Снега, ветра…и белые медведи

Экспериментальный образец автономной автоматизированной метеостанции «АрктикМетео» создан в ИМКЭС СО РАН коллективами сразу нескольких лабораторий под руководством доктора технических наук Владимира Королькова. Новая уникальная станция полностью адаптирована к экстремальным условиям Крайнего Севера. При ее разработке предложен ряд новаторских инженерных решений.

…Там, где всегда мороз

– Арктическое направление имеет сейчас особенное значение, как с экономической, так и с научной точки зрения. Арктику называют «кухней погоды», она оказывает значительное влияние на формирование климата, – говорит Владимир Александрович. – Поэтому здесь необходимо проводить комплексный мониторинг, который невозможен без современного оборудования, способного выдержать испытание экстремальными условиями: температурой до минус 60-70 градусов по Цельсию, ветрами скоростью около 60 метров в секунду, снежными заносами, встречей с белыми медведями.

При этом, по словам руководителя проекта, обязательным условием качественных измерений является создание плотной сети станций, что крайне трудно осуществить из-за малого количества населенных пунктов в Арктике. Таким образом, новое оборудование должно успешно работать по «безлюдной» технологии, в полностью автономном режиме не менее года. Новая станция «АрктикМетео» полностью соответствует этим характеристикам. При ее разработке коллектив специалистов применил ряд новаторских технических решений. Автономность, непрерывность работы, наличие комбинированного источника питания (с использованием водородных топливных элементов), вандалоустойчивость – вот так можно кратко их описать.

Умная начинка

Внешне станция похожа на какой-то небольшого размера инопланетный корабль из фантастических фильмов: ящик, внутри которого находится «умная начинка», на высоких ножках; венчает его десятиметровая мачта, необходимая для измерения параметров ветра. «АрктикМетео» должна уметь многое: обеспечивать измерение десятка основных метеорологических параметров, в числе которых скорость и направление ветра, давление, влажность, количество осадков, интенсивность солнечной радиации. Все эти измерения должны быть полностью автоматизированы, а сама станция должна соответствовать нормам, предъявляемым Всемирной метеорологической организацией к такому классу оборудования (например, строго регламентируются требования к условиям измерений – расположение метеодатчиков, их высота над уровнем земли).

– Для того чтобы оборудование работало в экстремальных погодных условиях, выдерживало сильные ветра, налипание снега и обледенение, мы специально разработали метеодатчики нового типа, в основе работы которых лежат акустические, оптические и электронные методы измерения, – объясняет В.А. Корольков.

Для обеспечения автономной работы станции ученые использовали новый гибридный источник питания на основе водородных топливных элементов и солнечных батарей. Из-за отсутствия постоянного сетевого источника питания метеостанция должна проработать минимум год на том источнике питания, которым она снабжена. Ветрогенераторы, перспективные для использования в теплом климате, в Арктике оказываются слабым звеном, солнечные панели, которыми хорошо и удобно пользоваться в течение полярного дня, окажутся на скамье запасных с наступлением полярной ночи. Однако именно применение для этих целей компактных топливных элементов на основе метанола позволит продержаться в самое суровое для Арктики время!

Универсальный солдат

Разработчики продумали буквально каждый сантиметр конструкции, чтобы сделать ее неуязвимой для непрошенных гостей – белых медведей, чья численность резко выросла в последнее время. Дикие животные, чья среда обитания нарушена глобальными изменениями климата, не прочь поозорничать со странными, на их взгляд, объектами. В Арктике каждый шаг должен быть просчитан, в конструкции метеостанции нет ничего случайного – даже высокие ножки! Может показаться, что более устойчивым и надежным было бы оборудование, имеющее вид контейнера, но, оказывается, в таком случае оно бы очень быстро пострадало от снежных заносов. Кроме того, наличие ножек позволяет достаточно просто поставить станцию в нужном месте, не проводя каких-либо сложных инженерных работ по подготовке площадки для ее размещения: ее даже вкапывать в грунт не нужно! Оказывается, такое действие бы только нанесло вред, ведь это бы ускорило негативные процессы деградации вечной мерзлоты.

Можно сказать, что станция – это универсальный солдат, которого можно забросить в Арктику на год, «АрктикМетео» будет исправно выполнять свои обязанности – регистрировать весь спектр метеопараметров и непрерывно передавать их удаленному пользователю через один из трех каналов связи – интернет, сотовую или спутниковую связь (кстати, в условиях Арктики в большинстве случаев работает лишь последняя).

Следующим этапом должны стать создание опытного образца изделия и подготовка производства для его серийного выпуска на базе индустриального партнера – компании «Сибаналитприбор», а также внесение «АрктикМетео» в российских реестр средств измерения и прохождение специальной аттестации для возможности использования в системе Росгидромета. Как отметил руководитель проекта, для этого необходимо привлечение финансирования в размере 100 миллионов рублей, и уже через полтора-два года в Арктику может прийти уникальное оборудование, разработанное российскими учеными и собранное полностью из комплектующих отечественного производства.

На Красной площади и в поле

Пока один из «членов семьи» метеокомплексов, разработанных в ИМКЭС СО РАН, только находится на пути его внедрения в Арктике, его «старший брат» уже занял свое почетное место: автоматизированный метеокомплекс производится по гособоронзаказу, им снабжаются новые виды вооружений РФ. Во время юбилейного парада Победы, который прошел в июле 2020 года, разработчики увидели его на нескольких военных машинах, которые прошли через Красную площадь.

Оказывается, метеокомплексы могу стоять еще и на страже продовольственной безопасности нашей страны! Сейчас совместно с Департаментом сельского хозяйства Томской области реализуется пилотный проект по созданию сети метеостанций на территории нескольких хозяйств, которая не просто снабжает агрономов необходимым набором данных, но предлагает им аналитическую информацию для принятия различных экономических решений.

– Сельское хозяйство относится к числу отраслей, которые напрямую зависят от метеоинформации, ведь на ее основе выбирают оптимальное время для начала посевной и сбора урожая, проведения обработок от вредителей, включения дорогостоящих систем полива. Если раньше многие разработчики шли по пути создания маленьких переносных станций, которыми бы мог пользоваться агроном, то наша идея качественно иная – сформировать современную сеть, которая будет собирать весь необходимый спектр данных и анализировать их.

Пока проект будет проходить «обкатку» в течение года, затем в планах специалистов из ИМКЭС СО РАН тиражировать этот опыт: к нему уже есть интерес со стороны аграриев Алтайского края и виноделов из Крыма.

Проект «АрктикМетео» реализован в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы». Объем финансирования проекта составил 150 миллионов рублей, в том числе с привлечением средств индустриального партнера – компании «Сибаналитприбор».