Плавающий беспилотник

Инженеры ТУСУР построили карту дна Туимского провала с помощью робота-эхолота

Беспилотник с эхолотом. Фото: пресс-служба ТУСУР

Аквалангисты из Томского университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР) исследовали Туимский провал в Хакасии с помощью «умного» гидролокатора, позволяющего составить подробную карту рельефа дна.

Рудники вокруг поселка Туим на северо-западе Хакасии известны с середины XIX века — до 30-х годов XX века там кирками и лопатами добывали медь. Позже месторождение, богатое не только медью, но и вольфрамом, молибденом и золотом, отрабатывали подземным способом. Нижние уровни шахт затопило водой, а «кровля» начала проваливаться. Так со временем образовался впечатляющий рукотворный кратер, заполненный водой, — Туимский провал. Его диаметр достигает 200 метров, высота скалы — более 100 метров, а глубина озера точно неизвестна. Эти глубины уже в течение нескольких лет исследуют дайверы из томских клубов «Наяда» (ТУСУР) и «Афалина» (Томский политехнический университет).

Целью последней экспедиции летом 2016 года было исследование подводного рельефа шахты, а также поиск горизонтального грота — бывшей штольни, находящейся на большой глубине. «В 2013 году в наше первое посещение провала мы планировали посмотреть, что это за озеро, можно ли там погружаться, есть ли возможность доставить оборудование. Оказалось, что можно. Там есть горизонтальная штольня, которая выходит к самому озеру. В ней воды почти по пояс, то есть в болотных сапогах можно закинуть оборудование», — рассказал «Чердаку» президент клуба аквалангистов «Наяда» Михаил Журавлев.

«Кроме того, нам было интересно, насколько безопасно можно погружаться, какая глубина. Для этого мы доставили туда эхолот. Поплавали, посмотрели: с одной стороны озера глубина плавно спускается до 20 метров, а дальше — еще ниже. Сначала погрузились на этой относительно неглубокой части, посмотрели, насколько совпадают наши замеры с реальной глубиной. Замеры совпали с точностью до нескольких метров, хотя часть поначалу казались странными: в близких точках мы видели глубины, например, 20 и 24 метра. При погружении выяснилось, что там лежат крупные валуны, дно неровное и замеры эхолота зависят от того, по какой части камня попадет сигнал», — пояснил Журавлев.

Погружение в Туимский провал. Фото: пресс-служба ТУСУР

Сам по себе гидролокатор или сонар — вполне стандартный прибор для исследования объектов под водой. Гидролокатор посылает звуковую волну, она доходит до дна, отражается и возвращается. Прибор считает время, за которое волна прошла это расстояние, и таким образом определяет глубину. Однако исследование дна в ручном режиме — долгий процесс, требующий много ручного труда и не обеспечивающий большой точности. Инженеры ТУСУР снабдили гидролокатор «мозгом», научив его автономно выстраивать маршрут, собирать и обрабатывать информацию.

Об умном гидролокаторе «Чердаку» рассказал один из его разработчиков — аспирант кафедры промышленной электроники ТУСУР Иван Журавлев. «Работа с обычным гидролокатором муторная: два человека садятся на лодку — один на веслах, другой на кнопочку прибора нажимает. Они оплывают все озеро и строят карту вручную. Это сложно, долго и достаточно дорого — просто по человекодням. А мы сделали такой морской беспилотник: приезжаем на место, кидаем нашу установку в воду и сидим пьем кофе, а она работает. Два человека за день снимают, например, треть озера, а гидролокатор за три часа — все целиком», — пояснил инженер.

Элементы, из которых состоит прибор, свободно продаются в магазинах. Это удешевляет установку и позволяет масштабировать ее производство. Ноу-хау ТУСУР — это программа. Робот понимает, где он находится, где границы области, за которую он не может выходить, строит траекторию движения по водоему, а затем перемещается по ней, строя полную карту.

«Дело в том, что этим человеком на веслах какое-то время был я. А потом задумался: инженеры мы или нет? И мы собрали автоматическое устройство», — говорит Иван Журавлев.

Экспедиция 2016 года была более сложной. «В этом году мы погружались на глубину до 41 метра и надеялись найти подводную пещеру. В этой шахте были горизонтальные и вертикальные выработки — даже на обрыве видны входы в горизонтальные штольни. Значит, под водой должны быть такие же штольни, но уже затопленные. В этот раз мы планировали найти вход, понять, если ли он и как туда добраться», — рассказал Михаил Журавлев.

В ходе экспедиции найти вход в подводную штольню не удалось, зато получилось исследовать воды озера на больших глубинах. Вблизи поверхности видимость в озере очень плохая — не больше одного метра (именно поэтому исследования дна гидролокатором так важны: он служит «глазами» дайвера), однако на большой глубине ситуация меняется.

Фото: пресс-служба ТУСУР

«Глубоководные погружения показали, что на глубине больше 30 метров прозрачность воды хорошая, видимость просто прекрасная — больше 15 метров. Уже ниже 20 метров „проясняется“ и видно очень далеко. В природных водоемах часто можно наблюдать термоклин — границу теплой и холодной воды. В теплой приповерхностной воде обитает фито- и зоопланктон, поэтому вода мутноватая. А при переходе через термоклин температура воды сразу падает на пять-шесть градусов — планктон в таких условиях не живет, и видимость улучшается. Иногда при погружениях термоклин снизу видно, как потолок, — такая четкая граница раздела между прозрачной холодной и мутной теплой водой», — объяснил Михаил Журавлев.

В Туимском провале — рукотворном озере — биологическая система пока не сформирована. Долгое время предполагалось, что вода там низкого качества из-за солей металлов — солями меди объясняли голубо-зеленый цвет воды. Но оказалось, что вода в озере достаточно хорошая.

«Мы брали пробу воды и отдавали ее в Томский университет для анализа содержания тяжелых металлов. Критических доз там не найдено, все в пределах нормы. Да, есть повышенное содержание, но это не опасно для жизни, по этим показателями там могут существовать живые организмы. Однако вода в озере холодная и проточная — она выходит из-под земли и вытекает по внешней горизонтальной штольне. Скорее всего, она просто не успевает прогреться», — предполагает Журавлев.

Работы на Туимском провале продолжат в один из следующих сезонов, а автоматический гидролокатор уже используют для вполне «бытовых» задач: аквалангисты «Наяды» применяли его во время очистки дна Белого озера в Томске.

«Сейчас гидролокатор работает только на поверхности воды, то есть не может исследовать, допустим, пещеры. Можно сделать, чтоб он плавал и под водой, но это другого масштаба задача, пока у нас такой потребности нет», — подытожил инженер.

Теги:

Читать еще на Чердаке: