Содержание
«Токсичны все вещества — вопрос в дозе»: чем загрязнены вода и воздух в России
— ВОЗ относит загрязнение воздуха к основным угрозам для здоровья человека. Насколько чист воздух в российских городах?
— По данным Минприроды, в России много городов с постоянным превышением ряда загрязняющих веществ — Магнитогорск, Ростов-на-Дону, Барнаул, Новокузнецк, Ангарск, некоторые города Красноярского края, Иркутской области, Бурятии. Чаще всего превышаются показатели по уровню бензо(а)пирена, взвешенных частиц, углерода, диоксида азота, формальдегида, хлорида водорода, аммиака, диоксида серы. Что именно превышено, а что нет — зависит от конкретного города. Страдает там не только воздух, но зачастую и вода.
— Почему это происходит?
— Это связано в первую очередь с промышленностью. В этих городах находятся крупные металлургические промышленные предприятия и предприятия химического комплекса.
— Что же делать? Их же не получится просто взять и вынести за черту города?
— Чтобы избежать загрязнения, нужно внедрять природоохранные технологии, а это очень большие расходы.
На предприятиях должны строиться очистные сооружения, тщательно подобранные с учетом всех необходимых факторов, в зависимости от того, что это за производство, что содержится в выбросах. И они, естественно, должны поддерживаться в рабочем состоянии.
Стоимость очистных сооружений для предприятия химического комплекса составляет до 40% стоимости этого предприятия. И большой вопрос, не экономят ли на их установке. Личный опыт, мой и коллег, показывает, что такое случается.
Или проектируют предприятие одни, строят другие, закупают очистные сооружения третьи, в итоге кто-нибудь ошибается, и на выходе мы получаем нефункционирующие очистные. Или часто меняется руководство предприятий, и вопросы экологии перемещаются на задний план.
В России вообще, кажется, говорить про экологию всерьез стали совсем недавно. Есть некоторые моменты, которые пока не регламентируются законом.
Технические возможности для снижения выбросов до безопасных значений есть. Но, во-первых, нужно выделить деньги на покупку и установку очистных сооружений именно того вида, который необходим для предприятия, а, во-вторых, нужны люди, которые это проконтролируют.
Но на ключевых для этого должностях часто оказываются не профессионалы. В России не так много мест, где готовят хороших специалистов по промышленной экологии, и далеко не все из них потом идут работать, например, в министерства и прочие специализированные природоохранные подразделения. А когда нет специалистов, то и нужные вопросы не поднимаются и не решаются.
— Какие еще есть источники загрязнения?
— Источники загрязнений делятся на природные и антропогенные — те, которые связаны с хозяйственной деятельностью человека. Доля загрязняющих веществ, поступающих во все компоненты окружающей среды из природных источников составляет около 70%, из антропогенных — в районе 30%. Но антропогенные загрязнения — более токсичные и локализованные. И в первую очередь это опять-таки предприятия. В некоторых случаях наибольший вклад в загрязнение вносит транспорт — в зависимости от наличия в том или ином городе промпредприятий.
Как учит наука токсикология, токсичны все вещества — вопрос в дозе.
Например, в воздухе может присутствовать свинец, — но в концентрации, не превышающей безвредную. Металлы хром и ванадий необходимы организму, они часто входят в состав биодобавок. Но тот же хром может вызвать злокачественное образование. Хрома в питьевой воде вообще быть не должно.
Если сравнивать промышленные предприятия и транспорт — транспорт обычно вносит наибольшее количество загрязнений, если сравнивать по объему, то он равномерно распределен по территории и загрязнения лучше рассеиваются. А у предприятий источник выбросов точечный, его труба выбрасывает загрязняющие вещества в высокой концентрации.
На рассеивание влияет высота источника выброса — чем он выше, тем лучше будет рассеиваться. Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ нормируются до двух метров от уровня земли, то есть зоны обитания человека. И если у предприятия труба 180 м высотой, выброс успеет рассеяться, не дойдя до этой зоны. Особенно если погода ветреная или прохладная — температура выброса может быть около 25 или 30 °C, и он какое-то время будет подниматься еще выше.
Если же погода жаркая, выброс будет опускаться вниз, соответственно, приземные концентрации будут более высокие. С этим связано, что зимой воздух чище и свежее.
— Можно ли в таком случае сказать, что жить на первом этаже безопаснее с точки зрения защиты от выбросов, чем на последнем?
— Нет. Рассеивание в атмосфере выбросов и из стационарных, и из мобильных источников зависит от температуры, скорости и направления ветра, высоты источника выброса и других параметров. И единственный вывод, который тут можно сделать: при разных условиях рассеивание происходит по-разному. При разных условиях в одном и том же месте в городе может быть превышение ПДК, а может и не быть.
— Как измеряются загрязнения и кто должен этим заниматься?
— Есть Министерство природных ресурсов и охраны окружающей среды, у Министерства есть областные комитеты по регионам. У них есть центральные подразделения Минприроды и по более мелким городам уже районные комитеты в рамках этой области, региона.
Они должны вести обязательный мониторинг окружающей среды — наблюдение, оценку и прогнозирование загрязнений.
Несколько раз в месяц специалисты комитета замеряют концентрацию в воздухе взвешенных веществ — монооксида углерода, оксида азота, оксида серы и прочих. Если рядом есть опасное предприятие, в список включают специфические загрязняющие вещества, по которым может быть превышение, — например, фенол, если речь идет о химпроизводстве. Сточные воды тоже проверяют несколько раз в месяц. Это зона ответственности ЖКХ, оно отвечает за воду, городские очистные сооружения, а Минприроды контролирует процесс дополнительно.
Но об отслеживании 24/7 речи не идет, и предприятия этим пользуются. Например, сбрасывают сточные воды ночью, если знают, что превысят допустимые нормы загрязнений — проверяющие приедут не раньше утра, а за это время концентрация загрязняющих веществ снова будет в допустимых рамках.
— А самостоятельно человек может оценить уровень загрязнения? Например, рядом со своим домом или работой.
— Просто на глаз — вряд ли. Нужно купить специальные приборы. Другой вопрос, что делать, если зарегистрировал превышение? Можно сообщить в соответствующие ведомства, оттуда должны направить проверяющего. Теоретически, механизм жалоб должен работать, но вот как именно он работает на практике — зависит уже от сотрудников.
Чисто для себя можно попробовать контролировать качество воды, относить иногда пробы в лабораторию. В городе важно проверить содержание взвешенных веществ, уровень железа и хлора. В сельской местности важно контролировать содержание нитратов, они попадают в воду из почвы при внесении удобрений, а также в результате ведения других видов сельского хозяйства.
Если показатели воды по жесткости превышают норму, воду достаточно прокипятить. В целом, в городах для домашней очистки хватает фильтра-чайничка со сменным картриджем.
По этому поводу много статей написано учеными, специализирующимися на водоподготовке. От тех, кто занимается этим всерьез, вы никогда не услышите совета покупать очень дорогие фильтры, которые делают из полезной воды «мертвую» деионизованную.
Несколько лет назад продавцы таких фильтров часто делали эксперимент на дому с применением электрокоагуляции, и впечатлительные граждане, не понимая сути процесса, велись на это. Надо помнить, что главная задача подобных компаний – продать побольше фильтров и получить прибыль.
— Можно ли как-то обезопасить себя от воздействия опасных веществ самостоятельно?
— Полностью — разве что живя в лесу или в горах. Медицинские маски могут защитить от аэрозолей, пыли. Газы проходят через них свободно, но не ходить же теперь в противогазах.
— Москва из соображений экологической безопасности перешла на электробусы вместо обычных автобусов, а в ближайшие годы это сделают и некоторые другие города. Имеет ли это смысл?
— Нельзя сказать, что электротранспорт более экологически чистый. Ему нужна энергия. Энергию у нас дают ТЭЦ. Если все они находятся за чертой города — то, конечно, использование электротранспорта снижает концентрации загрязняющих веществ в городе.
Но остается вопрос к качеству окружающей среды в местах, где производят аккумуляторы, где их перерабатывают, где находятся ТЭЦ. Как угольные, так и газовые ТЭЦ создают большое количество выбросов. Газ — более чистое топливо, чем уголь или мазут, но и от него идут выбросы оксида углерода, оксидов азота, которые являются загрязняющими веществами второго и третьего класса опасности.
То есть использование электротранспорта снижает воздействие на окружающую среду непосредственно в городе. В рамках города воздух становится чище, но вся эта нагрузка переходит на ТЭЦ, чтобы обеспечивать электробус энергией.
В городе он ничего не выбрасывает, но вместо него выбрасывает ТЭЦ, которая дает ему электроэнергию. И по уровню негативного воздействия на среду в целом влияние ТЭЦ может быть более сильным. И, опять же, выбросы от ТЭЦ, в зависимости от метеоусловий, вполне могут добраться и до города.
Впрочем, электротранспорт может быть более экологичным, если использовать некоторые возобновляемые источники энергии — например, энергию ветра.
С солнечными батареями сложнее: их производство тоже бывает очень грязным и экологически опасным, и вреда от них в итоге может быть больше, чем пользы. Часто встает вопрос и об экономической эффективности.
— Есть ли в МИСиС какие-то разработки по борьбе с загрязнением, нашедшие применение в широкой практике?
— Разработок много. За 15 лет только при моем непосредственном участии в качестве главного исполнителя было разработано более 30 промышленных проектов, преимущественно по переработке отходов. Но внедрены из них единицы, — на прогресс нужны деньги и желание руководства предприятия. Вопросы охраны окружающей среды на моей практике не много кого волнуют. Про них чаще говорят, но с внедрением немногие спешат, даже работая в данном случае в убыток. Я имею в виду, что предложенный проект, например, действительно окупаем и может быть внедрен даже с помощью собственных мощностей предприятия и в короткие сроки, но предприятие продолжает платить огромные суммы экологического налога и других экологических платежей, вместо реального незатратного процесса.
главные экологические проблемы, которые влияют на жизнь и здоровье россиян. Исследование «Если быть точным»
Почти половина горожан в России дышит грязным и очень грязным воздухом
46% городского населения России живет в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения воздуха. Из 251 города, где Росгидромет ведет наблюдения, в 2021 году высокий и очень высокий уровень загрязнения наблюдался в 122.
Очень высокий уровень загрязнения атмосферы в 2021 году был отмечен в 42 городах из 23 регионов России. Больше всего таких городов — в Иркутской области (7) и Красноярском крае (6).
По сравнению с предыдущим годом доля населения в городах с высоким и очень высоким загрязнением воздуха выросла больше чем в пять раз (с 9% до 46%). При этом резкого ухудшения качества воздуха в стране, конечно, не произошло. Изменение в первую очередь связано с принятием новых санитарных норм и правил, снизивших (вернувших на уровень 2013 года) предельно допустимые концентрации некоторых загрязняющих веществ.
В 2014–2015 годах происходил обратный процесс. В связи с увеличением предельно допустимой концентрации в воздухе формальдегида и фенола воздух в городах России формально стал значительно чище. В 2013 году в городах с высоким и очень высоким уровнем загрязнения воздуха проживало 52% городского населения страны, в 2015-м — всего 17%.
Из-за изменений методик и предельно допустимых концентраций (ПДК) не так просто сказать, что все эти данные означают в реальности. Статистика смертности и заболеваемости от загрязнения воздуха, публикуемая Роспотребнадзором, также меняется год от года: списки учитываемых в статистике болезней то сокращаются, то расширяются, и не всегда можно определить, чем вызвано изменение того или иного показателя.
Тем не менее нельзя не отметить смену в 2017–2018 годах динамики всех показателей, связанных с загрязнением воздуха. До 2017-го смертность и заболеваемость неизменно снижались, а затем — начали расти.
В 2014 году число дополнительных смертей на 100 тысяч населения от всех причин, связанных с загрязнением атмосферного воздуха селитебных территорийТерритории, предназначенные для строительства жилых и общественных зданий и инфраструктуры населенных пунктов.
, составляло 7,55, в 2018-м — 1,6, в 2021-м — 4,6.
Уровень выбросов в России в два раза больше, чем в среднем в мире
Уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу на душу населения в России, по данным на 2019 год, в 2 раза выше среднего по миру, но в 1,3 раза ниже, чем в США.
С 2014 года выбросы официально сократились на 29%. Правда, и здесь не обошлось без изменений в методологии расчетов. С 2019 года выбросы от передвижных источников (автомобильного и железнодорожного транспорта) рассчитываются с учетом требований Таможенного союза и ОЭСР к экологическим классам транспортных средств и качеству топлива. После принятия новой методики объем выбросов от передвижных источников сократился на 65%: с 15,1 тыс. тонн в 2018 году до 5,3 тыс. тонн в 2019-м.
При этом объем выбросов от стационарных источников с 2014 года сократился всего на 1,5%, а по сравнению с 2018 годом — увеличился на 1%.
Загрязнение питьевой воды — главная причина смертей и болезней, связанных с экологией
Десять лет назад наибольшее количество смертей и случаев заболеваний, связанных с состоянием окружающей среды, было вызвано загрязнением воздуха.
В 2021 году по обоим показателям лидирует загрязнение питьевой воды — 11 тысяч смертей и 1,54 млн случаев заболеваний.
Количество смертей, связанных с загрязнением воздуха или почв, за это время уменьшилось более чем вдвое (на 53,5% и 53,8% соответственно). Количество смертей, связанных с загрязнением питьевой воды, сократилось всего на 4,4%.
В целом в стране ситуация с питьевой водой постепенно улучшается: с 2018 года доля населения, обеспеченного качественной питьевой водой, выросла на 1,8% — до 87,4%, но в некоторых регионах (в частности в Калмыкии, где качественной питьевой водой из систем централизованного водоснабжения обеспечены всего 7,5% населения) остается пугающей.
«Качество воды в природных источниках не повышается. В государственных докладах сказано, что за последние 10-20 лет существенно сократился сброс сточных вод в водные объекты. Но в этих докладах учитываются только точечные источники — сброс через трубы и другие технические устройства. Но не учитывается диффузное загрязнениеНеравномерное загрязнение поверхностных и подземных вод из рассредоточенных источников, связанное с хозяйственной деятельностью человека (например, загрязнения с сельскохозяйственных полей).
, на которое приходится как минимум половина загрязнения по стране. У нас нет ни мониторинга диффузного загрязнения, ни проектов, направленных на его снижение», — говорит Виктор Данилов-Данильян, научный руководитель Института водных проблем РАН.
Данные о точечных источниках, по словам эксперта, тоже очень ненадежные: они заполняются расчетным путем самими предприятиями. «То есть они берут паспорта на свое оборудование и высчитывают, сколько должно было бы быть отходов при имеющемся объеме производства. Износ оборудования при этом не учитывается, насколько сырье кондиционное — тоже. Мы проводили исследование: ставили датчики на сбросные трубы и сравнивали результаты с тем, что пишет предприятие в своей отчетности. Разница была иногда в 10 раз», — объясняет Данилов-Данильян.
Количество очень грязных водоемов выросло в 1,5 раза с 2014 года
По данным опубликованного в марте 2022 года доклада Общественного совета при Минприроды России, цели федеральных проектов «Сохранение уникальных водных объектов», «Оздоровление Волги» и «Сохранение озера Байкал» на период с 2019 по 2021 год достигнуты.
Расчищено 42 тысячи км² прибрежной полосы (на 18 тысяч км² больше запланированного) и 72,6 км русел (на 0,3 км больше).
Правда, количество очень грязных водных объектов, требующих неотложных водоохранных мероприятий, постоянно растет. С 2014 года их стало больше в 1,5 раза. Эксперты в отчете также отмечают, что перечень водных объектов, требующих восстановления, гораздо шире, чем реализуется в рамках федерального проекта. И данные Росгидромета во многом это подтверждают.
3,5% площади России хронически загрязнены промышленными токсикантами
Загрязненная почва опасна и как источник загрязнения токсичными веществами продуктов питания, и как источник загрязнения воздуха. Самоочищение и восстановление почв требует огромного времени, некоторые негативные изменения и вовсе необратимы, поэтому хроническое загрязнение почв химическими веществами — наиболее опасный вид загрязнения окружающей среды.
По данным Роспотребнадзора, в 2021 году загрязнение почв спровоцировало 1 752 смерти и 261 тысяча случаев заболеваний.
Загрязнение пищевой продукции (химическими компонентами — кадмием, ртутью, нитратами, пестицидами — микробиологическое и паразитологическое загрязнение) — еще 1,4 млн случаев заболеваний.
Поскольку число видов загрязнений очень велико, ежегодные исследования почв проводятся не во всех регионах, а часть из них — только на выбранных территориях, в этой части исследования использовались данные за более длительный период, чем в других — с 2011 по 2021 год.
По данным Института глобального климата и экологии имени академика Ю. А. Израэля, в России хронически загрязнены токсикантами промышленного происхождения 613,1 тысяч км ² почв (или 3,5% площади страны). Самая высокая доля хронически загрязненных территорий — в Центральном федеральном округе (19,4%), самая низкая — в Дальневосточном (0,4%). Наибольшая общая площадь таких территорий — в Сибирском федеральном округе (152,4 тыс. км ²), наименьшая — в Северо-Кавказском (14,1 тыс. км ²).
92% твердых бытовых отходов отправляются на полигоны
Хотя постоянно возрастающее количество отходов наносит вред и здоровью человека, и экосистемам, публикуемые цифры чаще связаны с состоянием экосистем: к 2050 году в океане будет больше отходов, чем рыбы (по весу), разлагающиеся отходы выделяют в атмосферу около 5% всех парниковых газов и так далее.
Это происходит в значительной степени потому, что оценить влияние отходов на здоровье или качество жизни людей сложнее. Зачастую это можно сделать только опосредованно — через загрязнение отходами воздуха, воды и почв — поэтому мы в первую очередь оцениваем обращение с отходами, а не непосредственный вред, который они наносят.
В начале 2020 года эксперты Счетной палаты посчитали, что при сохранении существовавших на тот момент объемов образования и захоронения твердых коммунальных отходов (ТКО) уже в 2022 году в 17 регионах России закончится место на полигонах. Девать отходы будет просто некуда: возможности создать новые полигоны у большинства регионов нет. Еще в 15 регионах оно должно закончиться в 2024-м.
После начала пандемии объемы образования ТКО в России сократились на 20%: с 417 кг на душу населения в 2019 году до 331 кг в 2021-м — но это дает регионам лишь небольшую передышку. Ситуация с захоронением почти не меняется: 92% образованных твердых коммунальных отходов отправились на захоронение.
Комплексная система обращения с твердыми коммунальными отходами, являющаяся частью национального проекта «Экология», должна обеспечить к 2030 году 100% сортировку мусора в стране. Вот только сортировка вовсе не подразумевает такого же процента переработки. По данным Росприроднадзора, в 2021 году на сортировку отправились 46,5% твердых коммунальных отходов, а на переработку — всего 6,5%. Если пропорция сохранится, при прогнозируемой 100% сортировке переработано будет всего 14% отходов.
Что такое нацпроект «Экология»
В 2018 году в России был запущен национальный проект «Экология». Цель нацпроекта и входящих в него федеральных проектов («Чистый воздух», «Чистая страна», «Сохранение уникальных водных объектов» и других) — кардинальное улучшение состояния окружающей среды: снижение объема выбросов вредных веществ, сохранение и оздоровление водных объектов, внедрение комплексной системы обращения с отходами. Национальный проект рассчитан на шесть лет, 2021 год — самая его середина.
В марте 2022 года Минприроды опубликовало доклад о ходе реализации национального проекта, в котором оценило его «более чем удовлетворительно». При этом опрошенные при подготовке доклада эксперты оценили эффективность нацпроекта «Экология» на 4,64 балла из 10.
«Степень переработки твердых коммунальных отходов по стране — максимум 7%, хотя в ряде городов (пример — Орел, полигон «ЭкоСити») может достигать 69%», — говорит Дмитрий Левашов, руководитель Нижегородского отделения Межрегиональной экологической общественной организации «Союз “За химическую безопасность”».
Еще более неоднозначно выглядит ситуация с несанкционированными свалками, ликвидация которых входит и в задачи национального проекта «Экология», и в показатели оценки эффективности работы губернаторов. Свалки массово ликвидируются, а их количество при этом только растет.
В конце 2019 года в России насчитывалась 13 371 несанкционированная свалка. За следующие два года было ликвидировано более 23 тысяч таких свалок, и к концу 2021 года их осталось 15 846.
Потому что выявлено за это же время 25,5 тысяч новых свалок.
Полный текст исследования, рейтинг регионов и все собранные нами данные можно найти на странице проблемы «Экология».
Автор: Владимир Омелин
Инфографика: Артем Иволгин, Екатерина Буркова
Проект создан и поддерживается командой аналитиков и программистов благотворительного фонда «Нужна помощь». Фонд существует за счет пожертвований. Пожалуйста, поддержите нашу работу.
Поддержать проект
Для улучшения работы сайта и его взаимодействия с пользователями мы используем cookie-файлы.
Продолжая работу с
сайтом, вы разрешаете использование cookie-файлов. Пожалуйста, ознакомьтесь с политикой, чтобы
узнать больше.
Как беспроводная связь вода-воздух может революционизировать морские исследования | Инновация
Кристин Данилофф/MIT
Мы можем общаться в видеочате с астронавтами на борту Международной космической станции и смотреть живые кадры с ледяных высот Эвереста.
Но общаться с подводной лодкой или аквалангистом? Не так просто. Отсутствие жизнеспособных методов обмена данными между подводными и бортовыми устройствами уже давно вызывает разочарование как у ученых, инженеров, дайверов, так и у военных.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали метод, способный революционизировать подводную связь.
«Мы показали, что на самом деле возможно общаться из-под воды в воздух, что было давней проблемой», — говорит Фадель Адиб, профессор Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института, который руководил исследованием.
Сложность связана с тем, что подводные и бортовые датчики используют разные виды сигналов. Радиосигналы, которые отлично работают в воздухе, плохо распространяются в воде. Сигналы сонара, используемые подводными датчиками, отражаются от поверхности воды, а не достигают воздуха.
Исследователи Массачусетского технологического института разработали систему, которая использует подводный передатчик для отправки сигналов сонара на поверхность, производя вибрации, соответствующие единицам и нулям данных.
Затем поверхностный приемник считывает и декодирует эти крошечные вибрации. Исследователи называют систему TARF (поступательная акустическая радиочастотная связь).
Адиб говорит, что
TARF имеет множество потенциальных применений в реальном мире. Его можно использовать для поиска сбитых самолетов под водой путем считывания сигналов гидролокаторов в черном ящике самолета. Это могло позволить подводным лодкам связываться с поверхностью. И это может значительно упростить морские исследования, позволяя ученым использовать подводные датчики, которые передают данные обратно в воздух в режиме реального времени. Прямо сейчас любые данные, собранные под водой, должны быть доставлены устройством на поверхность, прежде чем их можно будет изучить.
«Океан очень сложно контролировать, поэтому большая его часть остается неисследованной, — говорит Адиб. «Используя эту технологию, теперь вы можете развертывать датчики, осуществлять непрерывный мониторинг и отправлять данные во внешний мир.
Вы могли бы изучать морскую жизнь и получить доступ к целому новому миру, который сегодня все еще находится за пределами нашей досягаемости».
В настоящее время технология имеет низкое разрешение, но Адиб предполагает, что однажды ее можно будет использовать для потокового видео. Подумайте о камерах с акулами для наблюдения за нерестилищами или о странных формах жизни в траншеях.
«Поверхность океана представляет собой большой барьер для передачи данных и связи», — говорит Эмметт Даффи, директор сети морских обсерваторий Тенненбаума при Смитсоновском институте. «Морские ученые используют множество датчиков, которые нам в настоящее время приходится посещать под водой, чтобы загружать данные. Если бы данные можно было передавать по воздуху, как это возможно для датчиков на суше, это могло бы произвести революцию в нескольких областях морских биологических исследований».
Даффи говорит, что подводно-воздушная связь может позволить отслеживать данные о крупных морских животных, снабженных метками, без необходимости их повторной поимки, что может помочь ученым понять модели миграции и среды обитания.
Его также можно использовать для автоматического получения данных от подводных датчиков на месте, что позволит ученым отслеживать вредные виды водорослей или других животных по мере их прохождения. Это может помочь дайверам, проводящим биологические исследования, использовать онлайн-инструменты под водой.
Адиб и его аспирант Франческо Тонолини в соавторстве написали статью о технологии, которую они представили на конференции по передаче данных в августе.
Первоначальное экспериментальное исследование было проведено в плавательном бассейне Массачусетского технологического института на максимальной глубине около 11 или 12 футов. Следующие шаги для исследователей — выяснить, работает ли TARF на гораздо больших глубинах.
«Мы хотим иметь возможность использовать это в дикой природе и работать на десятках, сотнях или даже тысячах метров, — говорит Адиб.
Команда также экспериментирует с тем, насколько хорошо эта технология работает в различных условиях — на высоких волнах, в шторм, среди кружащихся косяков рыб.
Они также хотят посмотреть, смогут ли они заставить технологию работать в другом направлении — из воздуха в воду. Это позволило бы ученым общаться с подводными устройствами; например сброс параметров на морском мониторе.
«Это очень интересная демонстрация, хотя и в ограниченном масштабе, потенциала использования микроволнового радара в качестве связующего звена между бортовым устройством и подводной акустической системой», — говорит Джефф Нишам, преподаватель Университета Ньюкасла в UK, изучавший подводную акустику. «Как отметили авторы, необходима дальнейшая работа, чтобы исследовать масштабируемость системы, чтобы увидеть, могут ли быть достигнуты полезные диапазоны как для воздушного, так и для морского канала с практическими уровнями мощности, а также понять влияние более реалистичных волновых условий на поверхность моря».
Если технология окажется успешной в реальных условиях, ожидайте, что «текстовые сообщения во время погружения» станут последним подводным увлечением.
Рекомендуемые видео
Инновации в беспроводной связи для преодоления границы воздух-вода – Меморандум о взаимопонимании Tetra
Ученые создали систему связи между подводной лодкой и самолетом.
Нарушение границы воздух-вода является давней проблемой при передаче данных между устройствами самолета и под водой. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новую систему, использующую беспроводную связь.
Ученые создали систему связи между подводной лодкой и самолетом, не выходя на поверхность воды.
Развитие технологий помогает решать подводные задачи и прокладывает путь для связи воздух-вода .
Из-за различий в беспроводных сигналах подводные датчики не могут передавать данные на наземные устройства.
Часто акустические волны, посланные подводными устройствами, отражаются обратно на поверхность, не преодолевая их.
Также радиосигналы, проходящие по воздуху, быстро затухают в воде.
Эти препятствия могут вызвать проблемы во многих приложениях, таких как подводное взаимодействие с воздухом и исследованием океана.
Декодирование вибрации для передачи подводных сигналов
Для решения этих проблем исследователи использовали систему, называемую трансляционной акустической радиочастотной связью (TARF). гидроакустические сигналы, обработка данных, а также передача радиоволн на приемники самолетов. Узнайте больше о секторе беспроводной связи.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи использовали систему, называемую трансляционной акустической радиочастотной связью (TARF).
Тем не менее, эта система находится на ранней стадии, они считают, что эта система может привести к улучшению связи вода-воздух.
TARF состоит из акустического передатчика, который может передавать звуковые волны с помощью обычного акустического динамика.
Сигнал, передаваемый передатчиком, движется в виде волн давления на разных частотах, соответствующих разным битам данных.
Передатчик передает волну с частотой 100 Гц, когда он хочет послать 0, и получает волну с частотой 200 Гц в 1. Когда волна достигает поверхности, она может вызвать на воде небольшую рябь высотой в несколько микрометров совпадающие частоты.
Одновременно система поддерживает широкий диапазон частот для обеспечения высокой скорости передачи данных.
Он построен на схеме модуляции, называемой мультиплексированием с ортогональным частотным разделением в беспроводной связи, которая позволяет ученым получать сотни битов.
Очень высокочастотный радар, расположенный над передатчиком в воздухе, может обрабатывать эти сигналы в диапазоне частот от 30 до 300 ГГц.
Другое применение этой системы — помощь в поиске пропавших без вести самолетов, исчезнувших под водой. Устройство «черный ящик» в самолете реализовано с помощью акустического передатчика, который может передать сигнал один раз, чтобы вы могли его найти.
Прослушивание «шепота»
Для решения этой проблемы исследователи создали алгоритм обработки сигналов.
Главная задача этой системы — помочь радару идентифицировать водную поверхность. Поэтому исследователи использовали новую технологию для обнаружения отражения на основе мощности и расстояния в окружающей среде. Радар допускает расстояние до поверхности с наиболее сильным отражением воды в окружении системы.
Захват микрометровых волн, окруженных естественными волнами, был следующей самой сложной задачей.
Капиллярные волны в 100 000 раз больше, а более грубые волны в миллион раз больше, чем вибрации. Это все равно, что слышать чей-то крик и одновременно пытаться услышать шепот.
Исследователи создали алгоритм обработки сигналов, чтобы решить эту проблему.
Разность частот колебаний сонара обнуляет алгоритм на быстро движущихся волнах, игнорируя более медленные.
Проверка воды
Проверка в резервуаре для воды.
Исследователи использовали систему TARF в резервуаре для воды для 500 тестовых запусков и двух видов плавательных бассейнов. 900:44 Радар был размещен на расстоянии от 20 до 40 сантиметров над поверхностью, а передатчик сонара находился на расстоянии от 5 до 70 сантиметров ниже поверхности резервуара с водой.
Аналогично это делается в разных бассейнах, где были пловцы для создания волн. Эти волны поднялись в бассейне примерно на 16 сантиметров.
В ходе этого исследования система TARF декодировала различные данные со скоростью сотни бит в секунду, что соответствует стандартной скорости передачи данных для подводной связи.
Эта система TARF позволяет бортовым устройствам, летящим над водной поверхностью, улавливать и декодировать стандарт гидроакустической волны.
В современном мире коммуникационные достижения уже никого не удивляют.