Исследователи Томского политеха и Дальневосточного федерального университета провели натурный эксперимент по передаче коротковолнового модулированного радиосигнала в морской среде при помощи специально сконструированной приемопередающей аппаратуры. Результаты опубликованы в журнале «Письма в журнал технической физики».
Бухта Новик, где проходил эксперимент / ostrov-russkiy.ru
Обычные высокочастотные поперечные электромагнитные радиоволны быстро затухают в электропроводной среде. Использование сверхнизких частот ограничено необходимостью применения крупногабаритных антенн и недостаточной скоростью передачи данных. Гидроакустическая связь, которая часто применяется для контактов с мобильными подводными объектами, также обладает рядом существенных недостатков, связанных с использованием гидроакустических буев. На качество и дальность такой связи влияют морские течения, перепад температур и другие природные факторы.
«Для решения этой сложной и актуальной научно-технической задачи предлагается использовать обобщенную электродинамическую теорию, которая в последние десятилетия успешно развивается в России и за рубежом. Обобщенная электродинамика учитывает как вихревые, так и потенциальные электромагнитные процессы. Поэтому она включает теорию Максвелла как частный случай», — говорит один из авторов статьи, профессор отделения общетехнических дисциплин ТПУ Александр Томилин.
Основы обобщенной электродинамической теории еще в советское время заложил Геннадий Николаев, долгое время работавший в Томске. Сам Александр Томилин занимается данным направлением более 20 лет, опираясь в том числе и на работы Николаева. Ученый опубликовал монографию «Обобщенная электродинамика» и ряд научных статей. Кроме того, основные положения теории описаны в учебном пособии «Электромагнитные поля и волны» профессора Евгения Нефедова. Аналогичное издание было опубликовано на английском языке в США.
«Как известно, любая новая теория требует экспериментального подтверждения и практического применения. Первая попытка была предпринята около десяти лет назад. Совместно с итальянским ученым Б. Сакко мы опубликовали статью, в которой описан эксперимент по передаче электромагнитного сигнала между шаровыми антеннами. При этом использовались электромагнитные волны, свойства которых отличались от поперечных. Но эксперимент проводился в лабораторных условиях в воздухе. Во время этой работы у меня возникла идея об использовании шаровых антенн в воде», — поясняет профессор ТПУ.
Чтобы технически осуществить радиосвязь в морской среде, необходимо создать нестационарное сферически симметричное электрическое поле с высокой напряженностью, но при этом нужно обойтись без токов проводимости. Это возможно за счет явления безвихревой электромагнитной индукции. С его помощью можно создать радиальный высокочастотный ток смещения и излучать сферическую волну с продольной структурой. Совместно с коллегами из ДВФУ ученому ТПУ удалось рассчитать и спроектировать аппаратуру и провести натурный эксперимент, подтверждающий теорию.
Экспериментальный образец приемной станции
«Летом и осенью 2020 года была проведена серия экспериментов с постепенным увеличением дальности передачи сигнала в бухте Новик (остров Русский). Приемная и передающая станции опускались в воду на капроновых фалах, не имеющих металлических частей. Это обеспечило полную электромагнитную автономность модулей в погруженном состоянии. Приемная станция была установлена на заякоренном буе на глубине шести метров. Передающая станция находилась на глубине четырех метров от поверхности моря. Она буксировалась на катере по направлению от приемного модуля. Расстояние между станциями измерялось с помощью GPS-приемника. Принимаемый сигнал записывался на диктофон. В результате был зафиксирован факт уверенной передачи радиосигнала (27МГц) на расстояние 470 метров при полном погружении передающей и приемной радиостанций в море. Весной эксперименты были продолжены, и дальность передачи сигнала удалось увеличить до нескольких километров. Таким образом, можно говорить о возможности создания канала высокочастотной радиосвязи в морской среде посредством продольных электромагнитных волн», — рассказывает профессор.
Александр Томилин отмечает, что теория и техника эксперимента, а также результаты испытаний обсуждались на рабочих совещаниях с участием специалистов из АО «Корпорация ”Московский институт теплотехники”» (научно-исследовательское и производственное предприятие оборонного комплекса) и ПАО «Дальприбор» (ведущее приборостроительное предприятие промышленного комплекса на Дальнем Востоке). Сейчас ученые готовят к публикации научную статью с более подробным описанием серии экспериментов.
«Важно отметить, что антеннами на продольных волнах занимаются и другие ученые, в том числе в США и в европейских странах. Однако они пока экспериментируют с продольными волнами в воздушной среде. Нам известны несколько групп российских ученых, которые работают над созданием каналов радиосвязи в морской и речной воде. Но результаты этих работ еще не опубликованы в научных журналах. Результаты, содержащиеся в нашей статье, открывают путь к созданию нового направления — морской радиофизики», — подытоживает ученый.
Информация предоставлена пресс-службой Томского политехнического университета
Источник фото: https://news.tpu.ru/news/2021/04/20/38214/
