Современные тенденции к перемене климата, а также обнаружение запасов полезных ископаемых в Арктических морях опять приковали внимание человечества к проблеме освоения данных территорий. Сейчас Арктика является одной из ключевых тем на повестке дня для целого ряда стран, которые включились в так называемую «Арктическую гонку». За последние годы приарктическими странами был организован ряд экспедиций с целью уточнения границ континентального шельфа. Данные с этих экспедиций были обработаны и на их основе собраны математические модели структуры морского дна Арктики. Теперь эти данные будут использоваться в организации объединенных наций (ООН) для политического урегулирования вопросов, касающихся спорных территорий.
В последние годы в России сформировалась тенденция наращивания морских работ для обследования и анализа существующих и перспективных запасов полезных ископаемых в Арктических морях. Изучение любого месторождения начинается с проведения геофизических исследований, в том числе – с сейсморазведки. В ближайшие 10 лет основная доля сейсморазведки 2D/3D будет приходиться на арктические моря: Баренцево, Карское, Лаптевых, Восточно-Сибирское и Чукотское моря. В данных акваториях будет осуществляться более 60% 2D сейсморазведки и более 30% 3D сейсморазведки. Выполнение этих видов работ невозможно без качественного навигационного обеспечения с использованием современного оборудования. Получение точных координат - это одно из важнейших условий при проведении любых исследований на море, без точного позиционирования невозможно корректное нанесение обследованных территорий на карту. Однако навигационное обеспечение в Арктике имеет множество особенностей, которые значительно усложняют процесс работы и могут повлиять на конечный результат, давайте рассмотрим их более подробно.
Рис. 1 Пересечение атомным ледоколом «Ямал» географического северного полюса Земли в ПО dKart Navigator
Навигация судна-источника по профилям при выполнении сейсморазведки осуществляется на основе передовых спутниковых технологий. Комплекс обычно состоит из специализированного программного обеспечения для навигации, ГНСС-приемников, приборов глубины и курса, а также аналого-цифрового преобразователя для подачи управляющего импульса в контроллер акустических пушек.
Навигационный комплекc должен решать следующие задачи:
-
Задавать проектные профили;
-
Осуществлять навигацию по профилям на основе графического экрана карты;
-
Выдавать импульс на срабатывание пушек с требуемой частотой по дистанции;
-
Проводить запись позиций офсетных точек;
-
Осуществлять вывод информации на монитор рулевого, для надежной и безопасной навигации по профилям;
-
Экспортировать данные в разных форматах.
Основные особенности навигационного обеспечения сейсморазведочных работ в арктических морях:
-
Суровые условия. Не каждый прибор создан для арктических условий и способен длительное время выдерживать жестокие условия эксплуатации в Арктике. При воздействии низких температур, обледенении, неблагоприятных погодных явлениях, а также вибрации судна при трении об лед и воздействия природных магнитных аномалий, многие датчики, приборы, а бывает и целые комплексы выходят из строя или ведут себя некорректно.
-
Влияние «космической погоды». На погрешность определения местоположения оказывают влияние северные сияния и создаваемые ими ионосферные и тропосферные возмущения. В случае работы в приполярных областях воздействие может усиливаться по причине расположения ИСЗ на низких углах возвышения. Также затруднено использование широко применяемых в спутниковых измерениях математических моделей тропосферы и ионосферы, в связи с недостаточной изученностью влияния атмосферы на распространение радиоволн в этих областях,
-
Ограничения ГНСС. В приполярных зонах GPS спутники находятся под более острыми углами по отношению к приемнику в связи со спецификой геометрии группировки это приводит к возрастанию влияния шумов и ионосферных возмущений на точность измерений. А вот ГЛОНАСС работает точнее и его группировка спутников расположена ближе к высоким широтам, это обусловлено тем, что Россия расположена севернее и система создавалась для работы именно в данных районах.
-
Отсутствие доступного дифференциального сервиса. Для морских сейсморазведочных работ и морских инженерных изысканий при строительстве нефтегазопромысловых сооружений требуется максимально высокая точность навигационного обеспечения. Обычно она достигается с помощью дифференциальных методов позиционирования. Контрольно-корректирующие станции наблюдают искусственные спутники земли из сегмента ГНСС и определяют малейшие отклонения в параметрах их орбит (эфемеридах), а также инструментальные временные задержки атомных часов. Далее эта информация передается по каналам связи и поступает потребителю. Существуют различные дифференциальные методы определения координат, но для морских работ в основном используются глобальные дифференциальные системы с передачей поправок через геостационарные спутники. В приполярных областях данные сервисы в основном ограничены широтами 75-78 градусов, так как расположение этих спутников не позволяет обеспечивать устойчивую связь в этих широтах.
-
Недоработки программного обеспечение для навигации. В следствии того, что программы для морской навигации не разрабатывались для применения в высоких широтах имеют место неоднозначности обработки и отображения данных, которые могут иметь различные проявления. Например, большинство программных продуктов некорректно работают со стереографическими и коническими проекциями, которые обычно используются в приполярных зонах. Выражается это в значительных искажениях при отображении пути (трека) судна на навигационном компьютере. Также большие трудности представляет собой пересечение линии перемены дат, в этих случаях программные пакеты перестают отображать позиционируемое судно с сейсмокосой на экране за несколько сотен метров до подхода к 180 меридиану, а восстанавливают отображение только по прошествии некоторого времени. Надо отметить, что на данные это никак не влияет, замыкающие импульсы сейсмоисточников генерируются корректно. Еще хуже ведут себя навигационные системы, которые используются экипажами судов. Например, отечественный продукт TRANSAS не может использоваться при нахождении судна севернее параллели 84o N. При достижении этой̆ параллели программа перестает отображать путь (трек) судна на экране дисплея, кроме того, имеют место мгновенные перемещения условного знака судна по карте на тысячи километров. Программа в этих условиях не отображает координаты на цифровом дисплее.
-
Специфика определения курса судна. Кроме всего прочего, существуют объективные проблемы, которые затрудняют точное определение курсовых углов. Магнитные компасы выдают недостоверную информацию вследствии наличия большого количества аномалий и частого изменения магнитного склонения, а точность измерения курса гирокомпасами значительно ухудшается севернее параллели 80, на 85 градусе северной широты качество измерений неприемлемо для выполнения навигации.
Рис. 2 Пересечение НЭС «Академик Федоров» географического Северного полюса в ПО SIS
Выводы
Работа в арктических морях даже на современном навигационном оборудовании сопряжена со значительными трудностями. Да, появляются новые инструменты, созданные специально для работы в этих районах, в том числе отечественные. Однако в большинстве случаев используются иностранные приборы и программы, часто бывает, что аналогов для осуществления данных видов работ просто нет. Например, до сих пор отсутствует специальное универсальное программное обеспечение для навигационного сопровождения морских работ, нет и средств для постобработки данных из сеансов спутниковых наблюдений. Стоит также отметить, что большинство спутниковых сервисов дифференциальной коррекции принадлежат иностранным компаниям, и не могут быть использованы с российским оборудованием из-за проприетарных ограничений.
В последние годы появилась положительная тенденция в создании средств навигационного обеспечения из-за появления множества программ импортозамещения. Появляются современные отечественные навигационные приемники и запускаются спутники связи для обеспечения сервисами дифференциальной коррекции. Тем не менее, в большинстве случаев, эти продукты не имеют широкого распространения или могут использоваться только военными пользователями. Для повышения эффективности требуется развитие доступного отечественного дифференциального сервиса высокоточного позиционирования, как на базе геостационарных спутников, так и наземной инфраструктуры ККС. На данный момент точное позиционирование в Арктике возможно только с помощью постобработки методом РРР (precise point positioning) или с помощью приема поправок через сеть интернет, используя спутники связи Иридиум, что безальтернативно и дорого. Существует необходимость изучения влияния возмущений ионосферы и тропосферы на распространение радиосигналов в полярных широтах. Сейчас использование двухчастотных приемников частично решает эту проблему, но также увеличивает стоимость работ. Для определения курса судна в высоких широтах рекомендуется использовать ГНСС компасы или инерциальные навигационные системы.
Чтобы распространение оборудования и сервисов стало повсеместным, необходима значительная работа и совершенствование существующих инструментов, повышение их удобства и надежности. В целях исключения зависимости от иностранных поставщиков и развития собственного рынка систем спутниковой навигации, следует создавать отечественные средства навигационного обеспечения, отвечающие высоким требованиям, предъявляемым при работе в северных широтах.
