Международный конкурс инновационных проектов, ориентированных на партнерство государств и цивилизаций
| Вид материала | Конкурс |
Содержание3.4. Подводные станции предупреждения о цунами 1. Станция предупреждения о возникшем цунами (традиционная) 2. Станция предупреждения о возможном цунами Состояние разработки основных систем |
- О IV цивилизационном форуме и Международном конкурсе инновационных проектов, 160.27kb.
- Конкурс инновационных проектов "У. М. Н. И. К.", 185.73kb.
- Одиннадцатый конкурс молодежных инновационных проектов технопарка мифи, 45.49kb.
- О I межрегиональном конкурсе инновационных проектов «На пути к инновациям» Общие положения, 141.27kb.
- Евразийский экономический форум молодежи 2010-2011 гг. Путь на север, 216.26kb.
- База данных инвестиционных и инновационных проектов предприятий Оренбургской области,, 423.18kb.
- Конкурс инициативных ориентированных фундаментальных исследований 2009 года: Междисциплинарные, 467.95kb.
- Конкурс проектов и программ «На пути к инновациям», 155.77kb.
- Положение о городском конкурсе инновационных проектов Общие положения, 89.45kb.
- Конкурс состоит из двух секций: конкурс студенческих идей и конкурс проектов на ранней, 131.18kb.
3.4. Подводные станции предупреждения о цунами
Представляет проект:
ОАО «Концерн «Морское подводное оружие — Гидроприбор»: генеральный директор В.А. Осипов; руководитель работы Л.М. Вольфсон.
1. Станция предупреждения о возникшем цунами (традиционная).
2. Станция предупреждения о возможном цунами.
3. Автономная позиционная станция мониторинга водной среды (АПС-ЭКО).
Известно, что ежегодно на Земле регистрируется свыше 1 млн подземных толчков, что составляет в среднем 120 толчков в час, или два в минуту. К счастью, немногие из них бывают разрушительными и катастрофическими. Сильные землетрясения происходят довольно редко, и далеко не все они вызывают цунами.
Сейсмические морские волны — цунами — чаще всего возникают при крупных землетрясениях, происходящих в районах морского или океанического побережья. Они возникают тогда, когда энергия землетрясения передается как морскому дну, так и воде.
На сегодняшний день не имеется достоверной признанной системы прогнозирования этого природного разрушительного явления, поэтому сейчас предупреждение о надвигающейся волне цунами делают лишь после того, как она возникла. В морях и океанах, где были зафиксированы цунами, ставят станции, которые определяют, что волна цунами пошла (волна значительно длиннее обычных волн, а кроме того, у волн цунами есть характерные признаки, которые выделяются из спектра: сначала низкая частота, потом высокая. Скорость волн достигает 750 км/ч). Эти данные передаются через ИСЗ в центры сбора информации (в США — Колорадо, в России — Обнинск), там информация обрабатывается и передается в пункты, куда направлено движение волны.
По имеющимся сведениям, станции США (их 39) состоят из донной и передающей станций. Донная станция производит измерения и передает полученную информацию на передающую, которая через ИСЗ раз в час передает информацию в центр. Измерения высоты воды в точке постановки станции производятся каждые 15 минут (если пошла волна цунами — передача экстренная). Передающая станция США — поверхностно плавающий буй с радиомодемом. Стоимость третьей модификации такой станции составляет 330 тыс. долл.
Используя наработки гидроприбора по основной тематике и конверсионным работам, предлагается схема станции для предупреждения о цунами на глубинах до 6000 м.
1. Станция предупреждения о возникшем цунами (традиционная)
В этом случае станция комплектуется промежуточным и всплывающим буями, связанными с якорем.
В промежуточный буй устанавливается кварцевый преобразователь давления на 20 МПа (его разрешающая способность по давлению 0,0005% — 1 мм), акселерометр для определения изменения углубления буя вследствие изменения течения, система обработки измерений, система питания, механизм установки на заданное углубление и система всплытия-погружения на кабель-тросе всплывающего буя.
Во всплывающий буй устанавливается радиомодем для связи с ИСЗ, датчики давления и поверхности, блок питания.
Якорь через гидроакустический разъединитель и катушку с синтетическим тросом крепится к промежуточному бую.
Обработка измерений давления (высота волны) производится один раз в минуту. Система находится в дежурном режиме (малое энергопотребление), до тех пор пока зарегистрированная высота подъема (опускания) воды не превышает величины 3,5 см. При превышении этого значения система переходит в режим измерения до тех пор, пока величина этого уровня не опустится ниже 3,5 см, после чего система записывает полученную информацию в долговременную память. При этом учитывается углубление промежуточного буя, формируются сведения о данном событии для передачи на береговой пост.
Полученная информация транслируется во всплывающий буй, который подвсплывает под поверхность и передает через ИСЗ о прохождении волны цунами, после чего заглубляется на заданный горизонт.
Этот вариант отличается от аналогов тем, что передача информации производится передающим буем, который стоит на горизонте 20 м и только на время передачи всплывает под поверхность. Тем самым воздействие штормовых помех на буй значительно уменьшается и срок службы буя увеличивается.
2. Станция предупреждения о возможном цунами
В этом случае к комплектации первой станции (промежуточному и всплывающему бую) добавляется донный модуль. В промежуточный буй добавляется аппаратура для приема информации, передаваемой по гидроакустическому каналу.
В донном модуле расположен масс-спектрометр, лазерный волоконно-оптический мутномер, сверхчастотный пьезокерамический приемник колебательного ускорения, обрабатывающая аппаратура, источник питания.
В литературе обсуждается возможность предсказания землетрясения в сейсмоопасных районах по результатам наблюдений за изменением концентрации некоторых газов (Rn, He, Ne, H2, CO2) в атмосфере или океане. Имеются экспериментальные данные по быстрому нарастанию концентрации гелия в атмосфере над скалистыми породами в районе Loma Prieta 16 октября 1989 г., за день до землетрясения, доказывающие эту возможность. Однако амплитуда нарастания концентрации гелия в атмосфере невелика (~4% от величины фонового уровня) и быстро спадает из-за значительной подвижности атомов гелия в воздухе, что существенно затрудняет мониторинг этого процесса.
Выбросы потоков гелия того же порядка в океан на больших глубинах вблизи эпицентра землетрясения приводят к существенно большему нарастанию его концентрации, что позволяет провести более чувствительные измерения.
В ФТИ им. А.Ф. Иоффе рассчитан и спроектирован автоматизированный малогабаритный масс-спектрометр для прямого определения концентрации гелия, водорода и неона в воде на больших глубинах. Одной из основных систем прибора является система введения пробы, выдерживающая большое давление воды (до 600 атм.) и обеспечивающая эффективную избирательную подачу газов прямо из жидкости.
Характеристики масс-спектрометра.
Предел определения:
| He | 0,1 мкг/л |
| Ne, H2 | 1,0 мкг/л |
| Время измерения одной компоненты | ~ 30 c |
| Масса прибора | ~ 15–20 кг |
| Габариты прибора | 400×300×200 мм |
| Потребляемая мощность | ~ 20 Вт |
| Питающее напряжение | 12÷15 В |
Предлагается наряду с традиционными датчиками использовать эту разработку ФТИ в станции.
Мутномер и ПКУ увеличивают вероятность правильного прогноза землетрясения.
Полученная информация обрабатывается и передается на промежуточный буй по гидроакустическому каналу, после чего транслируется на всплывающий буй по кабель-тросу. В информацию входят измерения, проведенные в промежуточном буе, так же как в первом варианте.
Всплывающий буй подвсплывает под поверхность, передает через искусственный спутник Земли на береговой пост полученную информацию, после чего заглубляется на заданный горизонт.
Этот вариант станции дает надежду на заблаговременное предупреждение о надвигающемся цунами. Необходимо иметь несколько таких станций, с тем чтобы вероятность предсказания была высокой.
Стоимость американского проекта DART (по станциям цунами) составляет 250 млн долл. (nett.pmel.noaa.gov).
Состояние разработки основных систем
Донная корпусно-механическая часть модуля прошла морские испытания и была сдана заказчику.
Преобразователи давления и температуры выпускаются ООО «СКТБ ЭлПа» (г. Углич).
Мутномер выпускается ООО НИИ «Эхоконтур» (Санкт-Петербург).
Акселерометр выпускаются ОАО «ПН ППК» (Пермь).
Обработка результатов измерения будет производиться Нижегородским государственным техническим университетом, который имеет опыт такой работы по станциям, поставленным в море у острова Сахалин.
Концерном «Морское подводное оружие — Гидроприбор» выполнен следующий объем работ:
- разработан и принят в серийное производство приемник колебательных ускорений (ПКУ);
- разработана и испытана система установки на заданное углубление с использованием синтетического каната; системы всплытия-погружения с кабель-тросом; система передачи информации по гидроакустическому каналу.
- проверена система передачи информации с буя через искусственный спутник земли «Гонец».
Масс-спектрометр разработан в физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе (Санкт-Петербург).