Разработчики из Санкт-Петербургского Федерального исследовательского центра (СПб ФИЦ РАН) создали интеллектуальную систему управления дночерпателем ДАК-250, которая способна автоматически распознавать тип грунта, проводить работы при значительном волнении на акватории, гарантировать корректность положения дночерпателя при отборе. Кроме того, благодаря ряду датчиков прибор способен фиксировать температуру на различных глубинах и глубину погружения с точностью до 1 см. Данные фиксируются в памяти устройства и могут быть легко переданы по беспроводному интерфейсу. Функционал устройства позволит значительно повысить корректность и скорость проведения отбора проб, а также обеспечит их дополнительными данными крайне полезными для последующей обработки.
Почти три четверти поверхности Земли покрыто водоемами, большинство из которых является важными объектами для функционирования экономики и обеспечения комфортной жизни общества. Одним из наиболее значимых направлений при исследовании водных пространств является изучение дна соленых и пресных акваторий.
Данные работы позволяют сформировать представление о живых организмах, населяющих водоем, о химическом составе подводных отложений, об уровне загрязнения акватории и многих других аспектах. Поэтому сегодня для современных исследований ученым и экологам требуется высокоточное оборудование, которое может работать на большой глубине и при неблагоприятной погоде.
“Мы разработали систему управления дночерпателем, которая, в отличие от существующих аналогов, может оценить характеристики грунта и корректность положения на дне и самостоятельно принять решение о срабатывании захватывающих пробу ковшей, что практически исключает неудачное или некорректное срабатывание прибора и, соответственно, исключить подъемы пустого дночерпателя и дополнительные спуски. Датчики под управлением микроконтроллера позволяют увеличить объем информации, получаемый в ходе исследований, значительно повысить точность и скорость проведения работ”, – рассказывает сотрудник лаборатории комплексных проблем лимнологии Института озероведения (ИНОЗ РАН) - СПб ФИЦ РАН Михаил Дудаков.
Конструкция классического дночерпателя, например ДАК-250, не претерпела существенных изменений за последние полвека, благодаря своей надежности и эгрономичности. Механическая часть дночерпателя состоит из двух захватов, которые соединены осью. Он погружается с борта судна или лодки на тросе или на верёвке и достигает дна, зарываясь в него под действием собственного веса и инерции. Решение о срабатывании принимает оператор, пуская по тросу или веревке груз (посыл). Очень важно отметить, в случаях работы дночерпателя на больших глубинах посылу требуется время, чтобы спуститься на заданную глубину, например для 200-300 м это занимает до 3 мин. Трос в это время должен оставаться натянутым и с небольшим отклонением от вертикали, что крайне сложно выполнить при значительном ветре и волне. Невыполнение этих условий приводит к холостому срабатыванию дночерпателя или, что хуже, к уменьшению площади захвата, что искажает данные. Кроме этого на участках со сложной структурой донных осадков, например в скальных или моренных ландшафтах, сложенных частично твердообломочным материалом, дночерпателем без электронной системы управления будут производиться бессмысленные попытки отбора на каменистом дне, что приведет к потере рабочего времени. В условиях качки с высотой до 2 метров взятие проб уже становится практически невозможным, так как за время прихода посыла за счет натяжения троса дночерпатель уже может сменить свое положение.
Для решения данных затруднений ученые ИНОЗ РАН - СПб ФИЦ РАН оснастили дночерпатель электромеханической системой управления и датчиками (акселерометром, гироскопом, высокоточным барометрическим датчиком, а также электронным термометром), управляется система микроконтроллером, он же обеспечивает хранение данных и беспроводную связь. Важно отметить, что сама механика дночерпателя в ходе модернизации не была изменена, он по-прежнему срабатывает от удара детали, имитирующей посыл классической схемы. Поэтому все методики использования дночерпателя остаются актуальными и для модернизированного варианта. Но теперь за срабатывание ковшей отвечает автоматика и делает это оперативно и гарантированно с захватом достаточного объема пробы. Дополнительным плюсом являются данные о механических свойствах грунта, точной глубине и послойных значениях температуры от места взятия пробы до поверхности.
“Мы уже начали испытывать прибор в Ладожском озере на глубинах до 150 метров (максимальная глубина для погружения устройства составляет 300 метров) и получили очень хорошие результаты: из более 100 проб только 3-4 оказались мало информативными. Сейчас производится совершенствование программного обеспечения и одновременно осуществляется наполнение базы данных по функционированию дночерпателя на различных типах грунтов в различных условиях эксплуатации, что должно ещё больше увеличить эффективность его работы. Такие возможности прибора могут использоваться разными группами ученых, которые ведут лимнологические исследования, а также экологами при изучении различных загрязнителей в водоемах”, – добавляет Михаил Дудаков.
Пока “умный” дночерпатель совершал погружения с судна на глубины до 150 м без постановки на якорь при умеренном ветре с высотой волны до 1,5 метра. Однако в дальнейшем ученые планируют модернизировать программное обеспечение устройства и увеличить базу данных по типам грунтов, что должно уменьшить зависимость проведения работ от метеоусловий. По данному исследованию зарегистрирована заявка на выдачу патента на изобретение. Результаты апробации дночерпателя в экспедиции по Ладожскому озеру будут представлены 26 сентября на X Международном балтийском морском форуме.
