Физики впервые доказали эффект Брэгга в условиях настоящего моря

❋ 4.8

Гидроакустики Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН впервые зарегистрировали эффект брэгговского рассеяния в натурных условиях — в Баренцевом и Карском морях — при зондировании морской поверхности в килогерцовом диапазоне частот. Для дистанционной диагностики параметров волнения они применили оригинальный набор измерительных средств и методов обработки данных.

Институт прикладной физики РАН

# Баренцево море

# звук

# Карское море

# море

# рассеяние

Экспедиции в северные моря — тяжелое испытание для ученых и техники / © Фото предоставлено Дмитрием Костеевым, ИПФ РАН

Исследование поддержано грантом РНФ, госзаданиями ИПФ РАН и ННГУ. Результаты опубликованы в Journal of Marine Science and Engineering.

Проведение морских экспедиций – трудоемкий и дорогостоящий процесс. Однако исследование физических явлений в натурных условиях часто является единственно правильным путем, так как лабораторные измерения и численное моделирование не могут воспроизвести все нюансы реальной морской среды.

Для изучения поверхности морей сверху подходят и радиолокация, и оптика. Звук незаменим для исследований морского дна, поиска подводных вулканов и газовых факелов, которые связаны с залежами газогидратов, для связи с подводными аппаратами. Изучение морского дна помогает составлять карты для навигации судов и обнаруживать месторождения полезных ископаемых. Данные о взволнованности морской поверхности необходимы для исследования взаимодействия океана и атмосферы и решения климатических задач.

Сотрудники Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН провели натурные эксперименты во время рейса № 90 научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» в Баренцевом и Карском морях. Интерес к Арктическому региону не случаен — он имеет важное экономическое и экологическое значение, играет большую роль в глобальной климатической системе.

Эксперименты проводились в мелководной зоне на глубинах до 200 м. Ученые ИПФ РАН использовали гидроакустическую антенную технику, разработанную в институте, и применили бистатическую схему наблюдения, при которой источник звука и его прием разнесены в пространстве. Такая схема дает возможность надежно различать отражение звука от поверхности моря и от дна при дистанционной диагностике.

Для новой схемы эксперимента был выбран и новый локационный сигнал. Обычно при зондировании дна и поверхности используют одиночные импульсы с высокочастотным заполнением (десятки и сотни кГц), что дает хорошее разрешение, но малые дальности из-за затухания в воде. Нижегородцы нашли компромисс между пространственным разрешением и дальностью распространения сигнала за счет оптимального выбора рабочего диапазона частот локации и типа модуляции сигнала в применении к конкретным задачам и акватории.

Участники экспедиции в море Лаптевых / © Фото предоставлено Дмитрием Костеевым

В результате повысилась точность измерений и появилась возможность зафиксировать в морских условиях эффект Брэгга — усиление рассеяния на периодически взволнованной поверхности за счет конструктивной интерференции волн. Такой экспериментальный результат сотрудникам ИПФ РАН удалось получить впервые. До сих пор эффект удавалось изучать лишь в специальных условиях: сигналами на очень низких частотах и слабом волнении.

Новый метод позволил продвинуться и в решении задач диагностики параметров дна. «Морское дно очень изменчиво по рельефу и составу. Подробных карт с параметрами дна для арктических районов пока не существует, что снижает точность расчетов полевых акустических программ, — говорит Дмитрий Костеев, младший научный сотрудник лаборатории виброакустики ИПФ РАН. — Мы применили собственные алгоритмы и создали оригинальную модель рассеяния звука с параметризацией характеристик морского дна в один подстроечный коэффициент, что позволяет проще и с хорошей точностью сопоставить экспериментальные и расчетные результаты».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

ФИЦ ИПФ РАН — одна из ведущих российских научных организаций, с 2016 года является Федеральным исследовательским центром. Располагается в самом центре Нижнего Новгорода. Ежегодно здесь реализуется более 300 исследований, в том числе по крупным федеральным программам. У нас проводятся исследования по физике плазмы, геофизике, лазерной физике и гидроакустике, а также по рентгеновской оптике, наноматериалам, упрочняющим и ресурсосберегающим технологиям.