Геологические исследования дна морей и океанов начались сравнительно недавно. В начале ХХ века они состояли только в измерении глубин и сборе проб донных грунтов. Для этого с корабля на дно моря просто на веревке спускался груз, по длине веревки определялась глубина, а прикрепленным к грузу ковшом брали пробу, позволяющую судить о характере донного грунта.
В послевоенные годы в практику морских геологических работ начали внедрять геофизические методы исследований. Глубину и рельеф дна стали изучать с помощью эхолотов, гидролокаторов и акустических профилографов, работающих по принципу измерения времени, затраченного на прохождение звукового сигнала с корабля до дна и обратно. Этот же принцип, но с применением особо мощных сигналов, позволил изучать внутреннее строение толщи рыхлых осадков, покрывающих дно.
В настоящее время для геологических исследований морских глубин применяются различные автоматические приборы. Так, микрорельеф дна, осадки и выходы коренных пород, флору и фауну успешно изучают с помощью подводных фотокамер. На сегодняшний день на рынке не существует модульного аппарата, который можно было бы оснастить необходимыми для конкретного исследования приборами, позволяющими получать общую картину для больших площадей морского дна.
Весной 2017 года команда Центра морских исследований МГУ им. М.В. Ломоносова, в состав которой входили геологи, экологи, инженеры, программисты и другие специалисты, в рамках дорожной карты «Маринет» НТИ по заказу Фонда содействия инновациям начала работу над программно-аппаратным комплексом, предназначенным для картографирования морского дна на различных глубинах, а также дешифрирования и визуального заверения обнаруженных объектов.
«Задача площадного картирования донных ландшафтов была поставлена перед командой Центра еще в 2014 году. Опытно-конструкторский отдел Центра должен был решить: как за короткий период собрать максимально большой объём данных, которым впоследствии смогли бы воспользоваться специалисты различных направлений и, в первую очередь, конечно, геологи и биологи, – рассказывает Владимир Чава, заместитель руководителя управления проектно-изыскательских работ Центра морских исследований МГУ им. М.В. Ломоносова, стоявший у истоков проекта. – Мысль о создании подобного комплекса возникла у меня после знакомства с книгой «Живое море» Жак-Ива Кусто. В ней всемирно известный исследователь морских глубин описал, как он вместе со своими сподвижниками создал буксируемые подводные фотосани. В течение последующих десятилетий в подобного рода разработках участвовали ученые из разных стран, аппараты создавали в Германии, Норвегии, Соединённых Штатах Америки. В России же такие системы активно не развивали, применялись они только отдельными научными организациями, а коммерчески доступного аппарата на данный момент так и не было создано.
На базе Беломорской биологической станции МГУ имени Н.А. Перцова мы объединили классические методы пробоотбора со съемкой гидролокатором бокового обзора, которую необходимо заверять подводной фотовидеосъемкой, в том числе на глубинах, где невозможно проводить водолазные работы. Обычно в таких случаях используют телеуправляемые необитаемые подводные аппараты (ТНПА). Они отлично справляются с решением данной задачи, если необходима точечная съемка, когда в результате получается не некий протяженный видеоряд, а съёмка в окрестностях одной точки. Это связано со спецификой работы с такими аппаратами. А для получения видеоряда, например, на протяжении трех километров приходилось многократно переставлять судно, опускать и поднимать аппарат, что достаточно дорого и сложно. Это и стало причиной создания более универсальной установки».
В первоначальном варианте разработанный специалистами Центра прототип программно-аппаратного комплекса имел форму пирамиды и был оснащен камерой широкого разрешения, альтиметром, имел четыре светодиодных светильника и целеуказатели, предназначенные для последующей обработки данных, в частности для определения расстояния между объектами и их размеров. На данном этапе разработки появилась возможность испытать корпус и понять, правильны ли отдельные конструктивные решения и надежны ли системы.
Испытания проводились на базе Беломорской биологической станции МГУ имени Н.А. Перцова летом 2017 года. Было решено добавить к комплексу гидролокатор бокового обзора, необходимый для поиска объектов на больших площадях, из-за чего комплекс принял форму параллелепипеда. К тому же прямоугольное строение позволило стабильно буксировать аппарат на специальном тросе. Но на этом усовершенствование комплекса не закончилось. Появилась дополнительная цифровая камера высокого разрешения, а уже существующую заменили на более чувствительный аналог. Это позволило получать данные как с гидролокатора бокового обзора, так и с двух камер, каждая из которых предназначена для решения локальных задач. Первая камера располагается перпендикулярно визуализируемой поверхности, вторая имеет механизм вращения, позволяющий получить телеметрию в соответствии с особенностями технического задания. Была также улучшена система освещения. Изменения коснулись и электронно-интерфейсной части подводного комплекса.
Следует отметить, что функционирование всей электроники рассчитано на работу в экстремальных условиях холодных арктических морей. Комплекс выполнен из нержавеющего материала и опускается в толщу воды при помощи лебедки. Существенным достоинством установки является ее компактность: в различных комбинациях она может быть использована при работе с малых судов или даже катеров при участии всего лишь двух человек. Фото-, видео- и прочая информация сохраняется на флеш-карту, расположенную на борту подводного автономного комплекса, а также передается в режиме реального времени на пульт управления и контроля на борту корабля. Аппарат не требует подзарядки, питание подается от дизельного генератора. Тем не менее, сохранена возможность использовать аккумуляторные блоки для обеспечения работы аппарата без внешнего питания в автономном режиме.
«В ходе экологических изысканий на больших глубинах, например, в Карском море мы периодически сталкивались с проблемой телеметрии. Теперь же мы можем получать сигнал с камеры в режиме онлайн. В отличие от привычных ТНПА, новая разработка менее зависима от погодных условий, а волны в северных морях, как известно, явление нередкое. Во время испытаний аппарат с большой точностью зафиксировал как представителей морской фауны, таких как крабы-стригуны и морские звезды, так и цвет грунта и его рельеф», – рассказывает Владислав Козловский, начальник отдела экологии управления проектно-изыскательских работ Центра морских исследований МГУ им. М.В. Ломоносова.
В настоящее время аппарат рассчитан на работу на глубине максимум 350 метров с гидролокатором и 300 метров – без него.
Таким образом, разработка Центра позволяет одновременно проводить комплекс различных исследований всего лишь за один проход судна, что существенно снижает затраты на проведение морских изысканий, в частности, за счет сокращения количества специалистов на борту судна (гидрографа, осуществляющего промеры, геофизика для работы с гидролокатором, специалиста по фото- и видеосъемке) и уменьшения числа остановок на станциях. Разработанный в Центре морских исследований МГУ им. М.В. Ломоносова комплекс также позволяет проводить съемку при буксировке.
Безусловно, универсальный прибор будет очень полезен многим специалистам, облегчит им процесс исследований. Аппарат предназначен как для нужд биологов, например, при анализе состава донной флоры и фауны, так и для геологических и экологических исследований при нахождении заброшенных нефтяных скважин, определении местоположения техногенных объектов, осуществлении поисково-спасательной деятельности.
Конструкция аппарата постоянно совершенствуется и в настоящий момент в опытно-конструкторском отделе Центра производится сборка новой версии прототипа Автономного подводного комплекса, которая пройдет испытания в реальных суровых полевых условиях русской Арктики ближайшей весной, как только откроется полевой сезон.
[Редакция портала "Научная Россия" благодарит Научный парк МГУ имени М.В. Ломоносова за предоставленные материалы]
