Текст книги "Океанография и морской лед"

Также дрейфующие станции нового поколения перспективны для развития воздушного транспорта, тем более, что Российская Федерация с мая 1995 г. проводит работу по внедрению полярных маршрутов, проходящих из Северной Америки в Юго-Восточную Азию через территорию Российской Федерации. Координация и взаимодействие авиационных администраций по открытию полярных трасс осуществлялась российско-американской координационной группой по управлению воздушным движением (УВД), в работе которой, кроме России и США, принимали участие Япония, Канада, КНДР, Китай, Монголия, Республика Корея, Международная организация гражданской авиации (International Civil Aviation Organization, ICAO), Международная ассоциация воздушного транспорта (International Air Transport Association, IATA), а также заинтересованные авиакомпании.

Правительственная комиссия по транспортной политике одобрила работу Минтранса России по созданию системы кроссполярных воздушных трасс и обеспечению регулярных полетов, удовлетворяющих потребности перевозчиков (протокол от 20 июля 2001 г. № 4).

Однако развитие экономики России и сопровождающие его процессы по совершенствованию межрегиональных связей требуют кардинально нового подхода к развитию транспортного обеспечения северных регионов и производительных сил Севера (особенно в высокоширотных и полярных регионах).

Исходя из того, что воздушный транспорт и его развивающаяся инфраструктура являются наиболее мобильными средствами для достижения вышеуказанных целей, полномасштабное его использование будет способствовать эффективному экономическому росту полярных регионов при условии скоординированных действий субъектов федерации. Эти скоординированные действия целесообразно направить на следующие мероприятия:

• развитие всех видов системы авиационного обеспечения (особенно – метеорологического), организации исследовательских работ с применением полярных станций, для обеспечения полетов в нижнем воздушном пространстве (неконтролируемом воздушном пространстве);

• создание (развитие) системы аэронавигационного обеспечения воздушных судов, обеспечивающих их проводку по Северному морскому пути, разработку нефтяных шельфов и геологоразведывательных работ.

Использование стальных водоизмещающих сооружений в качестве базы долговременных научных обсерваторий позволит не только расширить объем климатических, геологических, геофизических и других традиционных для дрейфующих станций исследований, но и дополнить этот перечень принципиально новыми видами работ. В частности, на дрейфующей платформе возможно выполнение прикладных инженерных исследований, а именно, поднять на новый уровень исследования в области механики и деформации льда при его воздействии на промышленные объекты, предназначенные для освоения шельфов арктических и замерзающих морей России. Могут выполняться не проводившиеся ранее исследования прочностных свойств морского льда совместно с исследованиями глобальных и локальных ледовых нагрузок с целью совершенствования методов расчета локальных и глобальных ледовых нагрузок на суда и другие инженерные сооружения. При этом именно стальной корпус платформы, оборудованный необходимым количеством датчиков и аппаратуры, будет служить уникальным измерительным инструментом (Гудошников и др., 2009).

В настоящее время общепринято разделение ледовой нагрузки на локальную и глобальную. Однако в нормативной документации, как в отечественной, так и в зарубежной, не приводятся определения этих физических величин, поэтому авторы предлагают следующие формулировки.

Глобальная ледовая нагрузка – физическая векторная величина, характеризуемая абсолютной величиной, направлением и точкой приложения суммарной силы, оказываемой льдом на инженерное сооружение. Глобальная нагрузка является расчетной при рассмотрении вопросов общей прочности сооружения, его устойчивости на грунте, удержания сооружения в точке бурения.

Локальная ледовая нагрузка – оказываемое льдом нормальное к поверхности инженерного сооружения давление, распределенное по пятну контакта, расположенному в определенном районе инженерного сооружения. Локальная нагрузка является расчетной при оценке местной прочности корпуса сооружения.

Глобальные ледовые нагрузки могут быть ограничены либо природными движущими силами, включая собственную энергию движущихся ледяных образований, либо несущей способностью ледяных образований. Природная движущая сила может определяться как суммарная сила от воздействия течения, ветра, а также от взаимодействия с окружающим льдом. При этом силы могут действовать как в одном, так и в различных направлениях. Под собственной энергией ледяного образования подразумевается кинетическая энергия его движения. При взаимодействии ледяного образования с ледостойким сооружением возможны различные виды разрушения ледяного образования.

Локальная ледовая нагрузка характеризуется размерами пятна контакта и законом распределения давления внутри зоны контакта. В настоящее время известны более десятка различных законов распределения ледовой нагрузки, предложенных специалистами разных стран. Знание закона распределения нагрузки имеет принципиальное значение при ее расчете.

Локальные ледовые нагрузки, возникающие в процессе дрейфа, могут быть определены с помощью оборудования стального корпуса платформы тензодатчиками. Непрерывные тензометрические измерения имеют не только важное научное значение, но и позволят контролировать состояние корпуса в процессе эксплуатации. Глобальные ледовые нагрузки определяются с помощью шестикомпонентных датчиков, включающих акселерометры и гироскопы. Измерения нагрузок особо актуальны во время ледовых сжатий, когда дрейфующая платформа испытывает наибольшее ледовое воздействие. При этом исследования нагрузок дополняются исследованиями прочностных свойств натурного льда, действующего на платформу.

Наиболее информативными испытаниями прочности льда являются крупномасштабные испытания, при которых нагружается вся толща ледяного покрова. Для определения прочности льда при изгибе крупномасштабными являются традиционные испытания консолей на плаву. Крупномасштабные испытания прочности льда при сжатии не являются общепринятыми, ввиду их большой трудоемкости и сложности экспериментального оборудования. Однако выполнение крупномасштабных испытаний является весьма важным, поскольку совместно с традиционными испытаниями малых образцов это позволяет установить взаимосвязь между прочностью образцов льда (основной объем данных о прочности льда при сжатии получен именно по результатам таких испытаний) и прочностью всей толщи ледяного покрова, которая, в рамках существующих подходов к расчетам ледовых нагрузок, и должна, по-видимому, подставляться в расчетные формулы.

В настоящее время в ААНИИ разработано оборудование для определения крупномасштабной прочности льда при сжатии (Лихоманов, Крупина, 2007). Его использование в натурных условиях показало его работоспособность и эффективность. Существуют две модификации оборудования: для определения крупномасштабной прочности при сжатии и для определения нагрузок при внедрении цилиндрического индентора (рис. 3–5).

Рис. 3. Силовой блок для крупномасштабных испытаний прочности льда при сжатии (слева) и испытаний по внедрению цилиндрического индентера (справа)

Рис. 4. Вид сверху на размещенный в майне силовой блок (слева) и лед в месте воздействия нагрузочной плиты во время испытания прочности льда при крупномасштабном сжатии (справа)

Рис. 5. Вид сверху на размещенный в майне силовой блок (слева) и лед в месте воздействия индентера во время испытания (справа)

Ввиду того, что существующее оборудование для крупномасштабных испытаний разрабатывалось для использования в краткосрочных экспедициях, оно было спроектировано максимально мобильным, что повело за собой ограничения в использовании: оно может применяться только на ровном льду толщиной не более 70 см и создавать усилие не более 70 т. Для долговременных дрейфующих обсерваторий оборудование должно быть усовершенствовано. Оно может быть менее мобильным, но более мощным и пригодным к использованию на существенно больших толщинах льда.

Совместно с проведением и по результатам испытаний ледовых нагрузок и прочностных свойств льда могут быть разработаны и апробированы системы мониторинга ледовых нагрузок на промышленные объекты и системы мониторинга состояния этих объектов с целью повышения уровня безопасности их эксплуатации.

Заключение

С целью выработки требований к оптимальным параметрам инженерного сооружения для обеспечения заданной автономности, грузо– и пассажировместимости, возможности проведения широкого спектра научных исследований проанализированы логистические и финансовые затраты на организацию 37 советских и российских станций дрейфующих станций «СП».

В результате выполненного анализа проработаны и проанализированы технико-экономические показатели трех вариантов плавучих инженерных сооружений для долговременного базирования научно-исследовательских обсерваторий типа станций «Северный Полюс»: Наиболее перспективным представляется вариант самоходной водоизмещающей платформы с упрощенными формами и высокой ледовой прочностью корпуса, способной автономно дрейфовать в высоких широтах СЛО не менее двух лет и самостоятельно (своим ходом) возвращаться из точки окончания дрейфа в точку начала следующего дрейфа по чистой воде (способностью самостоятельного движения во льдах платформа не обладает).

К числу факторов, повышающих экономический эффект использования платформы и не имеющих в настоящее время количественного выражения, следует отнести:

– возможность существенного расширения круга научных исследований;

– использование нового оборудования, которое по своим техническим параметрам не может быть использовано в условиях дрейфующей льдины;

– качество и скорость обработки результатов наблюдений;

– условия работы и жизни полярников.

Литература

Ю.П. Гудошников, Г.К. Зубакин, А.В. Чернов. Вопросы обеспечения безопасности морских инженерных сооружений от айсбергов. //«Морская Биржа», № 3 (25), 2008. С. 70–73.

Ю.П. Гудошников, В.А. Лихоманов, А.В. Чернов, Н.А.Крупина. Натурные исследования ледовых нагрузок. // «Oil&Gas Journal Russia», № 6 (30), 2009. С. 28–34.

В.А. Лихоманов, Н.А. Крупина. Инженерные аспекты в задачах оценки воздействия льда на суда и другие сооружения. //«Морская Биржа», № 2 (20), 2007. С. 66–68.

Правила классификации и постройки морских судов. Российский морской регистр судоходства. СПб.: 2010. Том 1. 480 с.

Vladimir A. Likhomanov, Nina A. Krupina, Alexey V. Chernov. Prospects for the use of floating engineering structures for long-term location of research observatories of the North Pole stations type. Arctic and Antarctic Research Institute, Saint Petersburg, Russia

Abstract

The feasibility study for design and construction of floating engineering structures for long-term location of research observatories similar the North Pole was carried out based on analysis of organization and work results of drifting stations North Pole. Main dimensions and displacements that are necessary and sufficient for life support and successful research activity of 3 variants of such structures were defined at the beginning stage of designing after detailed analysis. The variants of the general arrangement of living areas and staff rooms that give optimal conditions for scientists’ life and work were proposed. New prospective lines of investigation which possibility are provided by design features of a self-propelled floating platform were considered.

Аннотация

В последнее десятилетие в области исследований морского ледяного покрова широко внедряются не только новые приборы, но также и разные методы и технологии, позволяющие наряду с традиционными контактными измерениями осуществлять высокоинформативные дистанционные наблюдения. Очень важно, что информация о ледяном покрове и ряде других параметров природной среды с этих комплексов поступает в цифровом виде. Эот дает возможность оперативно ее обрабатывать, отображать и усваивать. Применять новые методы и технологии в области исследования ледяного покрова позволяют следующие аппараты и приборы: беспилотные летательные аппараты (БЛА), магниторезонансные измерители толщины льда, ледовые масс-балансовые буи (ЛМБ – Ice Mass Balance Buoy), мобильные телеуправляемые подводные комплексы. В настоящей работе рассматриваются основные результаты применения различных новых приборов, методов и технологий на научно-исследовательских дрейфующих станциях «Северный Полюс».

Наблюдения с применением беспилотных летательных аппаратов типа «ЭЛЕРОН»

В настоящее время в ААНИИ накоплен большой опыт по применению беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Основным полигоном для их использования являлись научно-исследовательские дрейфующие станции «Северный полюс» (СП). Использование БЛА началось с весны 2007 г. В начальный период данные системы применялись в экспериментальном варианте на дрейфующем льду в ходе сезонных экспедиций СП-35 и СП-36. Но уже на дрейфующей станции СП-37 аппараты применялись практически круглогодично для решения целого ряда практических и исследовательских задач.

ААНИИ располагает двумя БЛА производства фирмы «Эникс» (г. Казань). На рис. 1 представлен общий вид БЛА. Полётная масса аппарата составляет около 6 кг; размах крыльев – 1,2 м; средняя скорость в полёте – около 60 км/час; максимальная высота полёта – около 3000 м; дальность полета – 10–15 км; продолжительность полета – до 2 часов. Запуск аппарата производится с помощью резиновой или пневматической катапульты. Посадка аппарата производится с помощью парашюта в ручном или автоматическом режимах на планировании.

Рис. 1. Общий вид БЛА

Для применения в светлое и тёмное время года в условиях высокоширотной Арктики используются БЛА модели «ЭЛЕРОН». Они оснащены телекамерами двух видов – для видимого и для ИК-диапазонов. Для видимого диапазона используется телевизионная телекамера «MTV-54G10HP», а для ИК-диапазона – инфракрасная камера «Photon-320». На аппарате, оснащённом телекамерой в видимом диапазоне, дополнительно установлена фотокамера, которая используется для проведения аэрофотосъемки. Характеристики фото– и телекамер приведены в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики оборудования БЛА Т23Э «Элерон»

В настоящее время БЛА «ЭЛЕРОН» используется для решения следующих задач:

– видео и фотосъемка подстилающей поверхности;

– получение картированной информации по основным элементам ледовой обстановки в районе полета;

– выполнение специальных метеорологических измерений.

С помощью БЛА выполняются следующие работы:

– облет районов с целью составления детализированных ледовых карт;

– профильные измерения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.

На основании полученных фото– и видеоматериалов выполняется программная сшивка отдельных снимков для детализированного картирования элементов ледяного (подстилающего) покрова.

Измерения метеорологических параметров среды осуществляются с помощью встроенного в БЛА аэрологического комплекта датчиков производства фирмы «VAISALA». Метеорологическая информация принимается на приемную станцию Диджикора.

Дальность действия данной модели БЛА в реальных условиях Арктики не превышает 10 км. Она ограничивается исключительно энергоемкостью аккумуляторных батарей аппарата. Эффективность батарей, в свою очередь, зависит от температуры окружающего воздуха. В условиях морозной погоды, с температурой воздуха ниже −20° С, радиус действия аппарата снижается.

В связи с указанными ограничениями по дальности полета, применение аппарата и получаемые им данные, представляют интерес при изучении мезомасштабных особенностей в распределении льда и для выполнения профильных измерений по температуре и влажности воздуха над подстилающей поверхностью разных типов. Получаемые материалы наблюдений используются для детализации и углублённого изучения процессов тепло и влагообмена над океаном с реальным неоднородным покрытием в виде дрейфующего льда.

Получаемые с помощью БЛА данные о распределении льда имеют высокое пространственное разрешение, что может быть использовано для валидации спутниковой ледовой информации. Так, в период работы станции СП-37, данные БЛА были использованы для валидации снимков ИСЗ ENVISAT и Radarsat.

На рис. 2 приведена комплексная ледовая информация, полученная на основе аэрофотосъемки с БЛА.

Рис. 2. Ледовая обстановка в районе станции СП-37 по данным аэрофотосъёмки с БЛА на 22.03.10

Наряду с исследовательскими задачами, получаемая с помощью БЛА информация о состоянии ледового покрова в районе станции имеет важное практическое значение для обеспечения безопасности работы дрейфующих станций на морском льду. Эта информация позволяет своевременно принимать управленческие решения по возможной передислокации отдельных инфраструктурных элементов дрейфующей станции в рамках задач по обеспечению безопасности персонала, сохранности материальных ценностей и охраны окружающей среды. На рис. 3 приведен пример карты ледовой обстановки в районе дрейфующей станции СП-37 по данным аэрофотосъёмки с БЛА.

Рис. 3. Карта ледовой обстановки в районе «СП-37» на 06.04.10 г.

В ходе проведения работ с БЛА успешно и эффективно применялось программное обеспечение разработки фирмы ООО «Транзас» (программа TopoAxis), предназначенное для автоматической обработки данных аэрофотосъемки. Программа допускает получение единой карты ледовой обстановки в районе с общей площадью до 100 км² путём «сшивки» полётных данных последовательных съемок при небольшом перекрытии обследуемых участков. На рис. 4 представлен пример ледовой карты, подготовленной по данным двух последовательных полётов БЛА.

Рис. 4. Карта ледовой обстановки в районе СП-37 27.04.10

Факторами, затрудняющими применение БЛА в зимнее время года в Арктике, являются низкие температуры воздуха и полярная ночь. Первый фактор ограничивает возможность полётов не только по энергозапасу, но и по надёжности функционирования механизмов, что оговаривается производителем БЛА. Фактор темноты повышает риск потери аппарата в случае его нештатной посадки. Тем не менее, полёты в ночное время на СП-37 предпринимались регулярно. Результаты, полученные при выполнении этих полетов, были признаны положительными в рамках всех исследуемых возможностей применения аппарата.

Представляются очень интересными материалы опытов, полученных на СП-38 по «сшивке» фрагментов видеофайла ИК-камеры. Результаты этой работы приведены на рис. 5. Такое представление отчетного материала более информативно и доступно для оперативной передачи по каналам связи «Иридиум» по сравнению с видеофайлом, получаемом в результате полета БЛА.

Рис. 5. «Сшивка» кадров видеофайла с ИК камеры БЛА

В настоящее время накопленный в ААНИИ опыт применения БЛА подтверждает широкие возможности по использованию подобных аппаратов для получения качественной информации в рамках профильных задач наблюдательного комплекса как на дрейфующих станциях «Северный полюс», так и в условиях других экспедиционных программ. Полученная информация может быть использована для решения научных, исследовательских и практических задач. Необходимо отметить, что возможность получения такого рода информации за счёт использования иных средств наблюдений на текущий момент представляется либо невозможной вообще, либо весьма затратной (например, использование авиационной ледовой разведки с пилотируемых аппаратов). Спутниковая информация, которая также имеет большие возможности и высокое разрешение, является в настоящее время достаточно дорогой и предоставляется только зарубежными компаниями. Следует отдельно отметить, что применение БЛА в последнее время активно развивается, как для мониторинга природной среды с использованием различных датчиков, так и для решения специализированных прикладных задач: для выполнения ледовой разведки в целях проводки судов, учет айсберговой и иной ледовой обстановки и т. д.

Масс-балансные измерения в ледяном покрове (ледовый масс-балансовый буй)

Начиная с дрейфующей станции СП-37, в программу работ всех последующих станций «Северный Полюс» включается установка и эксплуатация ледового масс-балансового буя (ЛМБ) производства компании Metocean Data Systems (Канада/США).

ЛМБ-буи были включены в оперативную практику метеорологических наблюдений в период Международного Полярного года 2007/2008 и предназначались для долговременного автономного измерения в точке параметров тепло– и массообмена снежно-ледяного покрова. Измеренные параметры оперативно передавались в национальные и международные системы сбора данных ВМО (с целью последующей ассимиляции в численных синоптических моделях) посредством спутниковой системы АРГОС (метеорологические ИСЗ серий «МЕТОР», «NОАА»). Первичный сбор и обработка информации выполняется в Лаборатории по инженерии и исследованиям холодных районов США (http://imb.crrel.usace.army.mil/).

Одновременно с этим данные ЛМБ-буя дополняли другие измерения, выполняемые на дрейфующей станции СП, и обеспечивали уникальную возможность комплексного мониторинга тепло и массообмена в системе атмосфера-снежно-ледяной покров-океан в сезонном цикле. ЛМБ-буй может выполнять измерения с дискретностью 2 часа или 5 минут (устанавливается оператором в момент установки). Измеряются следующие метеорологические характеристики: профиль температуры снежно-ледяного покрова и прилегающих дециметровых слоев воды и воздуха (с помощью косы термисторных датчиков температуры длиной 4 м с интервалом расстановки 10 см); температура и давление воздуха на высоте 1 м; толщина снежного покрова и толщина льда с помощью ультразвукового датчика.

Установка ЛМБ-буя выполняется вблизи или непосредственно на ледовом полигоне дрейфующей станции СП, что обеспечивает, во-первых, возможность сравнительного анализа различных инструментальных данных, а во-вторых, возможность оперативного доступа к прибору при необходимости устранения поломок или экстренного снятия. Установка буя выполняется на ледяной покров с толщиной льда порядка 140–180 см, вдали от снежниц.

На рис. 6 представлены результаты измерений метеорологических параметров, профилей температуры и толщины снежного покрова с помощью ЛМБ-буя на дрейфующей станции СП-37 в период сентябрь – октябрь 2009 г.

Рис. 6. Профиль температуры в слое воздух/снег/лед/вода (а), толщина снега/льда (б) и температура и давление воздуха (в), переданные ЛМБ-буем дрейфующей станции СП-37

Магниторезонансные измерения (электромагнитный ледовый толщиномер EM31Ice)

Электромагнитный ледовый толщиномер EM31Ice (ЭМЛТ) производства компании Geonics (Канада) введен в опытную эксплуатацию дрейфующих станций «Северный Полюс», начиная с СП-37, и предназначен для выполнения автоматизированных измерений толщин морского льда в одной точке или по отдельным профилям. Опция подключения GPS и автономность работы прибора, составляющая до 20 часов, обеспечивают возможность выполнения морфометрических съемок как непосредственно в районе станции, так и в целом по льдине, на которой располагается станция.

Принцип измерения толщины льда с помощью ЭМЛТ основан на существенном различии электропроводности льда (<<2,0 S/m) и морской воды (порядка 2–3 S/m для диапазона солености 20–35 ‰). Технические характеристики ЭМЛТ позволяют обеспечить временную дискретность измерений толщины льда, начиная от 1 сек, в диапазоне толщины 0–999 см с относительной точностью 1 см.

Тестовая работа с ЭМЛТ выполнялась в пределах ледового полигона СП-37 (80×100 метров) и включала:

– развертывание, первичную калибровку, тестовые площадные измерения и их верификацию в период высадки дрейфующей станции СП-37;

– методические работы по оценке зависимости результатов измерений от позиционирования прибора по отношению к объекту измерения и влияния задаваемого параметра электропроводности на результаты измерений;

– оценка предельно допустимого диапазона измеряемой толщины льда (минимальная и максимальная толщины, доступные измерению);

– оценка сопоставимости и согласованности результатов измерений общей толщины льда толщиномером и прямых традиционных прямых измерений (рейкой).

Внешний вид и рабочее положение ЭМЛТ приведено на рис. 7. Пример двумерного картирования измерений толщин льда с помощью прямых измерений (рейкой) и ЭМЛТ представлен на рис. 8. На рис. 9 приведены результаты синхронного измерения толщин льда с помощью прямых измерений (рейкой) и ЭМЛТ.

Рис. 7. Общий вид ЭМЛТ и его рабочее положение при тестовой съемке толщин льда 08.09.2009 г. 1 – блок регистрации ЭМЛТ; 2 – наладонный компьютер Allegro CX; 3, 4 – дипольные катушечные излучатель/приемник; 5 – секция ледового полигона

Рис. 8. Карта толщины льда (см) на ледовом полигоне СП-37 08.09.2009 г. на основе измерений контактными методами (слева) и с помощью ЭМЛТ (справа)

Рис. 9. Результаты синхронного измерения толщины льда на ледовом полигоне, выполненные 04.03.10, с помощью прямых измерений (рейкой) и ЭМЛТ

Опыт применения ЭМЛТ на дрейфующей станции СП-37 показал, что при оптимальных условиях эксплуатации (предварительная тарировка прибора прямыми измерениями, соблюдение горизонтального положения и постоянства высоты измерений, минимизация наклона) погрешность измерений ЭМЛТ относительно прямых контактных измерений приближается к естественной изменчивости толщин льда в ~2–3 см/м.

ЭМЛТ (в комплексе с наладонным компьютером Allegro CX и GPS) может расцениваться как достаточно эффективное и удобное средство выполнения экспресс-съёмок общей толщины льда на значительных площадях и ледовых полях, на которых расположены дрейфующие станции СП. Абсолютная калибровка результатов достигается сопровождением измерений ЭМЛТ прямыми измерениями (рейкой), однако возможно и автономное использование прибора.

Измерения параметров экзарации дна с использованием ТПА

Одной из совершенно новых методик и технологий, внедряемых в арктические морские исследования, являются телеметрические системы на базе необитаемых подводных аппаратов. Наиболее простые их модификации именуются телевизионными подводными аппаратами (ТПА). Их использование позволяет получать визуальную информацию о состоянии подводной части ледяного покрова для изучения особенностей рельефа нижней поверхности льда и подводной части торосов. Еще одним направлением работ является проведение подводных осмотровых работ с целью выявления деформаций дна ледяными образованиями. Так, использовавшийся в экспедиции «Байдара-2010» ТПА «ГНОМ-стандарт» (рис. 10), является аппаратом среднего уровня по габаритам и оснащению. Его размеры позволяют погружаться в лунку диаметром 250 мм, работать под килями ледяных образований при зазоре между ними и дном не более 50 см.

Рис. 10. Комплект оборудования ТПА

Технические данные ТПА:

– число движителей – 3, ресурс работы (данные производителя) – 500 час;

– скорость горизонтального движения – до 1 м/с, вертикального – до 0,5 м/с;

– рабочая глубина – 100 м, предельно допустимая – 120 м;

– длина кабеля – до 150 метров;

– тип кабеля – специальный подводный, упрочненный кевларом;

– диаметр кабеля – 3 мм;

– усилие на разрыв – 50 кг, функциональные повреждения при усилии

> 25 кг;

– осветители – 35 светодиодов белого свечения, плавная регулировка яркости;

– видеокамера – цветная PAL CCD 1/3'', 0,1 лк, 450 твл фирмы SNB (Корея);

– вторая камера (вместо заднего вертикального мотора);

– лазерные указатели (для определения размеров объекта под водой);

– 2 дополнительные осветители (с боков);

– датчик глубины (точность 105 см);

– режим автоматической стабилизации глубины «автоглубина»;

– компас с выводом информации на видеомонитор в режиме «Телетекст».

Блок питания и управления:

– питание от сети 220 В или от встроенного аккумулятора емкостью 7–12 а/ч;

– влажность окружающей среды – до 100 %;

– диапазон рабочих температур: -5° … +45° С;

– вес аппарата ГНОМ 3 кг, полной системы – 18 кг;

– размеры аппарата ГНОМ 320150120 мм.

Система ТПА состоит из собственно подводного аппарата «ГНОМ» (2), катушки с кабелем (1) и надводного блока управления (3). Подготовка к работе системы занимает 10–15 минут.

Всего для определения геометрических параметров экзарации дна за время проведения полевых работ (общей продолжительностью 16 часов) было выполнено 17 погружений.

Вертикальные размеры объектов при съемке определялись с помощью глубиномера ТПА.

Ниже приведен ряд снимков, выполненных ТПА в период экспедиции «Байдара-2010» в 2010 г. На рис. 11 приведена съемка, выполненная 20.05.2010 г. на стамухе № 1. Дно песчаное, плоское, волнообразное, глубина 6,0–7,0 м. На обследованном участке на глубине 6,6 м обнаружены деформации дна килем стамухи в виде углублений и валов высотой до 30–40 см.

Рис. 11. Деформация дна килем, стамуха 1, 20.05.2010

Использование подводных необитаемых аппаратов, включая ТПА, позволяет существенно расширить возможности проведения подводных исследований ледяного покрова и его влияния на зоны контакта льда с дном. С помощью ТПА можно проводить исследования нижней поверхности ледяного покрова и изучение процессов образования торосов, осуществлять взятие проб воды и льда, а также проводить специальные гидрофизических эксперименты с использованием высокоточной СТД техники и т. д.

Заключение

Использование современных дистанционных измерительных комплексов и телеметрических систем открывает новые возможности в высокоточном и высокоинформативном исследовании процессов в полярных регионах. Использование беспилотных летательных аппаратов и данных ИСЗ открывает широкие возможности по эффективному проведению подспутниковых экспериментов для изучения ледяного покрова, проведения мониторинга загрязнения природной среды по широкому спектру параметров. Использование магниторезонансных систем для изучения ледяного покрова существенно увеличивает возможности по получению значительных объемов информации о состоянии ледяного покрова. Это позволяет улучшить систему мониторинга ледяного покрова на специальных полигонных исследованиях и существенно повышает оперативность и количество получаемых данных при решении различных прикладных задач при проектировании и строительстве инженерных сооружений в замерзающих морях. Система ледовых масс-балансовых буев находит широкую поддержку у исследователей ледяного покрова в Арктике, но опыт применения этой системы на СП-37 показал, что нельзя однозначно доверять всей информации, поступающей как с сонаров, так и с метеодатчиков без соответствующей проверки. Телеметрические подводные системы и аппараты имеют большую перспективу в применении для решения исследовательских и инженерных задач в районах, покрытых дрейфующими льдами.