С помощью новейших приборов, которыми оснащены эти НИС, изучались глубинные структуры пород, слагающих океаническое дно. Ученые-геофизики поставили перед собой цель собрать данные для создания трехмерной модели земной коры, покрытой водами океана. Создание такой модели поможет объяснить природу движения материковых плит и облегчит поиск новых месторождений полезных ископаемых. Замыслы дерзновенные, но ученые-геофизики и морские геологи полны желания и надежды их успешно свершить.

Глава IV
ЭВМ и тайны океана
И вблизи, и вдали все вода, да вода, -
Плыть в широтах любых нам, вздыхая о ком-то.
Ах, питомцы Земли, как мы рады, когда
На локаторе вспыхнет мерцающий контур.
Над крутыми волнами в ненастные дни,
И в тропический штиль, и в полярном тумане
Нас своими огнями все манят они,
Острова в океане, острова в океане…
Из песни А. М. Городницкого

В несено в книгу рекордов Гиннеса
24 января 1981 г. был поднят флаг СССР и вымпел АН СССР на новом НИС «Академик Мстислав Келдыш», построенном для АН СССР на верфи «Холлминг» в финском городе Раума. Это судно, как и суда типа «Академик Курчатов», предназначено для проведения комплексных океанологических исследований.
Но ведь между датами вступления в состав исследовательского флота обоих судов прошло 15 лет. Поэтому они существенно отличались по уровню научного оборудования. Более того, на новом НИС был создан уникальный автоматизированный комплекс сбора и обработки научной информации, связывающий в единую стройную систему процессы измерения, регистрации, накопления и обработки значений параметров, определяющих состояние водных масс и их взаимодействие с атмосферой.
Этот уникальный комплекс был разработан в результате творческого содружества советских и финских специалистов. Уже первые экспедиционные рейсы судна подтвердили высокую эффективность применения этого комплекса для изучения океана.
НИС «Академик Мстислав Келдыш» носит на борту имя президента АН СССР в 1961–1978 гг., трижды Героя Социалистического Труда, видного ученого академика Мстислава Всеволодовича Келдыша (1911–1978). На протяжении многих лет он активно содействовал развитию советских океанологических исследований.
Академик М. В. Келдыш являлся выдающимся ученым в области математики, аэрогидродинамики, теории колебаний. Он внес значительный вклад в разработку ряда актуальных вопросов развития авиационной, космической и атомной техники, в развитие вычислительной и машинной математики в СССР. Это вполне закономерно, что именно НИС с новым уникальным автоматизированным комплексом накопления и обработки научных данных с помощью ЭВМ названо его именем.
Строительство этого уникального судна – наглядный пример тесной кооперации финских судостроителей с советскими промышленными объединениями, выгодной для обеих сторон. Многое из состава радионавигационного и другого оборудования на судне советского производства и поставлено финской фирме – строителю судна в счет взаимных межгосударственных поставок промышленной продукции и сырья.
С самого начала постройки судно вызывало неослабевающий интерес в кругах судостроителей многих стран, в первую очередь из-за уникальности научного комплекса, устанавливаемого на судне, а также мер по обеспечению высокой точности измерений океанологических параметров и отбора проб. Что особо привлекало внимание, так это меры для максимального устранения помех, создаваемых качкой, вибрацией и шумами при работе судовых механизмов и устройств.
Район плавания НИС включает всю акваторию Мирового океана за исключением ледовых районов Арктики и Антарктики. Мореходные качества судна подверглись суровой проверке во время, возвращения из третьего экспедиционного рейса в 1982 г. Судно в течение многих дней находилось в зоне 10-балльного шторма и успешно выдержало штормовое испытание.
Научный комплекс судна не имеет мировых аналогов. Он состоит из 17 отлично оборудованных лабораторий для работы 65 научных сотрудников и автоматизированной системы непрерывного замера значений характеристик водных масс и атмосферы над ними. По тематике проводимых исследований судно практически не имеет ограничений, так как оборудовано необходимыми приборами и устройствами для изучения физических, химических, биологических процессов и явлений в океане и атмосфере, а также для изучения строения дна океана.
Судно снабжено различными зондами, включающими датчики температуры, глубины, электропроводности, количества растворенного кислорода, концентрации водородных ионов (pH), мутности.
При погружении зонда в глубины океана результаты измерений в заданном интервале времени передаются по кабелю на судно и записываются в цифровом блоке записи на магнитную ленту. Сам блок расположен в гидрологической лаборатории. Затем через лабораторную ЭВМ данные передаются в вычислительный центр (ВЦ). Там же в гидрологической лаборатории установлен лабораторный солемер для автоматического анализа проб воды. А данные анализов через лабораторную ЭВМ можно передавать в ВЦ.
Поражает работа автоанализатора в гидрохимической лаборатории. Прибор автоматически определяет содержание в пробах морской воды нитратов, нитритов, сульфидов и ряда других соединений. И опять система предусматривает передачу данных анализов в ВЦ.
В комплекте научного оборудования имеется система буксируемого насоса с датчиками для автоматического сбора данных по параметрам поверхностного слоя воды. Замеренные данные выводятся на дисплей в гидрохимической лаборатории, а затем через лабораторную ЭВМ могут быть переданы в ВЦ. Эти же данные с помощью цифрового блока записи могут быть занесены на магнитную ленту.
Помимо штатных судовых лабораторий, на судне имеются 4 съемные контейнерные лаборатории. Они в случае необходимости устанавливаются на палубе надстройки и оснащаются оборудованием в зависимости от характера планируемых исследований. Контейнерные лаборатории могут быть по желанию ученых легко сняты и заменены другими с измененным составом научного оборудования.
Но самым удивительным и примечательным в составе научного комплекса является многоуровневая система автоматизированного сбора, распределения, обработки и хранения данных научных исследований, включающая 12 мини– и специализированных микро-ЭВМ. Она объединяет в единое целое разнообразные измерительные и аналитические приборы в лабораториях, линии связи и центральный комплекс ЭВМ в судовом ВЦ.
Интересно, что судно после вступления в строй было занесено в «Книгу рекордов Гиннесса». В этой книге наряду с самыми эксцентричными рекордами типа «наибольшая продолжительность путешествия на руках при положении путешественника вниз головой» фиксируются и технические достижения. Так, в 1981 г. НИС «Академик Мстислав Келдыш» считалось крупнейшим в мире плавучим центром автоматизированной обработки данных и по этому поводу было занесено в «Книгу рекордов».
Как же функционирует эта система? Вначале результаты измерений параметров и данные анализов по линиям связи поступают в лабораторные ЭВМ. Оттуда после предварительной обработки данные передаются в ВЦ. Там информация, поступающая из разных точек, собирается, и ее массивы записываются на магнитных лентах.
Последующая обработка информации производится либо сразу в ВЦ, либо позднее на берегу. Сама запись идет в международной стандартной форме, поэтому обмен результатами исследований с другими советскими и иностранными исследовательскими организациями максимально облегчен.
Лабораторные ЭВМ, установленные в основных семи лабораториях, представляют собой настольные образцы микро-ЭВМ, оснащенные дисплеем, клавиатурой для ввода исходных данных, а также памятью на гибких магнитных дисках. К ним подключено печатающее выводное устройство и графопостроитель.
Гибкость их использования необычайна. Во-первых, ученые имеют возможность работать на них как на автономных ЭВМ и решать определенные локальные научные задачи по индивидуальным программам. Для этого каждая лабораторная ЭВМ снабжена индивидуальной библиотекой программ по обработке и анализу собранных научных данных (исходя из профиля лаборатории) и вывода их в случае необходимости на графопостроитель.
Второй режим предусматривает использование лабораторных ЭВМ в качестве разнесенных терминалов (оконечцых составных частей) ВЦ. Для этой цели разработаны специальные программы, позволяющие использовать вычислительные средства ВЦ из лабораторий. В свою очередь, ВЦ имеет возможность задействовать мощности лабораторных ЭВМ в интересах решения общей задачи.
И наконец, в третьем режиме лабораторные ЭВМ используются для автоматизации процесса сбора, накопления и обработки результатов измерений в реальном масштабе времени. При этом массивы данных фиксируются на гибких дисках или передаются в ВЦ. Одновременно массивы данных от лабораторных ЭВМ можно вывести на дисплей, печатающее устройство и на графопостроитель, выдающий графики и схемы.
На судне установлена автоматизированная навигационная система, основой которой является навигационная ЭВМ. Что же она умеет делать? Очень многое. Навигационная ЭВМ оценивает и анализирует данные о курсе скорости судна, поступающие от судового гирокомпаса и лага, а также радиосигналы от навигационных ИСЗ и береговых радионавигационных систем. В результате анализа определяется местонахождение судна, причем параметры точки, где находится судно в данный момент, высвечиваются на видеомониторах, расположенных в рулевой и штурманской рубках, в ряде лабораторий и в других местах.
При необходимости данные о местоположении судна автоматически печатаются на специальных бланках и передаются в ВЦ.
Затем навигационная ЭВМ обеспечивает автоматическое вычерчивание маршрута движения судна на навигационных картах. И наконец, эта же ЭВМ может управлять автоматическим удержанием судна на курсе при его движении по определенным исследовательским линиям. Так, можно проводить автоматическое удержание судна на курсе при плавании по дуге большого круга, отрезок которой является кратчайшим расстоянием между географическими пунктами.
По заранее разработанной программе навигационная ЭВМ обеспечит автоматический переход судна с одного исследовательского маршрута на другой, выдавая команды на руль для поворота в намеченных программой точках.
Мозговым центром всей системы автоматизированной обработки данных на судне является ВЦ. Именно туда по линиям связи стекаются все многочисленные данные от лабораторных ЭВМ, навигационной системы, автоматический метеостанции, исследовательских эхолотов. В ВЦ установлены две мини-ЭВМ, которые называются «ЭВМ регистрации данных» и «ЭВМ обработки данных». Сами названия определяют их основное назначение, хотя обе центральные ЭВМ полностью взаимозаменяемы. К ним подключены блоки дисковой памяти, устройства с магнитными лентами, где записаны массивы данных, печатающие вводно-выводные устройства, видеомониторы и многое, многое другое.
ЭВМ регистрации данных по специальной программе может регистрировать данные в реальном масштабе времени, поступающие от нескольких измерительных комплексов непосредственно либо через лабораторные ЭВМ.
Все результаты измерений при регистрации объединяются в массивы стандартного формата и, что особенно ценно, автоматически снабжаются заголовками, которые включают сведения о дате, времени, местонахождении судна в момент проведения измерений, а также метеоусловия в это время. После этого происходит автоматическая перезапись массива на магнитные ленты.
Все заложенные в память ЭВМ измеренные значения параметров водных масс и анализов проб составляют базу данных. Каждый параметр имеет свой алфавитно-цифровой код, каждый заголовок – свой индекс, кодируются также обозначения экспериментов, к которым относится тот или иной массив информации.
Вся эта подробная кодификация позволяет по специальной программе запроса разыскать в памяти ЭВМ и извлечь оттуда те или иные сведения по определенному научному направлению. Значит, ученые имеют возможность в любой момент получить необходимые данные по проведению экспериментов, причем не просто набор данных в заданном научном разрезе, а обработанные данные в соответствии с программами, имеющимися в судовой библиотеке программ, если нужно, то в виде графиков, схем, контурных карт.
Для этого к ЭВМ подключены специальные самописцы. Работе картопостроителя помогает устройство оцифровки. С его помощью с карт и различных схем можно автоматически считывать значения координат опорных точек и записывать их в массив данных. А в последующем по другой программе можно вывести эти данные на графопостроитель и вновь построить контурные карты и схемы.
Надо прямо сказать, что наличие системы автоматизированного сбора и обработки данных с помощью ЭВМ позволило вывести исследования океана на новую ступень, а ученым выявить новые закономерности, определяющие изменения во времени сложной физической системы под названием «океан – атмосфера».
Океан и тайны эволюции биосферы
Многие загадки океана были раскрыты учеными с помощью подводных аппаратов (ПА). Поэтому на НИС «Академик Мстислав Келдыш» также установили ангар и спуско-подъемное устройство для ПА. Вначале на судне разместили обитаемый исследовательский ПА «Пайсис», способный погружаться на глубину до 2000 м. Эти отличные ПА освоены советскими учеными из Института океанологии АН СССР и успешно используются для проведения исследований во многих районах Мирового океана.
ПА «Пайсис» имеет водоизмещение всего 11,3 т, а длину – 6 м. Гребной электродвигатель, получающий электропитание от аккумуляторной батареи, обеспечивает дальность плавания около 10 миль при скорости до 2 узлов. Экипаж ПА состоит из двух пилотов-гидронавтов и гидронавта-наблюдателя. Система жизнеобеспечения ПА позволяет экипажу работать непрерывно в течение трех суток.
Как же экипаж ПА определяет свой курс, как ориентируется в толще вод на океанских глубинах? Работа ПА на глубине обеспечивается оригинальной гидроакустической системой ориентирования и локальной навигации. Эта система позволяет определять положение ПА относительно донных акустических маяков, которые устанавливаются в борта НИС – носителя ПА перед началом работ. Точность определения места с ее помощью – несколько метров при дальности действия до 4 км.
В состав системы входят установленные на ПА приемное, передающее и регистрирующее устройство, а также специализированная микро-ЭВМ, которая вычисляет по данным запросов и ответов донных маяков расстояние до каждого из них, а также направление на каждый маяк.
Вычисленные расстояния высвечиваются на электронно-лучевом индикаторе, на котором в виде светящихся точек видны маяки, а рядом с ними светятся цифры, обозначающие номер маяка и расстояние до него. Местонахождение ПА обозначается светящимся треугольником, а квадратом – цель, к которой он движется.
Второй комплект микро-ЭВМ устанавливается на борту. судна-носителя ПА. Данные от нее вводятся в ЭВМ ВЦ, и оттуда результаты вычислений поступают на графопостроитель, где отображается маршрут движения ПА и по которому руководитель погружения следит за работой гидронавтов.
ПА «Пайсис» снабжен системой подводного акустического телефона. Кроме использования в обычном разговорном режиме, она применяется также для пеленгования: при определении направления на ПА с борта судна – с помощью направленного гидрофона, установленного на судне; при определении направления на судно-носитель из ПА – с помощью установленной на нем направленной акустической антенны. Так же используется эта система при поиске одним ПА другого в аварийной ситуации.
«Пайсис» оборудован разнообразной научной аппаратурой для изучения океана: датчиками скорости течения, температуры, электропроводности морской воды, глубины, скорости распространения звуковых волн в воде, датчиком содержания растворенного кислорода, Автоматизированная система сбора океанологических данных периодически опрашивает все датчики и записывает полученные значения параметров на видеомагнитофон. Одновременно фиксируется видеоизображение поступающее от подводной камеры, установленной на корпусе ПА.
ПА снабжен гидролокатором бокового обзора и приемным устройством сейсмопрофилографа, которое фиксирует акустические колебания и позволяет получить разрез осадочных отложений на глубину 200 м от поверхности дна, причем выделяются неоднородности размером не менее 300 мм.
Все видеомагнитофонные записи, сделанные на ПА при проведении геофизических и гидрофизических исследований, после подъема ПА на поверхность вводятся в ЭВМ ВЦ судна-носителя и там обрабатываются с выдачей результатов либо на цифропечатающее устройство, либо на графопостроитель, либо на ленточный самописец.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24