КАК ВОЕНМЕХОВЕЦ ОКАЗАЛСЯ ГЕОФИЗИКОМ

 

8.1-01.jpg

Высокая комиссия на Быстровском вибросейсмическом полигоне в 1981 году

8.3-01.jpg

Содержание номера журнала

8.3-02.jpg

1-я страница статьи

8.3-03.jpg

Наши первые уникальные вибро-сейсмограммы на дальностях от 20 до 286 км

8.4_77.jpg

Руководители проекта ВПЗ в своих Институтах на Быстровском полигоне

8.4_78.jpg

Прибытие на полигон министра МПСС СССР.

8.4_79.jpg

Свайный сейсмовибратор по прозвищу «кузнечик».

8.4_80.jpg

Вибратор «Летающая тарелка» в почти законченном виде.

8.4_81.jpg

Схема сейсмического вибратора ЦВО-100.

8.4_82.jpg

Сдвоенный источник, состоящий из двух вибраторов ЦВО-100.

8.4_83.jpg

Сейсмический виброисточник ЦВО-100.

8.4_84.jpg

Cпектрограммы колебаний вибратора ЦВ-100.

8.4_85.jpg

Поверка мобильного аппаратурного комплекса «Береза».

Сейчас Вы здесь: .:главная:. - .:статьи:. - .:как военмеховец оказался геофизиком:.

Глава 8
Триумф ВПЗ

(Вячеслав Юшин)

8.1. Предисловие

Прежде чем продолжить рассказ, приведу выдержку из недавно опубликованной книги «История отечественных средств связи. – М.: ЗАО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2013. – 576 стр. ISBN 978-5-903989-21-8. Под редакцией директора Департамента радиоэлектронной промышленности Минпромторга России А.С. Якунина; Руководитель авторского коллектива и научный редактор К.И. Кукк; составитель С.А. Муравьев; ответственный редактор М.А. Первов.

Глава 2. Методы программно-целевого планирования развития отрасли в 1974-1990 гг. Автор главы Симаков В.В. – генеральный директор КБ опытных работ, д.т.н., проф. (в 1980-1985 годах - начальник Главного научно-технического управления МПСС СССР).

ЦИТАТА: Институт горного дела СО АН (Е.И. Шемякин), ВЦ СО АН (А.С. Алексеев), СКБ научного приборостроения СО АН с участием Омского НИИ приборостроения осуществили обширные фундаментальные и прикладные исследования по использованию сейсмических волн для передачи информации на глубоко погруженные в воду объекты. Была показана принципиальная возможность создания сейсмической системы связи на расстояния до нескольких тысяч километров. http://www.moskva-kniga.ru/encyclopedias/77-2013-09-10-16-42-40.html

Несколько забегая вперед, приведу сделанную мной на Быстровском вибросейсмическом полигоне фотографию одной из многочисленных комиссий, на которой присутствуют некоторые из вышеупомянутых лиц.

8.2. Доказательство "теоремы"

И вот весной 1980 года 100-тонный вибратор заработал на Быстровском полигоне с нашей системой управления и нашими развертками частоты – свипами. Уверенность в успехе была столь высока, а нетерпение столь велико, что без тщательной проверки на полигоне я решил сразу двинуть на доказательство "теоремы", то есть, принять сигнал вибратора на дальности хотя бы 40 км. На полигоне в это время постоянно толклись какие-нибудь представители заказчика, и нам просто повезло, что в тот момент никто из них в поездку с нами не увязался. Радиосвязью мы еще не успели обзавестись, и работа могла идти только по расписанию, привязанному к широковещательным радиосигналам точного времени. Было намечено провести два сеанса вибрации, по 20 минут каждый. Приезжаем в избранную по карте точку, растягиваем километровую "косу" с датчикам, расставляем вдоль косы сейсмометры, включаем "Березу", ловим радио "Маяк" и ждем сигнала точного времени. По 5-му гудку даем команду "Пуск!", и коррелятор начинает вытаскивать из-под шума гармонические компоненты, порожденные вибратором, если они, конечно, существуют, и "собирать" из них импульсы сейсмических волн. А на полигоне по тому же радиосигналу оператор вибратора дает команду начала развертки частоты. Затаив дыхание, всё внимание на монитор: а на нем – только беспорядочный шум. Не приняли! Второй сеанс – результат тот же. Сразу наваливается усталость. Возвращаемся на полигон, еще надеясь, что вибратор не работал, и встречаем вопросительные глаза: "Ну что, приняли?". Понимаем: вибратор не при чем. Надо искать у себя.

Не буду описывать подробности этих поисков. Причину обнаружили сразу там, где ее не ждали. Кварцы, управляющие синтезом сигналов в аппаратуре вибратора и аппаратуре приема – корреляторе, оказались тупо разными, хотя маркировка одинакова. Едва, успели устранить этот "косяк", как очередная высокая комиссия прилетела в Академгородок из Москвы и через день должна прибыть на полигон. По этому случаю объявлен аврал, и мы рискнули к ее приезду повторить попытку "доказательства", причем уже сразу на дальности 100 км. Точку приема наметили на противоположном берегу Обского водохранилища, потрафив наивным сомнениям заказчиков-моряков: а вдруг вода окажется преградой? Заказав вибраторщикам два сеанса на ночное время, чтобы успеть , на точку, до которой по дорогам вокруг Обского моря ехать было километров 250, с утра отправляемся в путь. Остановились на краю огромного распаханного и недавно засеянного поля, отчего косу пришлось растягивать по пашне пешком, чтобы не травить посевы машинами. И вот в 23:00 подходит время первого сеанса, пускаем прием, и мощный сигнал с первых же секунд вползает на монитор. Всего одну минуту продолжается рост коррелограммы, и вдруг прекращается. Но тут уже сомнений нет: сигнал был! Повторный сеанс через час это полностью подтверждает: рост коррелограммы шел все запланированные 20 минут развертки частоты. Становится ясно, что на первом сеансе произошел срыв работы системы управления, что случалось и раньше. Работа окончена. Проявляем фотоленты обоих сеансов и в полной темноте под комариный звон снимаем датчики, сматываем косу и едем назад. Добираемся к дому только к 7 утра. Я бужу по телефону Чичинина, сообщаю, что 100-километровая сейсмограмма получена причем только на втором сеансе: мы ясно увидели, что первый сеанс в самом его начале вибраторщики "запороли". С этой новостью "за пазухой", Кеша в составе сопровождающих высокую комиссию отправляется на полигон, а мой выездной отряд – по домам отсыпаться.

Здесь нужно пояснить, мы начали тесно сотрудничать с коллегами – разработчиками вибратора – сравнительно недавно. Друг друга еще как следует не знаем. Наша предыдущая неудача с приемом, несомненно, оставила осадочек: тогда у них вибратор отработал нормально, а мы его сигнал не приняли, хотя дальность составляла всего-то 40 км. Теперь 100. Ну, "с какого перепугу" он теперь вдруг может быть принят?

Далее, рассказал Чичинин. По приезде на полигон гостям сначала демонстрируют сам 100-тонный вибратор. Красноречивый профессор Ряшенцев и академик Шемякин дают пояснения, затем показательно включают вибратор. Мощные сотрясения окрестности производит сильное впечатление на гостей, но все же никакого мистического ужаса, о котором пишут в популярных страшилках о частотах около 7 Гц, не вызывают. Цель академиков – выбить дополнительных ассигнований теперь уже на приемную аппаратуру: дескать, вибратор вот он, а приемной аппаратуры пока нет. Это камень и в наш огород. Дело в том, что в тот момент еще шла борьба за солидный куш финансирования разработки приемной аппаратуры, и претендентов на него было несколько. Не дожидаясь, многие уже начали строить свои системы, и мы в том числе.

Но тут Чичинин заявляет, что мы сигнал за 100 км приняли и, кстати, утверждаем, что нормально прошел только второй из двух сеансов: первый был испорчен по причине аварии на источнике... Немая сцена, все взгляды на операторов, и те смущенно сознаются: срыв был. Пожалуй, именно этот непредвиденный сбой, пойманный за 100 км, который можно было бы скрыть, оберегая честь мундира, оказался в тот момент самым убедительным доказательством "теоремы".

Я подробно пишу об этом эпизоде, чтобы еще раз подчеркнуть оправданность избранной нами концепции аппаратуры для доказательства "теоремы существования": факт приема сигнала аппаратура должна показывать немедленно, сразу по окончании передачи и даже в процессе ее. Представь мы результат приема не сразу, а хотя бы через день, эффект был бы далеко не столь впечатляющим, и неизвестно, кто бы взял верх – оптимисты или скептики.

Конечно, на сегодняшнем техническом уровне задача приема решается стандартными общедоступными средствами: любой ноутбук справляется с ней без проблем. Но этот уровень был достигнут у нас в стране лишь спустя 10-15 лет после запуска первого 100-тонного вибратора, и продолжение разработки проблемы сейсмической связи на протяжении этого периода оправдывалось в значительной мере нашими экспериментами по дальнему приему вибросигналов.

8.3. Гонка за рекордами дальности

…А затем началась буквально гонка за рекордами. Следующий выезд – 170 км – потрясающие красивые сейсмограммы. Затем сразу без малого 300 км – немного похуже, но вступления волн разного типа вполне различимы. Из сейсмологии известно, что глубина проникновения сейсмической волны, вернувшейся из глубин на поверхность вследствие рефракции, составляет в среднем от четверти до трети расстояния между источником и приемником. Именно поэтому нам была так важна дальность регистрации.

В паузах дальних выездов заполняем шкалу расстояний короткими поездками. В одну из них на заранее пристреленную точку 20 км берем в поездку наблюдателя от заказчика. Он в полном восторге, увидев на мониторе, как в точно назначенное время из беспорядочн6ого шума рождается четкий сигнал волнового поля, по которому опытный геофизик может распознать, откуда, по каким траекториям и с какими скоростями прибежали волны, и на какую глубину они при этом "нырнули", осветив земные недра.

По возвращении на полигон на полученной сейсмограмме вся высокая комиссия во главе с представителем Минпромсвязи расписывается под фразой, что открытие нового принципа связи – сейсмического, "равного по значимости открытию А.С.Попова", состоялось!

Срочно сдаем в журнал статью, обходя скользкий на тот момент вопрос сейсмической связи, и упирая на геофизику планетарного масштаба и экологическую чистоту сейсмического просвечивания больших глубин планеты без традиционных многотонных взрывов. Главная же цель "застолбить приоритет": мы впервые в мире просветили земную кору на сотни километров не взрывом, а вибратором! Статья выходят в свет в журнале "Геология и геофизика" в 1981 году1. А следом наши непосредственные руководители публикуют эти же самые первые вибро-сейсмограммы в самом глянцевом советском научно-популярном журнале "Наука в СССР"

Последний выезд сезона 1980 года состоялся на дальность около 450 км (Новосибирск – Семипалатинск), но он оказался неудачным из-за резко испортившейся погоды.

8.4. Восьмидесятые. Успехи и провалы. Законы Мерфи в действии.

Десятилетие 80-х ознаменовалось расширением работ по всем направлениям проблемы ВПЗ, в том числе, сейсмической связи. Академические институты, участники программы ВПЗ, хотя и получили хорошее финансирование, но крайне скудное увеличение фонда зарплаты. Министерство-заказчик легко дает деньги на разработку, но не может передать ставки в другое ведомство. Чтобы обойти эту трудность, МПСС организовало в рамках так называемого "Пояса внедрения Лаврентьева" в две новых организации в своей системе – СКБ ПГ (прикладной геофизики) со штатом около 100 человек, которое попало под опеку директора Института горного дела академика Е.И. Шемякина, и СКБ ВТ (вычислительной техники) под крылом академика А.С. Алексеева. Формально генеральным заказчиком выступал Омский НИИ приборостроения МПСС, где также была организована вибросейсмическая лаборатория. Я не буду вдаваться подробнее в организационные дела, поскольку к ним не был причастен. Отмечу только, что толкателями проекта "в верхах" были главный инициатор программы ВПЗ (ныне, член-корр. РАН) Алексей Всеволодович Николаев (Институт физики Земли АН СССР, Москва) и принявшие самое активное участие в ней новосибирские ученые, некоторые из которых – на моем фото начала 80-х.

Для ознакомления с реалиями разработки нового вида связи Быстровский полигон удостоил личным посещением министр МПСС Эрлен Кирикович Первышин

Теперь о самой разработке. Двойное назначение новой технологии раздваивало и технические требования. Морякам нужна была связь на тысячи километров на борту ПЛ, геофизикам – несколько гражданских приложений на суше. Главные из них – замена мощных взрывов, необходимых для глубинных сейсмических исследований (которые уже вот-вот попадут под полный запрет по экологическим мотивам), прогноз и предотвращение мощных землетрясений и горных ударов путем виброразрядки накопленных напряжений, оживление притока нефти к истощенным месторождениям и многое другое.

В части мощного сейсмо-вибростроения конкурировали несколько концепций. Упомяну две, которые были воплощены металле. Условно назовем их "резонансная" и "скальная". В основе первой лежит известный из сейсмологии факт, что чем ниже частОты колебаний, тем меньше они затухают и дальше распространяются. Однако ввиду квадратичной зависимости центробежной силы от скорости (частоты' вращения) создать большие колебательные силы с помощью дебалансов на низких частотах проблематично. Обойти эту трудность предлагалось с помощью создания дополнительной механической колебательной системы, работающей в резонансном режиме. Вторая концепция основана также на известном факте: самое сильное поглощение сейсмических волн происходит в рыхлой среде, тогда как в скальных породах оно минимально. В частности, именно поэтому сейсмологические станции, регистрирующие отдаленные землетрясения и запрещенные международными договорами ядерные взрывы, располагают на выходах скальных массивов. Логично допустить, что и создавать колебания в Земле, которые затем разбегутся сейсмическими волнами по всей планете, лучше на скальных выходах. Хотя обе гипотезы дополняют друг друга, было решено каждую из них опробовать отдельно. Наш Быстровский полигон для этого оказался вполне подходящим, поскольку скальный фундамент, покрытый мягкими отложениями, здесь расположен на глубине всего лишь нескольких десятков метров, то есть, сравнительно легко доступен.

Ведущим разработчиком обоих макетов стал создатель первого 100-тонника Николай Макарюк. На фото показан "скальный" вибратор в почти готовом для испытаний виде. Он опирается на 6 мощных стальных свай, воткнутых и забетонированных в 100-метровых скважинах, достигших твердых пород.

Однако испытать вибратор нам не удалось. Сработал известный "Закон Мерфи": "Если существуют два способа сделать что-либо, причём один из которых ведёт к катастрофе, то кто-нибудь изберёт именно этот способ".

Во время отладки неопытный оператор раскрутил дебалансы так, что вся силовая конструкция весом около 20 тонн, свободно лежащая на сваях и еще не прикрепленная к ним, "спрыгнула" со свай, повиснув на них набекрень. Этот вибратор, как потом оказалось, навсегда выбывший из игры, получил с тех пор бессмертное имя "кузнечик". На восстановление "кузнечика" ни времени, ни средств не было, а неутомимый Николай Макарюк уже заканчивал новый грандиозный проект, получивший название "Летающая тарелка". Эта была попытка создать механический колебательный контур с управляемым резонансом на частотах первых единиц герц. Дело в том, что дебалансы 100-тонника, в действительности, развивают 100 тонн центробежной (и, соответственно, колебательной) силы лишь на частоте около 10 Гц. На частоте 1 Гц при тех же дебалансах эта сила снизится в квадрате, то есть, в 100 раз. Однако реальное воздействие на грунт можно усилить, если колеблющуюся платформу увеличить до 150-200 тонн и установить между ней и грунтом пружину. Тогда можно малой силой дебалансов (благодаря резонансу) раскачать эту огромную массу до больших амплитуд и, соответственно, сил. В качестве пружины Макарюк решил применить воздушную подушку, и вот как это выглядело внешне.

При диаметре платформы 20 м достаточно было создать в камере всего 1/20 превышения давления над атмосферным, чтобы вибратор оторвался от земли и завис на пневмоподушке, выполняющей функцию пружины. Регулируя объем закачанного воздуха можно менять жесткость этой пружины и, соответственно, резонансную частоту всей системы. Принцип пневмоподвеса известен, применяется в судах на воздушной подушке, но в отличие от последних, где естественная утечка воздуха компенсируется большой мощностью нагнетателя, здесь боковые утечки устранялись прорезиненными фартуками, обеспечивающими герметичность "подушки" (они видны на фото в виде светлой полосы по краю платформы). Предполагалось, что потребуются сравнительно небольшая производительность воздуходувки. Но тут вступило в действие одно из следствий закона Мерфи: "Изо всех возможных неприятностей произойдёт именно та, ущерб от которой наибольший".

Пока проводилась отладка, "тарелка", действительно, летала в отведенных ей границах. И размах колебаний был такой, что стоять на ней было невозможно: могла отломиться голова. Но как только загрузили балласт (150 тонн песка), тарелка отказалась взлетать. Выяснилось, что где-то под ней, в недоступном теперь месте образовался свищ, который съедает всю производительность воздуходувки. Как и в случае с "кузнечиком", времени и средств на ремонт (а это полный демонтаж) не было, поскольку по Программе на очереди стояли новые задачи, которые требовали размножения уже проверенного вибратора. Были еще и другие идеи и макеты резонансных вибраторов, на которых я останавливаться не буду, поскольку всего лишь "рядом стоял". Они связаны с именем их изобретателя Валерия Викторовича Ковалевского (можно отыскать в интернете).

Вернусь к близким мне центробежным дебалансным 100-тонникам.

На фото показана схема обновленного 100-тонного вибратора Макарюка, которая была принята в качестве типовой для выпуска малой серии.

Первые обновлённые 100-тонники ЦВО-100 были установлены в двух местах: в Краснодарском крае и на Байкале, причем в первом случае – сразу два рядом.

Оба региона лежат в сейсмически активных зонах. С помощью этих монстров предполагалось вдохнуть свежую идею в безнадежную проблему прогноза землетрясений. Предполагалось с помощью многократных прецизионных повторных вибропросвечиваний земной коры заблаговременно выявлять области накопления опасных тектонических напряжений, чреватых разрушительными землетрясениями. Эти вибраторы существуют до сих пор и иногда работают. Краснодарский ныне находится в твердых руках ректора Кубанского университета академика В.А. Бабешко и служит основным экспериментальным инструментом исследования в ряде международных научных проектов в области наук о Земле. Сошлюсь статью, посвященную юбилею академика: (http://www2.icmm.ru/journal/download/CCMv9n2a21.pdf). Цитата: "С 1994 года В.А. Бабешко – директор Научно-исследовательского центра прогнозирования и предупреждения геоэкологических и техногенных катастроф. Под его непосредственным руководством создан геофизический полигон, на котором действуют самые мощные на сегодняшний день вибросейсмические источники. Эксперименты, проводимые на этом полигоне, вывели исследования по вибрационному просвечиванию Земли на международный уровень, о чем свидетельствует тот факт, что КубГУ, единственный из вузов России, – член Ассоциации институтов сейсмологии США (IRIS)."

С помощью Байкальского вибратора было проведено несколько уникальных экспериментов, но здесь я хочу рассказать об одном незапланированном и поначалу, вообще, не замеченном. Когда только что смонтировали этот вибратор и начали его пробную прокрутку, неподалеку произошло достаточно ощутимое естественное землетрясение с магнитудой около 6. Я уже говорил, что район этот исключительно сейсмоактивный, так называемая "рифтовая зона". Трясет здесь часто, но такие сильные толчки все же редки. И вот, спустя года два, во время обсуждения одного из экспериментов с нашими коллегами я обмолвился, что вот было такое событие. Присутствовавший Алексей Всеволодович Николаев, можно сказать, взорвался: "Да вы что! Да как же вы сразу не опубликовали это?" Оказывается, этот факт впервые напрямую подтверждал его гипотезу о возможности предотвращения катастрофических последствий землетрясений путем заблаговременной разрядки накапливающихся напряжений с помощью вибрационного спускового механизма. И действительно, с тех пор (прошло 25 лет) в непосредственной окрестности Байкальского вибратора таких сильных толчков не было.

Однако я забежал вперед. Пока строились новые вибраторы, на базе единственного надежно работающего первого 100-тонника Быстровского полигона шла интенсивная наработка экспериментальных результатов. Регистрацией вибросигналов на больших удалениях занимались, кроме нас, несколько организаций. Поскольку большинство из них не располагали возможностью принимать частотно-модулированные сигналы, они заказывали фиксированные частоты. Поэтому и нам пришлось дополнить свою корреляционную аппаратуру режимом мгновенного спектрального анализа. Им стал так называемый текущий спектр. Этот режим был предложен и рассчитан мною путем незначительной модификации коррелятора "Береза" и быстро реализован Н.И. Гезой. И тут нас ждала неожиданность. Оказалось, что режим "монохром" значительно более помехоустойчив, чем "свип". Там, где последний на коррелограмме уже не просматривался, спектрограмма уверенно его обнаруживала. Сравнительный эксперимент на дальности 200 км показал, что помехоустойчивость монохрома почти на порядок выше. Следом нашлось и теоретической объяснение: спектр монохрома собирает не только прямые лучи, но и рассеянное поле, которое на коррелограмме не воспринимается, как полезный сигнал, а выглядит, как сторонний шум.

Переход к фиксированным частотам значительно раздвинул дальность регистрации. Правда, выяснилось, что монохроматическое поле существенно мозаично, точнее, "полосато", как муаровый узор. Можно попасть не только в пучность, но и в "узел", в ноль. Чтобы не пропустить сигнал, необходима многоканальная разнесенная по дальности расстановка датчиков. На фото показан сигнал вибратора на дальности 1040 км в форме его "текущих" спектрограмм. Эти спектрограммы сфотографированы с экрана монитора непосредственно в ходе эксперимента.

Признаться, даже меня, уже привыкшего к приему на 300 км потрясло, что и на такой сумасшедшей дальности можно обнаружить фактически "комариный писк", причем за весьма короткое время накопления. Но все же следует оговориться, чтобы услышать этот "писк", надо чтобы в ближайшей окрестности было идеально тихо, чтобы погода была без дождя и ветра, чтобы ближе 10 км от приемника не было железной дороги, а ближе 5 – автомобильной, чтобы ближе 300 м не было движущихся людей или животных, чтобы вблизи датчиков не шуршали полевые мыши и т.д. и т.п. И все равно поражает, что всего через 2 минуты с начала накопления сигнал вибратора уже виден, хотя амплитуда его составляет менее 0,01 нанометра, что (если верить физикам) всего-то в 10 раз больше атома водорода, но зато во столько же раз меньше молекулы воды!

В заключение этого раздела приведу одно постановочное фото 1984 г.


© Вячеслав Юшин

2010-2016


Копирование частей материалов, размещенных на сайте, разрешено только при условии указания ссылок на оригинал и извещения администрации сайта voenmeh.com. Копирование значительных фрагментов материалов ЗАПРЕЩЕНО без согласования с авторами разделов.

   
 
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие
1. Военмех
2. 2
3. Новосибирский Академгородок
4. На пути к «Вибролокатору»
5. Новосибирск-Баку-Каинск
6. От Баку до Сибири
7. Начало проекта ВПЗ
8. Триумф ВПЗ
 
ПОДСЧЕТЧИК
 
Эту страницу посетило
13634 человек.
 

 

 



Powered by I301 group during 2000-2005.
© 2004-2016
Хостинг от SpaceWeb