Результаты проекта Российского научного фонда
Фундаментальные исследования были представлены в 2015 году лабораторными экспериментами по изучению процессов взаимодействия лазерного излучения фемтосекундной длительности с морской водой, содержащей органическое вещество в различных формах и клетки фитопланктона.
Были исследованы пространственно-временные и спектральные характеристики филаментов, возникающих при распространении лазерного излучения с длительностями импульсов порядка 120 фс на длине волны 532 нм с энергией импульса до 23 мкДж (для исследования процессов комбинационного рассеяния и флуоресценции) и лазерным излучением с центральной длиной волны 800 нм, длительностью импульсов порядка 40 фс, энергией в импульсе до 3 мДж (для исследования процессов филаментации и оптического пробоя). Интенсивность менялась в широких пределах, чтобы иметь возможность измерять характеристики рассеянного излучения, взаимодействующего со средой в различных режимах. От интенсивностей при которых наблюдается спонтанное комбинационное рассеяние и флуоресценция органического вещества, до вынужденного рассеяния, филаментации и последующего оптического пробоя. Зарегистрированы значительные изменения параметров линий комбинационного рассеяния воды и линии флуоресценции хлорофилла А. Рассматриваются возможности использования полученных результатов для расширения возможностей лазерного мониторинга морской среды и разработки новых методов лазерного зондирования.
Прикладная часть работ данного проекта была связана с разработкой аппаратно-программных комплексов для мониторинга подводных сред, морской поверхности и носителей аппаратно- программных комплексов (телеуправляемых и автономных подводных аппаратов и беспилотных летательных аппаратов). Были разработаны и прошли испытания два подводных носителя: ТНПА «Arctic Force», и АНПА «Nimble».
Для АПК зондирования морской поверхности был разработан БПЛА, позволяющий нести полезную нагрузку и обеспечивать необходимую энергетику для работы АПК по проведению измерений толщины льда и АПК лазерного зондирования морской поверхности. Главной особенностью разрабатываемого устройства дистанционного измерения толщины льда является жесткое ограничение массогабаритных параметров, связанное с малой, до пяти килограммов, массой оборудования, носимого БПЛА. В этой связи, за аппаратную основу разрабатываемого электромагнитного измерителя толщины льда, принята микросхема однокристального импульсного широкополосного радиолокационного приемопередатчика, разработки фирмы Novelda - NVA-6100. Прием и излучение широкополосного сигнала осуществляется антеннами Вивальди, с полосой эффективного излучения – приема до 5 ГГц. Принцип измерения основан на традиционном георадарном методе зондирования толщины льда, в котором, в качестве зондирующих импульсов используется видеоимпульс длительностью доле наносекунды. Такой импульс обладает высокой проникающей способностью в диэлектрических средах (несколько метров в морском льду) и пространственным разрешением в несколько миллиметров. Толщина льда определяется выражением L= Vt/2, где V - групповая скорость распространения импульса во льду, t - время распространения импульса от верхней поверхности льда , до нижней и обратно.
В разрабатываемом измерителе значение групповой скорости электромагнитного импульса оценивается в процессе измерения, известным в геофизике методом «общей глубинной точки» (ОГТ). Для реализации измерения групповой скорости этим способом, измеритель дополнен еще одной приемной антенной Вивальди, позволяющей вести разнесенные в пространстве излучение-прием. В рамках работы над проектом разработано так же техническое задание на программное обеспечение для дистанционного оперативного управления измерителем и постобработки результатов измерения. С целью получения данных измерений в реальном времени, разработана структура канала связи между измерителем толщины льда и судном обеспечения. Приобретены комплектующие модули для канала связи. Разработана методика измерений толщины льда с борта БПЛА, Определена предельная скорость и высота полета БПЛА а процессе измерения. Основные характеристики электромагнитного измерителя толщины льда (расчетные): - толщина измеряемого льда 0.05 - 3 м.; - погрешность измерения толщины льда < 20 км/час (ограничена каналом связи); - высота полета БПЛА в режиме измерения < 3 Ватт.
В 2015 году была закончена разработка погружного модуля лазерного спектрометра для измерения спектров лазерной индуцированной флуоресценции подводной среды. Изготовлен лабораторный вариант погружного модуля лазерного спектрометра. Проведены лабораторные испытания спектрометра ЛИФ, определены минимально-обнаружимые концентрации хлорофилла А, растворённого органического вещества, а также МОК растворённых углеводородов нефти, которые возможно регистрировать с использованием разработанного спектрометра ЛИФ.
