Научные исследователи из Севастопольского государственного университета успешно провели эксперименты, подтвердив значительную пропускную способность и высокую надежность магнитной связи под водой. В 2024 году планируется представить прототип устройства, разработанного в рамках стратегической академической программы «Приоритет 2030».
Свойства водной среды, будь то море или пресные водоемы, значительно отличаются от атмосферы, где технологии беспроводной связи уже широко применяются. Эти различия мешают полностью адаптировать уже существующие устройства для эффективной связи под водой, и в частности, геолокация объектов на глубине становится невозможной из-за отсутствия сигнала GPS и других навигационных систем.
«Есть несколько способов для обеспечения связи под водой. Акустический, известный уже около века — он имеет серьезные ограничения, но эффективно используется для подводных лодок. Оптический дает хорошие скорости передачи данных, но на очень коротком расстоянии, а главное — для установления связи нужна прямая видимость между устройствами связи, и шторм или взвесь могут помешать этому. Третий известный вид связи обеспечивает хорошую дальность — использование сверхдлинных волн для передачи телеграмм на подлодки в любую точку земного шара, но информационная емкость сообщений почти нулевая», — рассказал профессор кафедры «Электронная техника» Игорь Широков.
Для обеспечения стабильной и высокоскоростной связи, было предложено рассмотреть возможность использования электромагнитной связи, которая в настоящее время является одним из основных методов передачи сигнала на суше. Этот метод обеспечивает передачу магнитных и электрических волн попеременно, что делает его эффективным на суше. Однако подводная связь, где переменное магнитное поле проходит через водную среду, и электрическое быстро затухает, на данный момент не рассматривается в качестве оптимального варианта.
Но перед нами и не стоит задача передать сообщение на другой край Земли. Нам нужно разработать эффективную технологию для работы на коротких расстояниях — не более 100 м. Около 20 лет назад я разработал систему для поиска шахтером под завалами, и тогда магнитная связь позволила точно установить местоположение человека через 40 м породы и бетона. Когда СевГУ в рамках программы «Приоритет 2030» приступил к разработке безэкипажных судов, мы решили попробовать адаптировать технологию для моря«, — отметил ученый.
Он пояснил, что предложение заключается в использовании только магнитной волны, создаваемой передающим устройством. На начальном этапе для тестирования были адаптированы устройства, предназначенные для электромагнитной связи в атмосфере, разработанные еще в прошлом веке. Полученные результаты как в опытном бассейне СевГУ, так и в одной из бухт Севастополя оказались настолько впечатляющими, что ученые провели дополнительные замеры для подтверждения полученных данных и исключения возможной ошибки.
«Мы получили очень обнадеживающие результаты. Переменное магнитное поле позволяет на небольших расстояниях получить такую скорость связи, что можно передавать видеофайлы — ни одна беспроводная связь под водой не позволяет это сделать. При этом ни уровень прозрачности воды, ни волнение, ни местоположение приемника и передатчика относительно друг друга решающей роли не играют. Для поточного видео нужна скорость порядка 1 мегабита, а акустическая связь — это килобиты, то есть, в 1000 раз меньше. Теоретически мы можем получить и 2 мегабита, и даже больше», — уверен И. Широков.
Кроме того, согласно его расчетам, создание мультимодульного устройства с установленными магнитным и акустическим передатчиками не только гарантирует надежную связь, но и позволяет определять местоположение аппаратов относительно оператора. Поскольку оператор будет располагаться на поверхности, система сможет связывать объекты с системой навигации.
Создатель отметил, что у магнитных устройств связи огромный потенциал. Во-первых, они способны обеспечивать безэкипажные суда при причаливании, что представляет собой сложную задачу, даже для человека. Два устройства, находящихся на причале и судне, должны тщательно подвести объект к швартовой стенке или шлюзу, учитывая волнение моря, силу ветра и другие параметры.
Для успешной швартовки двум компьютерам необходимо быстро согласовывать корректировки в движении судна, что требует высокой скорости связи. Однако, кроме того, магнитная связь может обеспечить работу автономных устройств, предназначенных для обследования дна порта, трубопроводов, опор мостов или днищ кораблей, а также использоваться в гидрографии или подводной археологии.
«Такие передатчики позволят при небольших энергетических затратах быстро передавать большие объемы информации. Например, автономный необитаемый подводный аппарат (а они могут быть разные — от маленьких, как квадрокоптер, до больших промышленных) сможет, выполнив задачу, подойти к шлюзу, выгрузить информацию, тут же получить новые вводные и даже подзарядиться от того же переменного магнитного поля», — пояснил И. Широков.