用Elios 2 RAD无人机，可以返回并记录整个现场的辐射量。

2、比利时：SCK CEN研发辐射监测无人机

在比利时，航空公司Sabca和核研究中心SCK CEN开发了一种技术，使无人机能够在没有任何人为干预的情况下进行辐射测量。

SCK CEN总干事埃里克·范·沃勒(Eric van Walle)说：“这将大大加强辐射防护。”

比利时内政部长安妮莉斯·韦林登(Annelies Verlinden)说：“该项目是SCK CEN和Sabca之间公私合作的结果。无人机将首先被用作核能事故预防，以研究潜在放射性污染的区域。我们也在准备可能的补救措施”。

Sabca提供了两种类型的无人机——一种可以自主飞行数小时的固定翼无人机，另一种是多翼无人机，可以携带更重的探测器而不牺牲灵活性。同时，无人机上安装了闪烁计数器。

SCK CEN危机管理和决策支持部门负责人约翰·坎普斯(Johan Camps)表示，无人机的主要优势在于其灵活性，“无人机使我们能够绘制每一个角落和缝隙的图表，这是我们无法用手工或直升机进行测量的。”从更多的特定地点实时接收信息。

SCK-CEN和Sabca获得了100万欧元(120万美元)的政府资助，并正在为该项目投入额外资金。

3、英国：用于放射性测绘的自动无人机

机载AARM(图源：ImiTec)

英国辐射探测专家Kromek与辐射测绘公司ImiTec联手，提供了一种基于无人机的自动机载辐射监测系统(AARM)，该系统提供了一种精确、价格合理且多功能的低空空中辐射探测机。

AARM是一种重量不到7千克、有效载荷不到1千克的无人机系统(无人机)，它“在运行过程中对建筑物和环境造成结构损坏的风险很低”。

无人机携带了几个辅助传感器：通过多个全球导航卫星系统(GPS和Glonass)经纬定位、卫星数量和平均海平面以上的高度;温度、湿度和压力;嵌入式实时时钟提供时间和日期定位(GSM和GNSS可作为备份);以及一个激光来确定被监测表面的高度。

有效载荷舱内装有辐射探测器单元。单个和多个Kromek CsI或CZT微伽马光谱仪，包括GR1、D3S和Sigma50，可以连接到一个单元，同时绘制伽马和中子发射源的辐射图。

AARM系统还包括伽马能谱和绘图软件、飞行训练和设置。

它可以通过视线或预先编程的路线飞行。每个勘测路线都保存为GPS航路点、高度和速度的集合，允许重复进行相同的勘测。

数据通过安全网络传输到专用基站服务器，用于实时绘制放射性污染图，也可以存储在车载微型USB内存卡上，用于后续下载、绘制和分析。

英国布里斯托大学同时在切尔诺贝利禁区(CEZ)测试使用无人机激光雷达(光探测和测距)。

该大学正在与乌克兰当地研究所密切合作，开展多个机器人项目，以解决中东欧地区辐射测绘的需要。

项目负责人汤姆·斯科特(Tom Scott)教授说：“这种独特的环境也让我们有机会测试新型固定翼无人机系统，该系统配备了辐射测绘能力。在发生核事故时，我们就可以使用无人机，而不是有人驾驶的飞机来测量有关辐射扩散和强度的实时态势数据。”

空中机器人项目专家基兰·伍德(Kieran Wood)博士说，研究目标之一是开发一种更精确的方法来绘制一个地区的辐射强度具体分布情况。

“这一过程需要物理结构和地形的高精度3D模型，而激光雷达是复杂地形中3D制图的理想选择。由于大多数放射性物质都包含在地下，我们还需要一个裸地球模型，激光雷达的后处理可以提供高精度。”

除了使用伽马和激光雷达传感器进行测绘外，无人机还配备了摄像头，使团队能够并行采集摄影测量图像集。

主要测量要素是伽马辐射强度。伍德解释说：“通过在无人机上安装伽马探测器并在地形上方飞行，可以绘制测量伽马强度的变化图，然后通过后处理将测量值插值到完整的地图中。定位变得相对简单，测得的辐射强度中的峰值清楚地指示出热点。”

伍德补充说：“所有测量都带有全球导航卫星系统接收器的地理标记，因此伽马地图可以告诉我们辐射热点的经度和纬度。”

4、挪威和俄罗斯开发用于辐射监测的无人机

挪威还在其海岸部署辐射无人机。五艘海岸警卫队(Five Coast Guard)船只将搭载带有传感器的无人机，这些传感器能够在反应堆动力船舶可能泄漏的海上事故中检测放射性。

挪威海岸管理局与辐射和核安全局之间的合作协议包括，在发生涉及污染风险的事件时进行报告和监测。

北极理事会指出，在北极地区，辐射是一个令人担忧的问题，因为该地区曾是放射性物质的倾倒地，在冷战期间曾是核武器的试验场，并存在实际和潜在的污染源。

北极理事会的北极监测和评估方案通过监测定期评估北极污染水平。

俄罗斯也在研发用于辐射监测的无人机。

2021年7月，Roskhimzashchita(俄罗斯国企Rostec的一部分)展示了Shmel(熊蜂)通用空气气体分析仪，用于安装在无人机上。在线设备可以检测空气中的物质，测量背景辐射，并将数据传输到在线系统。

气体分析仪有八个化学传感器，用于确定污染物的浓度，以及测量背景辐射。

该设备使用永久无线电通信并绑定到GPS/Glonass系统，自动传输有害化学物质的参数和浓度。

该产品将在Roskhimzashchita的圣彼得堡企业GosNIIkhimanalit投产。2022年开始批量生产将于，计划为每年500件。如果需求增加，企业每年可以将其容量增加到1000台以上。

该系统重量不到0.5kg，由于体积小，可安装在大多数无人机上。通过增加气体分析仪的尺寸和安装更多传感器来确定污染物浓度，可以根据客户要求改变其配置。

5、美国无人机

NX160配备SPIR Explorer，通过飞行控制系统和SPIR Ident软件提供实时辐射数据(照源：Mirion)

在美国，无人机公司已与辐射仪器制造商合作，开发出能够携带必要有效载荷的强大系统。

电力研究所(EPRI)和电力公司Exelon已经演示了如何使用自动无人机绘制辐射水平图，并检查桃花谷核电站(Peach Bottom)1号机组(自1974年以来无法运行)及其低放射性废物储存设施的设备。

RADeCO为演示提供了辐射检测仪器，Exyn Technologies提供了自主无人机导航系统。

Exyn表示，其多传感器数据融合自主引擎使无人机能够在没有GPS或人类飞行员的情况下实时导航和适应复杂、危险的环境。

自定义传感器集成可用于叠加读数，如辐射、气体监测器、红外、热图、化学检测等。

该团队进行了软件和硬件更改，将辐射探测器与无人机和导航系统连接起来。

无人机使用激光雷达技术绘制了内部几个区域的高分辨率3D地图。

当它飞往不同的地点时，辐射探测器每三秒收集一次读数，并在3D地图上显示结果。

摄像机模拟各种部件的检查。包裹电热毯的管道上，无人机的红外摄像头检测到了高温。为了测试无人机躲避障碍物的能力，一名工人在其路径上行走，立即被无人机发现，无人机安全地绕着他飞行。

桃花谷核电站的演示是EPRI下一代辐射防护(NextGen RP)计划的一部分，该计划正在研究各种简化辐射防护和减少工人辐射暴露的方法。

EPRI还在研究自主技术在核工业中的进一步应用，包括：允许进入核电站更紧密区域的小型无人机、用于收集污染调查涂片的地面车辆，以及支持核电站应急计划的室外无人机。

其他科技公司也在开发可用于无人机的辐射传感器。

Mirion Technologies正与多家无人机和机器人公司合作，提供此类解决方案。

这些无人机(或机器人)可以配备各种辐射检测仪器，如SPIR-Explorer，通过飞行控制系统和SPIR-Ident软件提供实时辐射数据。

当UAS收集数据时，地面用户会收到实时的颜色流和GPS标签，显示辐射强度，以及辐射源地图。

该系统甚至可以利用高度信息推断地面测量值。

借助智能机器人系统，Mirion还提供自主辐射感应系统，包括电池、GNSS和冗余无损耗传输，这意味着它可以安装在任何无人机、机器人或车辆上。

2021年底，US Nuclear成为第一个加入RAD应答网络的无人机供应商，向美国能源部(DOE)、美国国家安全局、美国国防威胁压制局、环境保护局、美国联邦紧急事务管理局和空军报告实时无人驾驶飞机数据。

US Nuclear与俄亥俄州卫生部(ODH)辐射应急准备团队合作，开展了一次多机构飞行培训，展示了其通过直接连接到无线电应答器网络，充分整合辐射有效载荷数据的能力。

训练演习包括一个DroneRad系统在坠毁车辆周围飞行，以测量、绘制地图并报告辐射危害的沉降物。

DroneRad飞行了一个自动搜索模式，带有彩色编码的地图软件，能够准确地定位危险。US Nuclear的无人机系统的飞行时间为7小时，射程可达10英里。

柯蒂斯·赖特公司(Curtiss-Wright)宣布与Teledyne FLIR Defense达成协议，为US nuclear市场和美国能源部提供无人系统和集成解决方案。

报告称，移动无人系统通过自动化操作，代替人类在危险条件下执行任务。