Исследование моря

Использование лазерной гранулометрии для исследования взвесей Черного моря.

Применение оптоволоконных технологий для осветительных устройств

Самохвалов Сергей Яковлевич, к.т.н.

Горбачев Олег Викторович, к.т.н.

Клименко Александр Сергеевич

Мировые затраты на освещение в среднем составляют 20% всей расходуемой электроэнергии. В южных городах, где почти 300 солнечных дней в году, а температура на верхних этажах летом достигает 60 градусов С, в помещениях без окон, днем включаются электроосветительные приборы, генерируя не столько свет, сколько тепло.

Конечно, можно аккумулировать солнечную энергию, преобразуя ее в электричество, с помощью солнечных батарей. А полученную электрическую энергию можно использовать для освещения помещений с помощью электроосветительных приборов. При этом неизбежно двойное преобразование энергии, и как следствие, большие потери. Использование линзовых концентраторов позволяет снизить стоимость единицы установленной электрической мощности фотоэлектрических преобразователей всего в 2 - 3 раза.

Мы предлагаем использовать гибридные оптоволоконные устройства, которые лишены указанных недостатков. Гибридные оптоволоконные устройства могут осветить до 300 м2 жилой или офисной площади, и предназначены для прямой поставки естественного дневного света внутрь освещаемых помещений. Устройство состоит из параболических зеркал фокусирующих солнечные лучи во входной торец оптоволоконного кабеля, транспортирующего свет в освещаемое помещение. Часть световой энергии преобразуется в энергию электрическую, которая аккумулируется и используется для системы позиционирования и электропитания ламп ночью. Система позиционирования поворачивает коллектор в течение дня, постоянно направляя его на солнце.

В данной работе были проведены исследования, направленные на создание простого, надежного и недорогого осветительного устройства, использующего естественный солнечный свет. Для наведения коллектора на солнце в устройстве применен эффект термического расширения. Это позволяет снизить его стоимость в сотни раз. Полимерный оптоволоконный кабель используется не только для транспортировки света, но и для наведения коллектора на солнце. Коллектор закреплен на фоконе вместе они сужают световой поток до размера входного торца оптического волокна. Фокон изгибается под действием температуры, подобно биметаллической пластине, и постоянно направляет коллектор на солнце, как это делает всем известный подсолнух. Устройство совсем не потребляет электроэнергии, что обеспечивает его высокую экономичность. При хорошей прозрачности полимерного оптического волокна, КПД устройства, находится в пределах 50–80 %, в зависимости от длины кабеля и его качества.

Надежность данного осветительного устройства очень высока. Детали осветительного устройства практически не нагреваются, чем достигается высокий уровень безопасности при эксплуатации. Новизна работы подтверждена двумя патентами.

Авторами данной работы были проведены предварительные испытания уменьшенного макета предлагаемого осветительного устройства, которые показали высокие уровни освещения закрытого помещения. Использование опытного тонкого световода толщиной всего 1 мм, длиной 10 м, позволило осветить помещение 4 кв. м с яркостью 15 лк. И это – при малом размере входной линзы – 10 см. При увеличении размера входной линзы до 30 см и использовании групп волокон толщиной 3 мм, уровень освещенности должен быть выше на порядок, что позволит использовать для достаточного освещения обычной комнаты 15 кв м всего 2-3 подобных устройства.

Прогнозируется большой гарантированный спрос на эти простые и надежные устройства. Объем продаж только в России может составить нескольких миллионов штук. Кроме того, такие устройства позволят осуществлять безопасное освещение во взрывоопасных зонах (шахты, рудники, химические предприятия), а также в помещениях с повышенной влажностью (бассейны, сауны, зимние сады, аквариумы и т.п.). Эти устройства можно рассматривать как выносные окна, или выносные зенитные фонари с кабельной транспортировкой светового потока.

Дистанционное зондирование атмосферы

1.Система дистанционного зондирования атмосферы при помощи сигналов ГЛОНАСС/GPS

Поиск новых доступных и недорогих средств изучения состояния атмосферы приводит к разработке методов, основанных на достижениях в других технических и научных областях. Одним из подобных методов является метод измерения содержания водяного пара в атмосфере при помощи сигналов глобальных навигационных систем, таких как ГЛОНАСС и GPS. Для получения информации о вертикальном распределении водяного пара, газового состава атмосферы, необходимо решить обратную задачу дистанционного зондирования на основе данных измерений задержек электромагнитных волн в тропосфере.

Задержка определяется как разница между измеренным значением дальности до космического аппарата ГЛОНАСС/GPS и рассчитанным значением дальности, определяемым по известному положению космического аппарата и приемного устройства. Таким образом, для осуществления измерения тропосферной задержки необходимо измерения как минимум трех параметров: дальность до космического аппарата, положение космического аппарата, положение приемного устройства.

Разработка программных средств для реализации метода дистанционного зондирования атмосферы сводится к написанию программ, позволяющих осуществлять прием навигационных сообщений и измерений от ГЛОНАСС/GPS приемника, осуществлять обработку навигационных сообщений, передавать данные по сети и сохранять их на удаленном сервере, производить проверку работоспособности имеющихся алгоритмов.

Полученная точность расчета положения спутников системы ГЛОНАСС является удовлетворительной для целей вычисления физических параметров состояния атмосферы на основе данных измерений задержек распространения навигационного сигнала.

Способами улучшения точности данного алгоритма могут быть:

- использование исходных координат спутников в системе ПЗ-90.02;

- спользование точно вычисленного истинного звездного времени;

- применение более точных методов интегрирования;

- уточнение астрономических формул.

Информация о задержках электромагнитных волн в атмосфере, получаемая на основе данных измерений псевдодальностей до спутников и координат местоположения космических аппаратов используется как в численных моделях, осуществляющих расчет влагозапаса атмосферы, так и в системах усвоения данных, предназначенных для использования в численных моделях прогноза погоды.

Представленная наша разработка, представляет рабочий комплекс, позволяющий отрабатывать задачу дистанционного зондирования атмосферы с требуемой точностью, проводить соответствующие научные исследования. Тем не менее, в различных элементах данной системы имеется большой задел для усовершенствования и увеличения качества получаемых данных, улучшения удобства работы с получаемой информацией для конечного пользователя.

2. Дистанционное зондирование атмосферы радиозатменным методом с целью изучения газового состава атмосферы.

Радиозатменные        исследования атмосферы Земли возможны с помощью двух спутников - спутника-излучателя СВЧ-радиосигналов (G) и спутника-приемника сигналов (L), находящихся на орбитах разной высоты и движущихся с разными скоростями относительно поверхности Земли. При заходе спутника L в зону тени Земли относительно навигационного спутника G перигей Т лучевой траектории G^, перемещаясь вдоль линии Т, проходит через ионосферу и атмосферу.

Приемник на спутнике L регистрирует сигналы на двух частотах, изменения фазы и амплитуды которых содержат информацию о характеристиках околоземного пространства вдоль трассы распространения радиоволн G. При допущении о локальной сферической симметрии околоземной среды эти изменения вызваны, главным образом, влиянием областей ионосферы и атмосферы вблизи точки перигея Т лучевой траектории. Далее по измеренным изменениям фаз и амплитуд и по известным эфемеридам спутников G и L можно рассчитать высотный профиль угла рефракции и затем, с помощью преобразования Абеля, найти высотную зависимость показателя преломления в атмосфере, а также электронной концентрации в ионосфере.

Радиозатменные измерения в итоге дают информацию:

Об атмосфере (вертикальные профили плотности воздуха, давлении, температуре, влажности и др.), ионосфере (вертикальные профили электронной концентрации), и отражениях от земной поверхности.

Применение новых методов обработки и анализа навигационных сигналов, регистрируемых спутниками которые позволят проводить максимально возможный объем обработки сигналов непосредственно на борту спутника и сбрасывать напрямую на наземные станции потребителей уже готовую информацию о физических параметрах нижней атмосферы (на высотах 0...50 км) и ионосферы (на высотах 90...400 км). В частности, возможна передача данных в общепринятых режимах APT и HRPT на многочисленные станции приема информации, применяемые ныне во всем мире для приема с метеорологических спутников.

Данные третьего уровня содержат значения физических параметров среды: вертикальные профили коэффициента преломления, плотности, давления и температуры нижней атмосферы, электронной концентрации в ионосфере, структуру внутренних волн и неоднородностей атмосферы, давление водяных паров, распределение абсолютной и относительной влажности, профили угла рефракции радиоволн и другие величины в интересах конкретных потребителей. Более полный набор физических параметров формируется в Центрах анализа и обработки с привлечением дополнительных наземных данных и, при необходимости, уточненных данных орбит спутников