Технологии широкого спектра наблюдений в гидросфере на базе подводных робототехнических комплексов, обитаемых аппаратов и систем: разработка подводных аппаратов и роботизированных телеуправляемых платформ с сетевой архитектурой для мониторинга гидросферы, в том числе на предельных глубинах в Мировом океане

В отчете рассматриваются основные направления работ отдела по теме № FMWE-2021-0011 госзадания ИОРАН на 2023г. и полученные результаты. Работы Лаборатории научной эксплуатации глубоководных обитаемых аппаратов ИО РАН в 2023 г. велись по следующим направлениям: 1) Проведение регламентных работ по поддержанию глубоководных обитаемых аппаратов (ГОА) «Мир-1» и «Мир-2» в рабочем состоянии; 2) Участие в разработке проекта Центра биогеохимических и информационных технологий при ИО РАН (ЦБИТ ИО РАН) рядом с основным зданием ИО РАН. Создание фото- и видео-экспозиции на базе научных исследований и подводно-технических работ в океане с применением ГОА «Мир» для НОЦ ИО РАН, существенной частью которого будет Музейный комплекс на базе ГОА «Мир-2»; 3) Разработка методики детального картирования рельефа дна океана с применением глубоководных обитаемых аппаратов (на базе полученных ранее результатов при погружениях ГОА «Мир»). 4) Разработка программного обеспечения и создания аппаратурных комплексов в Москве и Калининграде для обоих «Миров» с целью организации виртуальных погружений аппаратов в музейных условиях; 5) Выполнение Госзадания по публикациям и популяризация знаний. Лаборатория подводной видеотехники продолжила разработку программно-аппаратной интеллектуальной платформы со средствами ориентации на базе гидроакустических и инерциальными навигационных сенсоров и информационно-управляющей системой ТНПА, которые обеспечивают автономное перемещение аппарата в заданной точке и автономное перемещение аппарата и его движение по заданному курсу и глубине. Разработана аппаратная часть модуля технического зрения и его программного обеспечения. Разработана система телекоммуникаций платформы ТНПА, обеспечивающая взаимодействие между погружаемым аппаратом и платформой. Изготовлен макет платформы ТНПА на основе электронных узлов и необходимых элементов конструкции. Произведена разработка алгоритмов счисления пути и системы технического зрения с инерциальной навигационной системой, включающих предварительную обработку данных с видеокамер, выделение объектов и их признаков, выбор объекта и условий стабилизации относительно его расположения, следования по заданной траектории. Разработана эскизная конструкторская документация аппаратной платформы ТНПА, исследованы возможности использования аддитивных технологий производства ряда механических элементов. Разработан пользовательский интерфейс управления погружаемым аппаратом. Реализован интерфейс между блоком управления ТНПА и платформой ТНПА, система команд и их обработчики, условия выполнения для автономных и полуавтоматических работ. Произведено лабораторное испытание модулей платформы ТНПА на соответствие необходимым техническим характеристикам, а также внутренним испытаниям, подтверждающих их работоспособность. Произведена разработка алгоритмов обработки и интерпретации данных с сенсоров и их интеграция в информационно-управляющую систему ТНПА. Разработана бортовая инерциальная система навигации, включающая в себя обработку данных с магнитометра и датчиков угловых скоростей, а также алгоритм определения местоположения аппарата по данным со связки датчиков. Разработаны и отлажены режимы автоматического движения по заданному курсу и глубине с элементами искусственного интеллекта. Произведено лабораторное испытание модулей платформы ТНПА на соответствие необходимым техническим характеристикам, а также внутренним испытаниям, подтверждающих их работоспособность. Одновременно мобильный информационно - измерительный комплекс на основе ТНПА ГНОМ использовался в экспедициях ИОРАН и его филиалов в Карском и Каспийских морях для поиска, идентификации и осмотра потенциально опасных объектов. Лаборатория техники подводных исследований и испытаний. Обеспечение безопасности при водолазных спусках в научных целях и испытаниях техники под водой. Работа направлена на разработку водолазных технологий для обеспечения фундаментальных и прикладных океанологических исследований in situ. Цель работы – повышение эффективности и безопасности проведения подводных исследований научными водолазами за счет внедрения в исследовательскую практику прогрессивных технологий водолазных погружений. Эти технологии структурно представлены совокупностью трех основных составляющих: технические, методические и организационные аспекты. Дана сравнительная оценка эффективности водолазных технологий, основанных на традиционных методах погружений. Исследованы основные значимые для практики принципы построения технологий – эффективность, безопасность, надежность. Результаты исследования и анализа эффективности водолазных технологий показали, что наиболее приемлемыми для океанологических исследований под водой являются технологии на базе метода кратковременных погружений, которые обеспечивают относительную безопасность работы и эффективность исследований. Для внедрения в практику предлагаются технологии погружений с дыхательными аппаратами с открытым циклом дыхания сжатым воздухом и кислородно-азотными смесями, обогащенными кислородом, а также с аппаратами с замкнутым циклом дыхания газовыми смесями типа «ребризер». Главные аспекты этих технологий: ограничение для научных водолазов глубины погружений 30 метрами, выполнение спусков с напарником и по бездекомпрессионным режимам. Концепция дальнейшего развития водолазных технологий для подводных океанологических исследований базируется на повышении эффективности водолазных технологий, подготовки научных водолазов и разработки специальных технических средств для исследований на доступных глубинах. В 2023 году с борта НИС «Мезень» в западной части Бенгальского на двух профилях были выполнены работы методом глубинного сейсмического зондирования. Полученные данные и их геологическая переинтерпретация позволили выделить «редуцированную» континентальную кору. Она характеризуется сокращенной мощностью верхнего, среднего и нижнего слоя. Сделан вывод о континентальной природе Восточно-Индийского плато и, прилегающей к нему, северной части Хребта 85о. Прогресс в области создания распределенных волоконно-оптических датчиков даёт возможность их применять в разных областях. В особенности это касается распределенных акустических датчиков (латинская общепринятая аббревиатура DAS). К настоящему времени опубликован ряд зарубежных работ с данными регистрации землетрясений с использованием подводных оптических кабелей связи, а также использующих сухопутную инфраструктуру оптической связи. Во многих из этих работ показаны записи землетрясений и проведено их сравнение с данными традиционных сейсмометров. Запись колебаний от землетрясений с помощью оптического сенсора на приемной косе длиной в десятки километров, даёт дополнительную информацию, которая недоступна точечным датчикам. Мы провели опытную регистрацию землетрясений на установленном на дне оптоволокне. В разделе 5 представлен пример записи двойного землетрясения в Иране записанного распределенной системе измерения динамических деформаций на оптоволокне длиной 10 км, размещенном на дне Черного моря в районе Голубой бухты Геленджика. Дано сравнение полученных записей с записями традиционных сейсмографов. В июне 2023 года была подана Заявку на Глубинные геолого-геофизические исследования южной части Баренцева моря на одном длинном профиле 800 км на НИС «Академик Борис Петров». Заявка рассчитана на работы в течение 18 суток в южной части Баренцева моря в пределах исключительной экономической зоны Российской Федерации. В разделе 6 описаны цели и задачи предлагаемых работ, их актуальность и важность для применения в народном хозяйстве РФ. Созданию автономных донных самовсплывающих измерительных систем без оставления груза на дне посвящен 7-ой раздел отчета. Рассмотрены вопросы изготовления и испытания рабочих прототипов донных станций, а также создания блока герметичного корпуса и блока всплытия станции. Показаны результаты лабораторных испытаний рабочего прототипа в плавательном 5 метровом по глубине бассейне и на лабораторном стенде, имитирующем погружение на глубину 100 метров.