Найти тему

Планерная технология для наблюдений за океаном

Общее количество дронов, используемых в воздухе, на суше и в воде, в последние годы растет. В моей статье основное внимание уделяется океанским роботам и, в частности, планерной технологии, которая представляется одним из наиболее перспективных океанографических инструментов для будущих морских исследований.

https://pixabay.com/ru/photos/%D1%81%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA-%D1%81%D0%B8%D0%B3%D0%BD%D0%B0%D0%BB-%D0%BC%D0%B0%D1%8F%D0%BA-%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F-%D0%BD%D0%B0-%D0%BC%D0%B0%D1%80%D1%81-2651890/
https://pixabay.com/ru/photos/%D1%81%D0%BF%D1%83%D1%82%D0%BD%D0%B8%D0%BA-%D1%81%D0%B8%D0%B3%D0%BD%D0%B0%D0%BB-%D0%BC%D0%B0%D1%8F%D0%BA-%D0%BC%D0%B8%D1%81%D1%81%D0%B8%D1%8F-%D0%BD%D0%B0-%D0%BC%D0%B0%D1%80%D1%81-2651890/

Планер - это дистанционно управляемые подводные аппараты, выполняющие миссии с продолжительностью жизни, превышающей месяцы, путешествующие на 5 тысяч километров даже в суровых условиях.

В зависимости от их научной полезности, они могут быть использованы для очень конкретных исследовательских задач, а также для общих целей мониторинга окружающей среды.

В сочетании с другими технологиями (например, швартовы, спутники, дрейфующие суда, поплавки) и как часть существующих сетей наблюдений они имеют большое преимущество и, таким образом, помогают получить более синоптическое представление о Мировом океане.

Планер является автономным подводным аппаратом с плавучестью (АУВ) и в то же время широко используемым современным океанографическим инструментом.

Его развитие имеет долгую и увлекательную историю. Все это началось после Второй мировой войны в 1950-х гг. В то время мало что было известно о глубоководной циркуляции океана, и возникла идея использовать нейтрально плавучие поплавки для непосредственного измерения низкочастотных крупномасштабных подповерхностных течений.

https://pixabay.com/ru/photos/%D0%BF%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BA%D0%B8-%D0%B1%D0%BE%D0%B0-%D0%BF%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BE%D0%BA-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B-%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BE-1286514/
https://pixabay.com/ru/photos/%D0%BF%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BA%D0%B8-%D0%B1%D0%BE%D0%B0-%D0%BF%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D0%B2%D0%BE%D0%BA-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B-%D0%BE%D0%B7%D0%B5%D1%80%D0%BE-1286514/

Идея была простой, но мощной. Поплавок был сделан из алюминиевой трубки, которая менее сжимаема, чем морская вода, и поэтому приобретает плавучесть, когда он тонет.

Таким образом, в зависимости от процесса балластировки поплавок может использоваться для следования плоскости постоянного давления. Течения на этой глубине можно было бы затем получить, акустически отслеживая поплавок и интегрируя его дрейф в течение 20 соответствующего периода. Первые “ласточки " -поплавки (3 м, 10 кг) были развернуты в 1955 году над иберийской Абиссальной равниной самим Джоном Своллоу.

Слежение за поплавками осуществлялось с помощью гидрофонов, установленных на судне, и акустического сигнала 10 кГц, позволяющего осуществлять ближнюю навигацию.

Метод был успешно продемонстрирован, и полученные данные даже достаточно точны, чтобы показать доказательства приливных изменений. Впоследствии поплавки стали использоваться все более систематически для получения более глубоких знаний о циркуляции океана, и до 1980-х годов было разработано и развернуто несколько нейтрально плавучих поплавков. Срок службы таких поплавков увеличивался с нескольких дней до нескольких недель, а затем и до нескольких месяцев.

Поскольку время корабля всегда является ограничивающим фактором, а также дорогостоящим, SOFAR-плавуны были разработаны Томом Россби и Дэвидом Уэббом и впервые развернуты в 1968 году. Их можно было легко отследить с нескольких береговых гидрофонных станций в западной части Северной Атлантики с помощью канала SOFAR толщи воды для передачи звука. В результате этого отслеживание сигналов с поплавков стало возможным на расстоянии до 1000 км и, следовательно, исследовательские суда должны были использоваться только для развертывания и восстановления.

Возникшее в результате ограничение поплавков SOFAR до 5 глубин вблизи звукового канала, однако, в конечном итоге привело к разработке судовой системы плавучей связи, в которой использовался передатчик сигнала, который просто мог быть установлен на пакет CTD/водяной пробоотборник. Способность опрашивать с самых разных глубин в конечном итоге позволила одновременно отслеживать до 18 буев на разных глубинах и проводить гидрографические наблюдения.

Несколько лет спустя разработка заякоренных гидрофонов, так называемых автономных станций прослушивания, наконец-то позволила отслеживать плавучие платформы СОФАР в любой точке 10 океанов.

Проблема с этими поплавками заключалась в том, что они были относительно большими и тяжелыми, длиной 5 м и весом 430 кг) и, следовательно, дорогостоящими в развертывании и использовании.

Переключение направления акустической сигнализации на швартовные системы и приемные поплавки в конечном итоге привело к разработке поплавков RAFOS, которые были гораздо более экономичными и простыми в обращении.

Применение буев в это время было многочисленным и значительно улучшило наше понимание океанических вихревых полей 15 и средней циркуляции в масштабах бассейна.

Воздействие результатов, полученных с помощью технологии буев, на морскую науку в целом невозможно оценить достаточно высоко. Результаты показали, что океан представляет собой весьма турбулентную систему и в конечном счете ведет к открытию океанических мезомасштабов.

И история успеха поплавков должна быть продолжена!

Еще один технический прогресс положил начало следующему этапу эволюции плавучих датчиков. Использование спутников, оснащенных радиолокационными альтиметрами и 20 рассеивателями в 1978 г., позволило впервые собрать информацию о процессах циркуляции океана (уровень моря, температура поверхности) в глобальном масштабе и тем самым подчеркнуть необходимость использования систем наблюдений, таких как технология буев, также в глобальном масштабе.

Поэтому потребовалась усовершенствованная инфраструктура и более высокий уровень координации, и с этой целью был сделан еще один большой шаг путем разработки автономного лагранжийского исследователя циркуляции.

https://pixabay.com/ru/photos/%D0%B1%D1%83%D0%B9-%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%B5-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD-%D0%BF%D0%BB%D1%8F%D0%B6-4475813/
https://pixabay.com/ru/photos/%D0%B1%D1%83%D0%B9-%D0%BC%D0%BE%D1%80%D0%B5-%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D1%8B-%D0%BF%D1%80%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%B0-%D0%BE%D0%BA%D0%B5%D0%B0%D0%BD-%D0%BF%D0%BB%D1%8F%D0%B6-4475813/

Поплавок смог изменить свою плавучесть, перекачивая жидкость из внутреннего резервуара во внешний мочевой пузырь, и таким образом появилась возможность для ALACE подняться на поверхность и вернуться на заранее заданную глубину несколько раз.

До сих пор поплавки имели возможность всплыть на поверхность только по окончании своей миссии, сбросив балластный груз. Однако в настоящее время спутники ARGOS могут осуществлять глобальное слежение за буями ALACE с помощью сигнала 401 МГц, поступающего на поверхность Земли.

За последние двадцать лет было разработано и произведено много различных поплавков. Сегодня более 3000 из этих буев находятся в воде для мониторинга океана в глобальном масштабе с целью определения температуры, солености и скорости.