Исследователи из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) создают системы, позволяющие связаться с шахтёрами под завалом, субмариной в подводном положении и конструкциями, окружёнными полярным льдом.
Владимир Короченцев из Инженерной школы ДВФУ рассказал корреспонденту "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) об этих интересных и очень полезных проектах.
Первая разработка касается радиосвязи сквозь толщу грунта. Она пригодится, например, шахтёрам, которые при обвале пород смогли найти укрытие и выжить. Связавшись с поверхностью, они смогут сообщить, где находятся, есть ли раненые, запасы еды, воды, спасительного воздуха, а также о возможных опасностях, которые ожидают спасателей на пути к выжившим.
Учёные ДВФУ доказали, что радиоизлучение с длиной волны в сотни метров может обеспечить связь на глубинах до пяти километров. Причём передатчик, который для этого понадобится, будет по размеру лишь немногим больше смартфона. Правда, внушительные размеры имеет антенна: она представляет собой провод длиной 50–100 метров. Такую конструкцию было бы трудно носить с собой, поэтому предполагается оснащать подобными системами стационарные укрытия, заранее подготовленные на случай обвала.
Технология уже воплощена в работающих устройствах, но пока не внедрена в практику.
Другая разработка касается радиосвязи в полярных широтах. Классические способы здесь работают плохо. Проблема в том, что вблизи полюсов линии магнитного поля, защищающие Землю от космической радиации, уходят в недра планеты. Поэтому протоны и электроны, которые путешествуют вдоль этих линий, здесь проникают глубоко в атмосферу Земли. Такое "вторжение" вызывает не только красивые полярные сияния, но и мощные помехи в эфире.
Чтобы обойти имеющиеся препятствия, исследователи предлагают использовать в качестве среды для распространения радиоволн не воздух, а лёд. Он не проводит электрический ток и, как следствие, не экранирует радиосигнал. Метровые радиоволны могут распространяться по нему практически на любые расстояния. Антенны для этого нужно просто вморозить в лёд, и тогда они получат устойчивую связь друг с другом.
Эти работы пока находятся на стадии экспериментов.
Неподвижные вмороженные в лёд антенны могут быть удобны для неподвижных объектов (например, платформ нефтедобычи). А как быть судам? Для них авторы предлагают иное решение. Нужно передавать радиосигнал по воздуху в слое 10–15 метров надо льдом. Как теоретически показали Короценцев и соавторы, радиоизлучение с длиной волны порядка дециметра может в этом случае обеспечить достаточно устойчивую связь.
Ещё сложнее связаться с подводными аппаратами. Солёная морская вода не пропускает радиоволны. Поэтому учёные разрабатывают гидроакустические системы. Связь здесь обеспечивают звуковые волны, распространяющиеся в воде на частотах порядка одного килогерца.
Трудность в том, чтобы сделать сигнал направленным. Классические методы, основанные на интерференции, требуют создания излучателей размерами как минимум в несколько метров. Понятно, что подобным "рупором" не оснастишь подводную лодку или батискаф.
Решение физики подсмотрели у братьев наших меньших. Как известно, дельфины пользуются весьма совершенным природным гидролокатором, не имея многометровых "антенн". По-видимому, животные управляют направлением сигнала, меняя фазу звуковой волны. В этом им помогает своеобразная линза из жировой ткани внутри головы.
Подобные системы авторы предлагают создавать и для подводных аппаратов. Так, между лёгким и прочным корпусом подводной лодки можно разместить линзу из подходящих материалов (резины, жидкости и так далее). Это позволит получать направленный гидроакустический сигнал с помощью передатчика компактных размеров.
Предполагается, что такой излучатель потребует мощности в несколько киловатт и обеспечит устойчивую подводную связь на расстоянии в несколько километров. Однако технология находится на этапе разработанной теории и экспериментов по её проверке. Работающие прототипы пока не созданы.
С подробностями этих исследований можно ознакомиться в научных статьях, опубликованных Короченцевым и соавторами в издании "Морские интеллектуальные технологии" (соответствующий выпуск журнала доступен в виде PDF-файла), Вестнике Инженерной школы ДВФУ и других источниках.
К слову, ранее "Вести.Наука" рассказывали об антеннах в виде спрея, которые улучшат качество связи, а также о том, как спутники ГЛОНАСС поставил рекорд дальности квантовой связи. Также мы писали о том, как физики получили под водой рекордно громкий звук.
