СПОСОБ РАЗВЕДКИ ЛЕДОВОЙ ОБСТАНОВКИ С АВИАСРЕДСТВ
METHOD FOR EXPLORATION OF ICE CONDITIONS FROM AIRCRAFT

Изобретение относится к области определения гидрометеорологических характеристик с летательных аппаратов, а более конкретно - к способам авиаразведки характеристик ледовой обстановки, и может быть использовано в морских операциях, например, при ледокольной проводке транспортных судов.
Известен способ ледовой разведки, при котором с авиасредства регистрируют электромагнитное излучение от ледового покрова [1]. В этом способе измерения производятся в диапазоне радиочастот 5-200 кГц. По повышенной интенсивности излучения судят о механических напряжениях (сжатиях) в ледяном покрове.
Этот известный способ обладает низкими функциональными возможностями, поскольку не позволяет проводить комплексный анализ ледовой обстановки, включая распределение ледовых образований по акватории, их размеры, возраст, торосистость, заснеженность и другие характеристики.
Известен также способ ледовой авиаразведки, при котором на авиасредстве регистрируют изображение ледовой обстановки, например, с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО), и по радиоканалу передают это изображение на обеспечивающее судно [2]. Это существенно расширяет функциональные возможности, в частности позволяет определять распределение льдин и их размеры. Однако все требуемые для движения судов характеристики по-прежнему в этом способе определять не удается.
Прототипом заявляемого изобретения является способ, в котором получают изображение ледовой обстановки в оптическом и инфракрасном (ИК) диапазонах [3]. Это существенно дополняет функциональные возможности и позволяет по фото(видео)- и ИК-изображениям определять практически все требуемые характеристики ледового покрова.
Эти способы, как известно, реализуются с крупных дорогостоящих пилотируемых средств разведки, например - самолетов и вертолетов, либо с тем более дорогостоящих непилотируемых, например - искусственных спутников Земли (ИСЗ).
Однако в условиях низкой облачности эти известные способы оказываются неприменимыми. В оптическом и ИК-диапазонах изображение ледовой обстановки не может быть получено, поскольку на штатных высотах полетов авиасредств «просмотр» через облака невозможен.
Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа в условиях низкой облачности и снижение энергозатрат на проведение разведки.
В заявляемом способе ледовой авиаразведки используют некоторые известные существенные признаки аналогов и прототипа. В нем регистрируют с летательного аппарата изображение ледовой обстановки в различных спектральных диапазонах и передают это изображение на обеспечивающее судно.
Отличия заявляемого способа состоят в том, что в условиях низкой облачности разведку выполняют не менее чем двумя беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), ведущему из которых задают эшелон полета преимущественно над слоем облаков, а ведомому - под нижней границей облачности, причем обеспечивают для этих летательных аппаратов одинаковое генеральное направление движения и одинаковую среднюю скорость по этому направлению. При этом передачу изображений с ведомого летательного аппарата осуществляют на обеспечивающее судно через ведущий летательный аппарат.
Отличия способа состоят также в том, что управление движением ведомого беспилотного летательного аппарата осуществляют с обеспечивающего судна через ведущий летательный аппарат.
Отличия состоят также в том, что движение ведомого летательного аппарата задают преимущественно поперечными галсами по отношению к генеральному направлению движения ведущего летательного аппарата, при этом длину поперечных галсов устанавливают не превышающей удвоенного предельного расстояния уверенной радиосвязи между обоими аппаратами, а скорость полета ведомого аппарата задают в соответствии с выражением:
,
н
в
з
где V - скорость ведомого летательного аппарата; V - скорость ведущего летательного аппарата; l - длина поперечного галса; L - расстояние между галсами; Т - суммарное время зависания ведомого летательного аппарата над ледовыми объектами.
Отличия состоят также в том, что расстояние между поперечными галсами устанавливают в соответствии с выражением:
L=2kHtg(0,5β),
где Н - высота полета ведомого летательного аппарата; β - угол развертки изображения регистрирующей аппаратуры ведомого аппарата; k - задаваемый коэффициент перекрытия изображений.
Указанные отличия позволяют существенно расширить функциональные возможности способа в условиях низкой облачности (нижняя граница 50-100 м) за счет получения на обеспечивающем судне оперативных изображений ледовой обстановки в различных спектральных диапазонах, преимущественно в оптическом и ИК-диапазонах, по маршруту движения, и анализа подробностей рельефа в режиме зависания (при применении классических БПЛА вертолетного типа). Кроме того, в способе сильно снижаются энергозатраты на проведение разведки по сравнению с известными способами, где применяются пилотируемые летательные аппараты (самолеты, вертолеты).
Сущность изобретения пояснена чертежами. На фиг.1 схематически показан вариант движения ведущего и ведомого беспилотных летательных аппаратов в условиях низкой облачности. На фиг.2 приведен маршрут движения ведомого БПЛА поперечными галсами по отношению к генеральному направлению движения.
Способ реализуют следующим образом.
С обеспечивающего судна 1, например, лидирующего в транспортном караване ледокола, высылают по планируемому маршруту движения каравана два беспилотных летательных аппарата - ведущий аппарат 2, которому задают эшелон полета над слоем облаков 3, и ведомый аппарат 4, которому задают эшелон полета под нижней границей слоя облаков 3. Ведомый (нижний) аппарат 4 в пределах угла визирования 5 установленной на нем аппаратуры, например - видеокамеры, регистрирует изображения ледовых объектов 6. Наиболее целесообразно применение БПЛА вертолетного типа. В этом случае по команде с обеспечивающего судна, передаваемой по радиоканалу через ведущий летательный аппарат 2, ведомый аппарат 4 переходит в режим зависания, например, над зоной торосов 7 для анализа особенностей этой зоны специалистами на обеспечивающем судне 1.
Ввиду низкой высоты полета аппарата 4 прямая связь с судном 1 на больших удалениях (до 200 км и более) невозможна. Аппарат 2 выполняет роль управляемого с судна 1 рентранслятора связи, при этом движение аппарата 4 задают в пределах зоны 8 уверенной связи с аппаратом 2.
Движение аппарата 4 наиболее целесообразно задавать поперечными галсами 9 (фиг.2) по отношению к генеральному курсу 10. При этом расстояния между поперечными галсами устанавливают в соответствии с выражением:
L=2kHtg(0,5β),
где Н - высота полета ведомого летательного аппарата 4; β - угол 5 развертки изображения регистрирующей аппаратуры ведомого аппарата 4; k - задаваемый коэффициент перекрытия изображений;
а среднюю скорость движения аппарата 4 задают в соответствии с выражением:
,
н
в
з
где V - скорость ведомого летательного аппарата; V - скорость ведущего летательного аппарата; l - длина поперечного галса; L - расстояние между галсами; Т - суммарное время зависания ведомого летательного аппарата над ледовьми объектами.
Генеральное направление движения 10 задают с обеспечивающего судна 1 в соответствии с планируемым маршрутом движения этого судна, например лидирующего ледокола и следующего за ним транспортного каравана. В частности, при выявлении на изображениях с аппарата 4 гряды или барьера торосов 7 задают генеральное направление 10 движения обоих аппаратов в направлении простирания торосов для определения возможностей облегченного преодоления ледоколом этой гряды или барьера.
В условиях сжатий ледового покрова выявление простирания торосов позволяет каравану выбрать оптимальный маршрут движения по отношению к вектору сжатий («спрятаться за зоной торосов»), что существенно экономит время, потребное для движения каравана, и энергозатраты лидирующего судна (ледокола).
Описанные отличия способа позволяют обеспечить технический результат - расширение функциональных возможностей при ледовой авиаразведке в условиях низкой облачности. Одновременно это позволяет снизить энергозатраты на проведение разведки.
Пример реализации способа. На обеспечивающем судне, например - лидирующем в караване ледоколе, размещены беспилотные летательные аппараты вертолетного типа, например российские БПЛА фирмы «ZALA» со следующими техническими характеристиками: крейсерская скорость 80 км/час, длительность полета до 6 часов соответственно, дальность проведения разведки до 200 км с учетом времени возврата на обеспечивающее судно.
При малой высоте полета БПЛА дальность уверенной связи с обеспечивающим судном (радиовидимость) составляет 20-30 км, т.е. почти на порядок меньше, чем возможная дальность разведки.
При этом следует отметить, что разведка на удалении 20-30 км дает очень мало информации. При скорости движения ледокола и соответственно - транспортного каравана в 8-10 узлов подобная разведка может давать «упреждение» всего лишь на 1-1,5 часа, что приводит к необходимости держать БПЛА в воздухе практически непрерывно. Как правило, это невозможно - необходима дозаправка, профилактика и т.д.
Кроме того, выбор облегченных условий движения каравана в условиях сжатий или преодоления гряд и барьеров торосов становится невозможным из-за столь малого упреждения.
В связи с этим для задач ледовой авиаразведки стратегического уровня (до 200 км и более) становится необходимым использование не менее двух беспилотных летательных аппаратов, как это предложено в заявляемом способе.
Два используемых БПЛА: аппарат с регистрирующей аппаратурой и аппарат-рентранслятор обеспечивают требуемую дальность стратегической разведки не менее 200 км и позволяют выявлять труднопроходимые зоны в ледовом покрове моря, тем самым по совокупности признаков существенно расширяют функциональные возможности в условиях низкой облачности.
При использовании летательных аппаратов для задач разведки ледовой обстановки необходима привязка данных к единой координатной сети. В условиях существования глобальной навигационной системы типа GPS это решается простыми приемами.
Обоснование существенности признаков. Как следует из описания, все включенные в формулу изобретения признаки являются необходимыми, а их неразрывная совокупность достаточна для достижения важного технического результата - расширения функциональных возможностей в условиях низкой облачности. При этом существенно снижаются энергозатраты на проведение разведки.
Обоснование изобретательского уровня. Известно применение летательных аппаратов-рентрансляторов для сбора информации о гидрометеорологических характеристиках. Например, автоматические дрейфующие гидрометеорологические станции, устанавливаемые на льду, передают информацию через низкоорбитальные спутники-рентрансляторы [4]. Однако в этом известном способе летательные аппараты-рентрансляторы летают по исходно заданным орбитам и не могут быть оперативно управляемы по командам, например, с движущегося судна.
Также известно, например [5], движение летательного аппарата в задачах ледовой разведки трещин галсами по отношению к некоторому направлению. Однако в этом известном способе галсы устанавливают по данным регистрации максимумов специфического электромагнитного излучения в окрестностях выявляемых трещин. Это не порочит примененных в заявляемом способе признаков.
Таким образом, по мнению заявителя и авторов предлагаемое техническое решение способа ледовой авиаразведки в своей неразрывной совокупности признаков является новым, явным образом не следует из уровня техники и позволяет получить важный технический результат - расширение функциональных возможностей в условиях низкой облачности и снижение энергозатрат на проведение разведки.
Источники информации
1. А.с. №1376769, SU, м. кл. G01W 1/00. Способ измерения механических напряжений в ледяном покрове моря. Авторы: И.А.Степанюк, Ю.М.Бацких. Приоритет 19.04.1985. Зарегистр. 22.10.1987. - ДСП.
2. Исследование ледяного покрова с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО). - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - С.6-9.
3. Царев В.А., Коровин В.П. Неконтактные методы измерений в океанологии. - СПб.: Изд. РГГМУ, 2005. - С.63-67, 108-109 (прототип).
4. Ковчин И.С., Степанюк И.А. Методы специальных океанологических измерений - СПб.: Изд. РГГМУ, 2002. - С.42-46.
5. А.с. №1151107, SU, м. кл G01V 3/16. Способ ледовой аэроэлектроразведки трещин в ледяном покрове. Авт.: И.А.Степанюк, Ю.М.Бацких. Приоритет от 27.12.1983 г., зарегистр. 15.12.1984. - ДСП.