Система оповіщення про хвилі цунамі в глибокому океані, Офіційний сайт АТ - ФЦНІВТ - СНПО - Елерон

Публікації

2019 (2)
2018 (13)
2017 (18)
2016 (9)
2015 (15)
2014 (9)
2013 (21)
2012 (7)
2011 (10)
2010 (5)
2009 (3)
2008 (6)
2007 (7)
2006 (17)
2005 (3)

Система оповіщення про хвилі цунамі в глибокому океані

Ігор Кадиков Заступник начальника відділу ФГУП "Елерон", д.ф.-м.н.

У всьому світі районів, де можливі цунамі, досить багато. В Атлантиці джерелом цунамі є сейсмоактивний Серединно-Атлантичний хребет, а в Тихому – вся його сейсмічно активна західна околиця, а також область, що прилягає до Південної Америки. Для України небезпечними районами є Курили і Камчатка, далекосхідне узбережжя яких піддається впливу сильних цунамі.

Їхні осередки генеруються як у ближніх берегових зонах, так і в районах Аляски, Алеутських островів, Південної Америки. Хвилі цунамі часто залишали свій слід у цих районах. У 1923 р. цунамі практично повністю змило Усть-Камчатськ, а за археологічними даними відомі накати таких хвиль заввишки до 50 м, які досягали гористої частини Камчатки. 1755 р. 30-метрові хвилі цунамі повністю зруйнували столицю Португалії Лісабон. Непоодинокі цунамі в Індійському океані – на узбережжі та островах Індонезії та на півдні Індії (див. рис. 1).

Які системи сповіщення про цунамі сьогодні?

До цього часу залишається актуальним завчасне оповіщення про виникнення хвиль у відкритому океані, спричинені землетрусами. Існуючі на Далекому Сході та в Японії системи моніторингу даних про зареєстровані сильні землетруси та про зміни рівня океану в прибережній області незабезпечують достатньої надійності та необхідного завчасного оповіщення про цунамі. Відома спеціалізована система оповіщення DART (США), заснована на реєстрації коливань тиску на дні океану та призначена для встановлення у відкритому глибокому океані, надто трудомістка у виготовленні та експлуатації. У зв'язку з цим неможливо розташувати необхідну кількість таких коштів уздовж кордонів небезпечних районів.

В Україні сучасна проблема загрози цунамі представлена у Федеральній цільовій програмі "Зниження ризиків та пом'якшення наслідків надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру в Україні до 2015 р.". Її актуальність для східного узбережжя Камчатки нещодавно різко зросла у зв'язку з передбачуваним розміщенням у 2013 р. у цій зоні плавучої атомної теплоелектростанції (ПАТЕС). У зв'язку з особливою важливістю такого об'єкта необхідно підвищити ефективність існуючої системи попередження про загрозу цунамі, яка ґрунтується на реєстрації інтенсивності землетрусів, за рахунок доповнення її безпосередньою реєстрацією хвиль цунамі в глибокому відкритому океані.

Крім того, через високу швидкість розповсюдження хвиль цунамі, порівнянну зі швидкістю реактивного літака, мінімальний час до підходу хвилі може не перевищувати 10–15 хвилин, протягом яких традиційна система з її ієрархічною структурою часто не встигає зреагувати. Специфіка ПАТЕС така, що необхідно негайно реагувати на можливі надзвичайні ситуації. Тому винесення апаратури, що реєструє хвилю, безпосередньо на місце її виникнення в океані, істотно скорочує час реагування на загрозу.

Переваги нової системи від компанії

"Елерон" Мета запропонованої системи оповіщення про хвилі цунамі – суттєве скорочення часувід моменту реєстрації хвиль до оповіщення про них, що не перевищує кількох хвилин, і багаторазовий принцип дії системи при простоті конструкції та експлуатації.

Такий технічний результат досягається тим, що в запропонованій системі багаторазової дії для заздалегідь оповіщення про цунамі блок, що реєструє коливання тиску у водному середовищі, знаходиться на глибокому дні. А блок або контейнер із поміщеними в нього кількома радіопередавачами притоплено у приповерхневій ділянці на своєму якорі. При цьому обидва блоки пов'язані акустичним каналом у водному середовищі.

При виникненні коливань тиску у воді, характерних для цунамі хвиль, команда з блоку на дні, що зареєструвала ці коливання, передається по акустичному каналу на контейнер з радіопередавачами і один з радіопередавачів від'єднується від контейнера, спливає на водну поверхню для передачі радіосигналу на супутник і береговий . Кожен із радіопередавачів, що залишилися в контейнері, використовується в подальшому при черговому виникненні цунамі.

Видалення притопленого контейнера з радіопередавачами від водної поверхні дозволяє звільнити контейнер від впливу поверхневого хвилювання. Для цього достатньо притопити його на 20-30 м від поверхні води, і при цьому зберігається достатня близькість водної поверхні для забезпечення швидкого спливання радіопередавача після відчеплення від контейнера.

Принципи функціонування системи у глибокому океані

Особливість такого способу - автономна робота системи в режимі очікування вдалині від берегів на глибинах ложа океану 4-5 км і більше, аж до максимальних океанічних глибин, з реєстрацією хвиль тиску на частотах в області 0,001-0,002 Гц. Механізм утворення хвиль цунамі такий, що їхня висота, невеликау відкритому океані при довжині хвиль понад 100 км, при підході до берегової зони зростає кілька метрів. Ці хвилі призводять до тиску на дні у зазначеній смузі частот, що істотно перевищує (до 1000 разів) природний навколишній шум океану у зазначеній смузі частот, що полегшує їх виявлення на природному шумовому фоні океану.

Виходячи з розглянутих умов, приймальна частина системи, що сприймає коливання тиску у водному середовищі, повинна бути малочутливою і працювати на дні океану в режимі очікування протягом значного часу - до 10 років і більше, характерних для інтервалів виникнення хвиль. Станція повинна складатися з двох автономних електроживлення блоків, механічно і просторово роз'єднаних між собою: блок, що лежить на дні, реєструючий коливання тиску в зазначеній смузі частот, характерних для цунамі, і заякорений на тросі контейнер з декількома радіопередавачами.

При практичному виконанні станції доцільно дообладнати блок, що лежить на дні, вимірювачем сейсмічної компоненти сигналів землетрусів, що йде по землі і хвилі, що приходить раніше, цунамі за рахунок високої швидкості поширення сейсмічних хвиль в грунті. Ця компонента, як провісник цунамі, може бути джерелом додаткових відомостей про місцезнаходження вогнища землетрусу і силу поштовху, а в технічному плані може бути використана для запуску реєструючої апаратури станції з робочого режиму. Можливий варіант технічного виконання контейнера з радіопередавачами, вміщеного у водне середовище, представлений на рис. 2.

Тут 1 - контейнер у вигляді порожнистого циліндра, в який укладено один на одного кілька радіопередавачів (2), кожен з яких укладений у сферичний корпус, прозорий длярадіохвиль. Контейнер обладнаний дозиметром (3), що звільняє для спливання верхню сферу з радіопередавачем по команді, що надходить акустичним каналом на приймач акустичних сигналів (4). Контейнер утримується у вертикальному положенні за допомогою троса (5) на якорі за рахунок сил позитивної плавучості з боку сфер з радіопередавачами.

При виникненні коливань тиску у водному середовищі, що перевищують певний рівень, характерний для руйнівних цунамі, команда з блоку на дні, що зареєструвала ці коливання, передається по акустичному каналу зв'язку на контейнер з радіопередавачами, і один з них автоматично від'єднується від контейнера, що спливає на водну поверхню і передає радіосигнал оповіщення про виникнення хвиль цунамі та координати станції на супутник та береговий пост. Кожен із радіопередавачів, що залишилися в контейнері, використовується в подальшому при черговому виникненні хвиль цунамі.

Система припиняє своє існування після того, як буде витрачено весь запас радіопередавачів у контейнері або закінчиться ресурс з електроживлення, що економічно доцільно, враховуючи великий термін безперервної роботи системи. При витрачанні всього запасу радіопередавачів, розміщених у контейнері, порожній контейнер та трос під своєю вагою опускаються на дно.

Успішність реалізації запропонованого проекту

У 2007–2009 роках. ФГУП "СНВО "Елерон" спільно з Росгідрометом у рамках реалізації ФЦП "Зниження ризиків та пом'якшення наслідків надзвичайних ситуацій природного та техногенного характеру в Україні до 2010 р." було зроблено суттєвий заділ, що гарантує успішність реалізації запропонованого проекту. Зокрема, отримано досвід створення комплексів систем захисту атомних об'єктів з боку водноїсередовища, проведені НДДКР для забезпечення створення на Камчатці сейсмологічної системи попередження про загрозу цунамі. Розроблено технічні, технологічні та програмно-апаратні рішення щодо розрахунку характеристик хвиль цунамі, таких як час підходу хвилі цунамі до пунктів узбережжя, висота хвиль цунамі в пунктах узбережжя, розроблено фізичні принципи створення наднизькочастотних датчиків тиску.

Пропоновану систему доцільно інтегрувати в існуючі альтернативні регіональні системи оповіщення про цунамі з вже розвиненою кінцевою компонентою у вигляді мережі пунктів оповіщення населення про виявлену загрозу. Очікуваний основний показник ефективності такої системи у вигляді часу ухвалення рішення про загрозу цунамі з урахуванням інтенсивності та оцінок параметрів землетрусу має становити не більше 180 з початку реєстрації хвилі цунамі в глибокому відкритому океані.