КАК ВОЕНМЕХОВЕЦ ОКАЗАЛСЯ ГЕОФИЗИКОМ

 

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:.
СЛЕДУЮЩАЯ ЧАСТЬ>>

Глава 8
Триумф ВПЗ

(Вячеслав Юшин)

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

СЛЕДУЮЩАЯ ЧАСТЬ>>

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
13380 человек.
 

 

 



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