Заякоренный зонд-профилограф AQUALOG

Зонд-профилограф «Аквалог» (рис. 1) представляет собой подвижную платформу с океанологическими датчиками для проведения измерений таких параметров, как соленость, температура и давление (СТД) воды , скорость течения (Островский и др. 2009, Ostrovskii et al. 2010). Он автоматически выполняет вертикальные перемещения по буйрепу заякоренной буйковой станции, передвигаясь по тросу, натянутому вертикально между подповерхностной плавучестью и донным якорем. Носитель обеспечивает циклическое профилирование в фиксированной географической точке от приповерхностного слоя до главного пикноклина и глубже до 1000м в океане.

Все модули профилографа конструктивно объединены на раме, служащей также для установки удобообтекаемого кожуха. Ядром конструкции служит специальный экономичный электропривод. Профилограф снабжен аппаратно-программным комплексом управления движением. Центральный микроконтроллер аппаратно-программного комплекса по заданной программе управляет электроприводом, используя датчик давления, а также контролируя состояние электронной аппаратуры.

Зонд-профилограф «Аквалог» рассчитан на автономную работу в течение длительного времени с целью получения долговременных рядов данных (табл. 1). Например, в условиях умеренных течений (до 0,3 м/с) при постановке на изобате около500 м, когда длина пути на один цикл профилирования составляет1 км, емкости блока батарей должно хватить на выполнение 1 цикла профилирования ежедневно в течение 1 года.

При скорости перемещения профилографа 0,2 м/с вертикальное разрешение составляет, например, для давления – 0,05-0,15 м, для скорости течения – 0,6-1.8 м, для растворенного кислорода – 0,8-2,4 м. Точность измерений зависит от типа датчика (табл. 1). Зонды СТД RDI Citadel CTD ES, SBE 49 CTD и SBE 52 MP CTD специально предназначены для измерений с подвижных платформ они компакты и легко интегрируются на зонде-профилографе. Однако, они не имеют дополнительных каналов, кроме канала датчика растворенного кислорода на зонде SBE 52 MP CTD. Зонды SBE 19plus CTD, RBR XR-620 CTD, Idronaut 316 CTD более громоздки, но зато имеют 3-4 канала для установки дополнительных датчиков, например флуориметра и турбидиметра. Интеграция таких приборов позволяет решить задачу расширения приложений без увеличения числа измерительных каналов самого зонда-профилографа «Аквалог».

Таблица 1. Технические характеристики зонда-профилографа «Аквалог».

Скорость перемещения	0.1-0.3 м/с
Рабочий диапазон глубин	10-1000 м
Общая протяженность хода в стоячей воде	800 км
Блок питания	Литиевые батареи тип D: - 48 шт. (стандартный аппаратурный контейнер), - 60 шт. (удлиненный аппаратурный контейнер). Для коротких постановок применяются щелочные батарейки типа D.
Энергопотребление: Номинальное входное напряжение Максимальная потребляемая мощность в процессе профилирования (без измерительных приборов) Потребляемая мощность в режиме засыпания	10,8 – 13,5 В 3-5 Вт 0,006 Вт
Внешний интерфейс	RS 232
Весогабаритные характеристики: Габаритные размеры Масса в воздухе (без океанологических датчиков) Плавучесть в воде	1,45?0,35?0,65 м 68 кг ± 5 Н
Измерительные датчики Приборы, устанавливаемые на носитель: - зонд температуры, электропроводности и давления - датчик кислорода - флуориметр, турбидиметр, рН-метр - измеритель скорости течений и акустического рассеяния	RDI Citadel CTD ES SBE 52 MP CTD SBE 49 CTD SBE 19plus CTD RBR XR-620 CTD Idronaut 316 CTD AANDERAA fast oxygen optode 4330F SBE 43 DO sensor Idronaut DO sensor Sea Point sensors Wet Lab FLbb SBE 27 pH sensor Idronaut pH sensor Nortek Aquadopp current meter ТRDI Doppler Volume Sampler

С учетом необходимости долговременной автономной работы в конструкции профилографа максимально использованы современные пластики: высокомолекулярный полиэтилен, полиамид, полиацеталь. Также при изготовлении обтекателя используются композитные материалы. В целях антикоррозионной защиты деталей из нержавеющей стали применяются цинковые аноды.

Программное обеспечение зонда-профилографа «Аквалог» обеспечивает:

задание времени начала работы и режима включения носителя измерительной аппаратуры,
автоматический режим профилирования носителя измерительной аппаратуры,
автоматический сбор информации, поступающей от измерительных датчиков,
первичную обработку данных,
архивирование данных,
передачу данных по каналам связи.

Программное обеспечение носителя настраивается с помощью персонального компьютера, работающего в операционной среде Windows: ХР, Vista, 7. Программное обеспечение поддерживает диалоговый режим с целью настройки функции регламента измерений – установки основных параметров работы носителя измерительной аппаратуры, таких как рабочие горизонты, расписание профилирования, скорость перемещения. Режим профилирования задается пользователем перед постановкой, а также может быть перепрограммирован с помощью средств телеметрии.

Для передачи телеметрической информации, команд и данных измерений на зонде-профилографе «Аквалог» устанавливаются либо индуктивные модемы компании Sea Bird Electronics Co. (рис. 2), либо цифровые гидроакустические модемы от Benthos Co. (рис. 3), входящей в группу компаний TRDI.

Рис. 2. Индуктивная катушка SBE Inductive Modem Coupler,
смонтированная во фронтальной части зонда-профилографа «Аквалог».

Рис. 3. Трансдюсер акустического модема Benthos ATM585,
смонтированный в верхней части зонда-профилографа «Аквалог».

Буйковые постановки зонда-профилографа «Аквалог»

Экспериментальные буйковые постановки зонда-профилографа «Аквалог» проводились на акваториях в широком диапазоне условий в зонах субтропического, умеренного и субполярного климата. Общая схема буйковой станции мониторинга с применением зонда-профилографа «Аквалог» показана на рис. 4. Стандартный вариант буйковой станции включает нижеследующие основные части:

носитель измерительной аппаратуры – исполнение в двух вариантах с рабочей глубиной до400 м(облегченный) и до1000 м,
подсистема измерительных датчиков, состоящая из микроэлектронных устройств контроля и предварительной обработки данных и измерительной аппаратуры,
подповерхностный буй,
поверхностный буй связи, имеющий удобообтекаемый ударопрочный корпус, с кабелем,
ходовой трос-буйреп из кевлара или нержавеющей стали в пластиковой оболочке с предустановленными на нем ограничителями перемещения,
подсистема оперативной передачи данных от носителя в пункт приема, состоящая из двух участков связи – подводной посредством индуктивных модемов (для буйрепа из стали в ПВХ оболочке) или гидроакустических модемов и воздушной по каналам мобильной телефонии и/или через спутник связи,
программное обеспечение,
якорь-балласт,
автономный размыкатель якорного балласта,
такелаж из нержавеющей стали.

Рис. 4. Состав заякоренной буйковой станции с зондом-профилографом «Аквалог».

Буйковая станция, показанная на рис. 4, предназначена для акваторий, в которых максимальное поверхностное волнение ограничено 4-5 баллами. В более суровых погодных условиях нами были применены иные варианты буйковых постановок (рис. 5).

Донная кабельная буйковая система (отмечена цифрой 1 на рис. 5) перспективна, поскольку позволяет не только передавать данные измерений в режиме реального времени, но может быть доработана с целью подзарядки аккумуляторов зонда-профилографа в море с помощью специального индуктивного зарядного устройства.

Полностью автономная, так называемая «U-образная», буйковая постановка (цифра 2 на рис. 5), наименее затратная и ставилась нами на шельфе на глубинах до100 м.

Буйковая постановка с поверхностным буем связи на основной буйковой линии (цифра 3 на рис. 5) в деталях показана на рис. 4.

Рис. 5. Зонд-профилограф «Аквалог» в составе заякоренных буйковых систем разных типов.

Если буйковая станция с зондом-профилографом «Аквалог» устанавливается на расстоянии нескольких километров до заякоренной плавучей конструкции, например метеобуя, то телеметрический канал между этими двумя системами удобно организовать с помощью подводных цифровых акустических модемов (система 4 на рис. 5).

Еще одна полностью автономная буйковая постановка (цифра 5 на рис. 5) применяется в глубоководных районах, где глубина составляет500 ми более. Особенностью этой постановки является использование кевларового троса, который имеет небольшой вес в воде, и не требует дополнительной притопленной плавучести, что существенно облегчает задачу постановки и выборки буйковой системы с борта маломерного плавсредства. Следует отметить эффективность притопленной буйковой станции в условиях периодически замерзающего Арктического бассейна.

Наконец, зонд-профилограф «Аквалог» может быть установлен на буйрепе (на нижнем конце которого имеется груз), вывешенном с плавучего или дрейфующего льда (рис. 6).

Рис. 6. Тестовая постановка зонда-профилографа «Аквалог» со льда в феврале 2010 г.

Опубликовано в сборнике материалов XII Международной научно-технической конференци МСОИ 2011 (Москва, ИОРАН, 23-25 ноября 2011 г.)