СКБ САМИ — умные приборы предупреждают опасность

Автономная профилирующая станция мониторинга водной среды «Экозонд»

Современные технологии позволяют достаточно эффективно вести мониторинг морской среды, осуществлять измерение характеристик гидрофизических полей, контролировать их пространственно-временные характеристики. Автоматизированная система комплексного мониторинга водной среды «Экозонд», — особенно с учётом расширения её функционирования, — может быть элементом системы экологического, гидрохимического, геологического, ледового мониторинга водного пространства. Система эта, в свою очередь, является сетью сбора первичной информации о состоянии среды. А вот основу такой системы вполне могут составить автономные позиционные станции (АПС) гидрофизического и гидрохимического мониторинга, разработанные специалистами СКБ САМИ.

Конструктивно АПС «Экозонд» представляет собой герметичный контейнер с установленными на нём датчиками регистрации различных геофизических полей. «Экозонд» способен перемещаться в слое морской воды по заданной программе, что обеспечивает непрерывную регистрацию вертикальных распределений (профилей) параметров среды и биоты. Это позволяет точно оценивать как дифференциальные, так и интегральные характеристики этих распределений. Кроме этого, «Экозонд» может останавливаться и как бы зависать на нужное время, чтобы произвести измерения на заданных горизонтах.

В случае отсутствия прямой видимости между точкой постановки станции и пунктом управления передача результатов измерений осуществляется по УКВ-модему или спутниковому радиомодему. Станция передаёт формуляры на FTR-сервер, откуда они могут быть взяты пользователем.

«Экозонд» способен оперативно всплывать и погружаться для выполнения измерений в установленное время и на различных горизонтах. После передачи данных АПС погружается в исходной точке. Программа измерений может изменяться оператором дистанционно по радиоканалу. Дальность связи через УКВ-модем в зоне прямой радиовидимости 20–40 километров при использовании спутникового канала — неограниченная.

Возможны различные варианты оснащения АПС «Экозонд» оборудованием и дополнительными подводными измерительными средствами в зависимости от поставленных задач. Это позволяет создать масштабируемую информационно-измерительную сеть, которая является составным компонентом системы геоэкологического мониторинга. Такой мониторинг обеспечивает динамический контроль подводного пространства для создания информационных массивов.

Сверхмалый автономный телеуправляемый корабль повышенной мореходности

Это одна из самых перспективных разработок СКБ САМИ. Цель специалистов СКБ — повысить эффективность инженерных изысканий и экологического мониторинга морских и речных акваторий. Корабль будет обладать хорошей штормовой проходимостью. Практически он способен обеспечить эффективную работу всех находящихся на нём измерительных приборов и комплексов в любых погодных условиях.

Автономный надводный корабль сможет работать в двух режимах — телеуправляемом и программируемом. Его несомненным преимуществом станет способность самостоятельно или в составе группы покрывать одновременным обследованием большие площади морских акваторий. При этом он будет всё время находиться под непрерывным контролем берегового или судового центра управления.

Основные усилия специалистов направлены на проектно-технические исследования с целью поиска новых математических моделей для определения динамики корабля, штормового моря, атмосферы и их взаимодействия. Эти модели будут применяться для оптимизации формы корпуса корабля с точки зрения наилучшей штормовой мореходности.

Также сегодня решаются технические вопросы размещения агрегатов телемеханики, навигационного и гидрофизического измерительного оборудования. Определяются и законы автоматического управления автономным модулем, в том числе в сложных и штормовых условиях плавания.

Одним из важнейших мореходных качеств сверхмалого корабля является сохранение вертикальности его корпуса. Это крайне важно как для бесперебойной работы подводных гидроакустических систем, так и для обеспечения устойчивой радиосвязи и работы средств космической радионавигации.

Сверхмалый автономный корабль может выполнять анализ гидродинамического и штормового режима на поверхности моря. Он непрерывно доставляет результаты в удалённые морские службы по цифровым каналам радиосвязи. Именно эта информация — ключевая для оперативных морских служб, которые отвечают за выработку прогнозов опасных морских явлений и обеспечивают безопасность ведения работ и судоходства в открытом море.

Исследование опасных морских явлений

Опасные морские явления требуют постоянного мониторинга, поскольку без этого невозможна никакая деятельность ни на море, ни в прибрежной зоне. СКБ САМИ с 2009 года проводит непрерывные измерения колебаний уровня моря у южных берегов Сахалина. Донные датчики дают данные измерений уровня моря на глубине 16 метров под поверхностью моря. За это время было зафиксировано около 200 волн, которые соответствуют амплитудному критерию волн-убийц (высота аномальных волн в два раза превышает высоту значительных волн).

Особое значение имеют разработки СКБ программного обеспечения для численного моделирования длинных волн. Программный комплекс NAMI-DANCE по расчёту волн цунами разработан специалистами организации совместно с профессором Yalciner (Турция) и профессором Iamamura (Япония). Этот комплекс хорошо показал себя на многочисленных «бенчмарк»-тестах и был рекомендован ЮНЕСКО для моделирования цунами.

NAMI-DANCE неоднократно применялся для моделирования исторических цунами. С помощью этого комплекса можно рассчитать воздействие волны цунами на сооружения. При оценке риска цунами это позволяет учитывать не только высоту волны, но и её силовые характеристики.

Вычислительный комплекс NAMI-DANCE был использован для вычислительных экспериментов исторических и гипотетических цунами. Их источник располагался в акватории Японского моря и к югу от Южных Курильских островов в Тихом океане.

Было построено распределение максимальных высот волн от каждого цунами вдоль всего побережья Сахалина. Это позволило выявить районы Охотского и Японского морей, а также прибрежной акватории острова, где проявлялись наибольшие амплитуды цунами. Результаты вычислений сопоставлялись с данными наблюдений.

Вычислительный эксперимент с использованием гипотетического источника цунами дал возможность говорить об относительной незащищённости восточного побережья Сахалина от цунами, которые возникают в акватории Охотского моря. Именно они наиболее опасны для острова, но, к счастью, повторяемость таких событий достаточно редка.