Ученые провели успешные эксперименты, доказав большую пропускную способность и высокую надежность магнитной связи под водой, и в 2024 году представят опытный образец аппарата. Разработка ученых Севастопольского государственного университета ведется в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Водная среда хоть в море, хоть в пресных водоемах по своим характеристикам серьезно отличается от атмосферы, в которой технологии беспроводной связи уже активно используются. И эти различия не дают в полной мере применить под водой уже известные устройства для качественной связи, а геолокация объектов на глубине и вовсе невозможна, так как туда не проходит сигнал GPS и других навигационных систем.
«Есть несколько способов для обеспечения связи под водой. Акустический, известный уже около века – он имеет серьезные ограничения, но эффективно используется для подводных лодок. Оптический дает хорошие скорости передачи данных, но на очень коротком расстоянии, а главное – для установления связи нужна прямая видимость между устройствами связи, и шторм или взвесь могут помешать этому. Третий известный вид связи обеспечивает хорошую дальность - использование сверхдлинных волн для передачи телеграмм на подлодки в любую точку земного шара, но информационная емкость сообщений почти нулевая», — рассказал профессор кафедры «Электронная техника» Игорь Широков.
Чтобы обеспечить стабильную и высокоскоростную связь, он предложил опробовать электромагнитную связь. Сейчас это один из основных способов передачи сигнала на суше. Связь обеспечивается распространением магнитных и электрических волн попеременно, и именно поэтому в качестве подводной она не рассматривается: первое, переменное магнитное, поле проходит сквозь водную среду, а электрическое очень быстро затухает.
«Но перед нами и не стоит задача передать сообщение на другой край Земли. Нам нужно разработать эффективную технологию для работы на коротких расстояниях – не более 100 м. Около 20 лет назад я разработал систему для поиска шахтером под завалами, и тогда магнитная связь позволила точно установить местоположение человека через 40 м породы и бетона. Когда СевГУ в рамках программы «Приоритет 2030» приступил к разработке безэкипажных судов, мы решили попробовать адаптировать технологию для моря», — отметил ученый.
Он пояснил, что предлагается использовать только первую – магнитную волну, продуцируемую устройством-передатчиком. На первом этапе для испытаний были адаптированы приборы, обеспечивающие электромагнитную связь в атмосфере – они разработаны еще в прошлом веке. Результаты и в опытовом бассейне СевГУ, и в одной из бухт Севастополя были настолько ошеломляющими, что ученые проводили повторные замеры, чтобы исключить ошибку.
«Мы получили очень обнадеживающие результаты. Переменное магнитное поле позволяет на небольших расстояниях получить такую скорость связи, что можно передавать видеофайлы – ни одна беспроводная связь под водой не позволяет это сделать. При этом ни уровень прозрачности воды, ни волнение, ни местоположение приемника и передатчика относительно друг друга решающей роли не играют. Для поточного видео нужна скорость порядка 1 мегабита, а акустическая связь – это килобиты, то есть, в 1000 раз меньше. Теоретически мы можем получить и 2 мегабита, и даже больше», — уверен И. Широков.
Кроме того, по его расчетам, мультимодульное устройство, куда будут установлены магнитный и акустический передатчики, позволит не только обеспечить надежную связь, но и определять местоположение аппаратов относительно оператора. А так как он будет находиться на поверхности, то сможет привязать объекты к системе навигации.
По словам разработчика, у устройств магнитной связи очень большой потенциал. Во-первых, она позволит обеспечивать причаливание безэкипажных судов – а это очень задача, сложная, даже для человека. Ведь два устройства, на причале и судне должны аккуратно подвести объект к швартовой стенке или шлюзу, учитывая волнение моря, силу ветра и другие параметры.
Для того чтобы справиться со швартовкой, двум компьютерам необходимо очень быстро согласовывать корректировки в движении судна, а это требует высокой скорости связи.
Но кроме того, магнитная связь может обеспечить работу автономных устройств, которые будут обследовать дно порта или трубопроводы, опоры мостов или днища кораблей, использоваться в гидрографии или подводной археологии.
«Такие передатчики позволят при небольших энергетических затратах быстро передавать большие объемы информации. Например, автономный необитаемый подводный аппарат (а они могут быть разные – от маленьких, как квадрокоптер, до больших промышленных) сможет, выполнив задачу, подойти к шлюзу, выгрузить информацию, тут же получить новые вводные и даже подзарядиться от того же переменного магнитного поля», — пояснил И. Широков.