Комментарии
Конечно влияют, но про приливы можно целую отдельную статью написать. И учесть их не сложно
При ошибке изменения глубины в десятки метров, заметить добавку от приливов, которая в открытом океане, да ещё и на такой глубине, будет порядка нескольких сантиметров (или миллиметров?), маловероятно
В прошлой статье были вопросы про приливы и я как-то опять обошел это стороной. Но chnav дал вполне исчерпывающий ответ на вопрос про приливы и отливы. Вот ссылка на ответ: habr.com/ru/post/495026/#comment_21450140
Я может неправильно выразился. Измерить величину прилива в открытом океане можно без проблем, но смысла учитывать его, при ошибке измерения глубины на два порядка большей, нет никакого. Допустим получим вместо 10944 ± 40 м величину 10944.05 ± 40 м, и что. Тут даже последняя цифра в метрах никакого смысла не несёт, только видимость точности, что уж говорить про сантиметры.

Я покапитаню, но почему используются ping-pong локаторы? Взять ping-девайс с точными часами. Утопить (грузик из обеднённого урана утопит что угодно даже во ртути). Послушать pong (с меткой времени). Как минимум, это уменьшит неопределённости раза в два.

Сначала так и делали — бросали взрывчатку с таймером. Здесь просто куча ньюансов: утопить придется довольно сложный, габаритный, дорогой и сильно потребляющий девайс. Ляжет он непонятно куда (важно же еще определить позицию!). И можно было бы его сделать самовсплывающим. Но опять же — это дорого, сложно, долго и это все-таки 10+ км — антенны на такие глубины это отдельная история. Это первое, что приходит на ум, уверен — там еще много всяких «но». Все-таки занимаются этим лучшие специалисты в этой области на планете.

Позицию определить можно с помощью триангуляции (три-четыре лодки с GPS'ом на расстоянии 500 метров друг от друга, не?).


Кстати, триангуляция помощью нескольких синхронизированных пингеров — тоже интересная идея. Синхронные пинги на разной частоте (чтобы различить). 3 излучателя, три приёмника. Приёмники знают время пинга и своё положение.

Конечно можно. Но тут опять проблем возникает больше, чем решается. Как минимум база в 500 метров для глубины 10+ это так себе геометрия. Там уже будет не просто вертикальный канал, для которого более-менее можно сделать трассировку луча, а минимум три наклонных. Одним частотным разделением это не не решается, для таких задач используют сложные сигналы. Если ткнуть пальцем в небо и попытаться прикинуть точность системы с такой конфигурацией, я бы сказал что сотня-другая метров.
Ближайшая аналогия — мультилатерациия (MLAT). Приемники должны быть в углах квадрата со стороной не менее 15 км. Погрешность в сотню две метров иногда наблюдается.
image

Только при измерении каждой из дальностей тоже погрешность 40 м, как и при измерении глубины.

А еще можно утопить нейтринный излучатель и ловить их на поверхности. Расстояние будет определено прямо совсем-совсем точно

Кстати, интересная идея. Только ловить дооолго придётся. Плюс наводки от других частиц. Плюс возить с собой с кубический километр воды — то ещё занятие.

Зачем возить с собой в океане кубический километр воды, там её что, не хватит?))
Кстати, на Байкале есть нейтринный детектор. Вода конечно не морская, но и не дистиллированная.
Зачем вообще возить эти нейтринные детекторы. Нейтрино без проблем пролетит сквозь Землю и будет детектирована.

… Хм, интересная идея. Но генератор нейтрино — на удивление тяжёлая штука. Плюс, пара "источник-детектор" только-только делаются первый раз в фермилабе, насколько я знаю.

Одноразовые импульсные генераторы нейтрино уже полвека стоят на вооружении. Единственная техническая проблема защитить их от высокого давления.

А если серьезно, то были же новости о измерениях скорости нейтрино, та которая с превышением скорости света. Разве там не источник — детектор?
Взять ping-девайс с точными часами.

Проблема же не в том, что мы синхронизироваться не можем, проблема в том, что мы не знаем скорость распространения сигнала в среде.
Ну выяснили мы, что сигнал идет секунду, с точностью до 1нс. И что? Мы скорость не знаем, а значит расстояние не можем посчитать. Статья как раз об этом.
пусть он дает пинги все время погружения, каждую секунду, например, и считает пройденный путь инерциальными датчиками, кодирует и тоже отправляет. Так эту таблицу «скорость звука — глубина» можно будет снять напрямую
А для чего вообще стремится к такой точности измерений? Там же после каждого землетрясения может все поменяться.
Очень хороший вопрос. Вот с одной стороны: зачем нам с точностью до миллиметра знать расстояние до луны? Мне нравится как на подобные вопросы отвечает астрофизик Сергей Попов. В том духе, что люди целый WiFi изобрели, стараясь найти вспышки от испаряющихся черных дыр, которые предсказал Хоккинг. На таких вещах отрабатывается куча технологий, которые потом используются в подводном бурении, прокладки кабелей, позционировании водолазов и куче всего. На самом деле на этот вопрос можно отвечать очень долго и со вкусом )
Вот с одной стороны: зачем нам с точностью до миллиметра знать расстояние до луны?
Ну, может, чтобы узнать, что Луна удаляется от Земли с каждым годом на 3,8 см?
Это был риторический вопрос) Я сторонник простой мысли, что знать что-то и знать это все точнее — лучше в любом случае. С другой стороны кто-то может спросить, мол, а зачем нам знать что Луна удаляется? Зачем знать что скорость вращения Земли неравномерна и менятся? И так до бесконечности.
Уточню вопрос. Зачем измерять непостоянный параметр? Технологии как раз можно на исследованиях всего дна обкатывать. Это как высчитывать точную, до сотых миллиметра, высоту березы.

Тут пока неоднозначность не станет меньше диапазона быстрых изменений — можно и нужно повышать точность. Плюс расскажу из совсем частной области: периодически в статьях попадается утверждение, что модель для плотности и скорости звука в воде после 6 км не особо адекватна, тк данных экспериментальных за 6000 в целом маловато.

А для чего вообще стремится к такой точности измерений? Там же после каждого землетрясения может все поменяться.

Ну может вы акциями на бирже торгуете. Если точно померяете в нужных местах, то вероятно сможете заранее знать когда упадут акции к примеру японских компаний.
Батискафом погружаемся, вручную находим самое глубокое место.
Измеряем глубину по длине кабелей — мотаем медь и оптику, для точности. Точность там до метра и даже меньше.
Выпрямляем кабели натяжением. Температуры влиять будут мало, но и их можно мерить набором датчиков по всей длинне.

В общем, технически задача точного измерения вполне решаема. Другое дело — это дорого и не имеет практической пользы.
Очень сложно обеспечить вертикальность такой штуки. И даже отследить степень невертикальности будет непросто. И да, это дорого и долго: все-таки почти 11 км.
Во-вторых, я сейчас голову на отсечение не дам, но мне когда-то попадалось у Перельмана (кажется) задача о предельной длине веревки на земле. Там суть в том, что у каждого материала есть предельная длина «веревки», которую можно сделать из этого материала, когда все упирается в предел прочности — «веревка» не выдержит собственный вес.
Проводятся ежегодные конкурсы на тему космического лифта. Одна из четырёх дисциплин — разработка троса. Конечно, к тросу для погружения в океанские пучины могут предъявляться специфические требования. Но натяжение, конечно вопрос не менее сложный.
Кстати да, тоже вспомнил про космический лифт. Я все пытаюсь найти ту задачу, про которую читал еще в школе. Мне кажется что речь шла именно о якорной цепи, но возможно, память изменяет мне, и разговор был про трос для космического лифта
Не припомню именно эту. Жаль, Перельмана сейчас читать не принято. Вот в формате бы подкастов — может юннаты и подтянулись бы.
Во всяком случае, будет получена гарантированная оценка сверху: глубина не больше чем L.

Далее, «гравитационные» (или как там их правильно называть) датчики сейчас идут по цене компостной кучи, во всяком случае те, что встраиваются в телефоны. Не то чтобы они прецезинные, но во всяком случае имеют вполне осязаямую точность и позволяют получить адекватную картину мира.

Далее стоит иметь ввиду, что все отклонения троса от вертикали имеют второй порядок малости (косинусы, все дела), а про скручивания так сразу не скажу, но, наверное, это как мимниму третий, если не четвёртый порядок.

Цена мне кажется вторична, тем более в таком пафосном исследовании. Просто гонять эти океанические лайбы и проводить там время, стоит немало.
Там суть в том, что у каждого материала есть предельная длина «веревки», которую можно сделать из этого материала, когда все упирается в предел прочности — «веревка» не выдержит собственный вес

В вакууме — да. Но в воде же можно использовать силу Архимеда и сделать веревку даже невесомой, закрепив на ней по всей длине небольшие поплавки.

И для более-менее приличных сталей там приводились значения порядка 8-9 км, если я правильно ошибаюсь

Да, была такая проблема (https://math.ru/lib/book/djvu/perelman/zanim_mech.djvu глава 7), но думаю, с современными материалами это уже не особо важно — синтетика достаточно прочна, при этом сильно легче металлов.
О, спасибо огромное за ссылку! Да, с синтетикой скорее всего ситуация иная. Хотя так однозначно я бы не поставил на это деньги — там есть еще проблемы трения каната об воду, парусность и т.п.
А как вы, простите, натянете медный трос, если где-то там течение на восток, а еще есть на запад и на юг, на разных глубинах? А оно есть, вопрос только в скорости. Да и высота в течении может быть десятки и сотни метров.
Лебёдкой?
Что-то сомневаюсь, что подводные течения, причём в основном обтекающие трос, а не толкающие его, способны пересилить мощный мотор.
Есть, конечно, опасность порвать трос, но по крайней мере мы зафиксируем длину размеченного троса в момент разрыва.
Трос, понятно, крепится к буру в дне впадины.
Они способны вообще этот трос растянуть и выгнуть, порвать.
Дело в поверхности. Когда у вас тросс 10мм и его длина 1км, то это фактически как парус 10м2.
Оно вроде как и ничего, но при движении воды вдоль него будет создаваться сила достаточная для сдвигания большого корабля. Хотя сначала его выгнет дугой.
Для примера возьмите «трос» длиной 30м и попробуйте его натянуть на воздухе при ветре. В воде будет на пару порядков сложнее. Он же еще будет плавать-тонуть в зависимости от слоя, который проходит.
На разных глубинах разные течения. Не скажу, что они взаимно компенсируются, но выгнет трос явно не дугой, а синусоидой.
А про «плавать-тонуть» не понял: на какой глубине плотность воды выше плотности металла?
А какая вам разница, в какой форме его выгнет, если вы не можете подсчитать разницу с прямой?
Плотность воды меньше, но это не значит, что на метал в ней не испытывает силу Архимеда. Трос, возможно, прийдется частично разгружать, чтоб не порвался в процессе.
А я разве предлагаю посчитать разницу с прямой?
Я предлагаю лебёдкой довести её до минимума.
40м на 10км = 0.4%.
Длина троса зависит от температуры, его натяжения(растягивание, кольца), наклона относительно точки крепления, ровности натяжения( в том числе и от течений).
Это только навскидку проблемы. А вы даже не можете угол проконтролировать и точку закрепления, поскольку радио проходящее через 10км воды не дает нужной точности.

Растяжения троса не имеют значения внутри троса оптоволокно, в конце зеркало, этого достаточно. Влияет только изгиб.

Тогда оптоволокно порветься. Оно практически нерастяжимое. А если его не в натяжку, смысл потеряется.
Но даже если вы точно знаете длину тросса это вам не поможет, поскольку вы не знаете, натянут он или кольцами свит(ну большими кольцами, по полкилометра)

Оно не настолько не растяжимо насколько я понимаю сравнимо со стальными и прочими волокнами из которых можно делать трос который не разорвёт под собственным весом.

Мы же про трос говорим. И стекло внутри. И 11 км. Трос БУДЕТ менять геометрию при разной температуре, стекло внутри тоже, но с другим коэфициентом. Проскальзывать стекло фактически не будет(11км все же).
Порвется. В таких условиях метр бетона можно сломать.
Геометрия нам не важна. Главное — чтобы ровно висело. Длинну измеряем не по длинне троса, а по прохождению сигнала туда-обратно. Поэтому температурные деформации по длине и толщине нам не важны.
Рваться не будет, если уравновесить трос по всей длине поплавками, нулевая плавучесть (можно даже активные, с переменной плавучестью, демпфировать изменения плотности воды от температуры и солености).
Технически все это возможно. Вопрос в цене и целесообразности.
Если вам не важна геометрия, возмите ленточку 3м, дождитесь ветра и померяйте ей высоты этажа на улице.
То, что у вас «ровно висит» в начале 11км трос вообще ничего не говорит о глубине и длине вытравленного троса. Если разгружать — то ситуация ухудшается.
Если уж упарываться в абсолютную точность — ставим мини-буксиры (хрень с моторчиком и винтом) каждые 50 метров глубины, лазерные гироскопы для абсолютной вертикали.
Как говорил наш препод по измерениям неэлектрических величин — меры по компенсации искажений не ограничены даже маразмом. Не дословно, но смысл такой.
А почему не используют гироскоп?
Бросили на дно, проинтегрировали и получили длину пути во вселенной.
Убрали суточное вращение планеты, выделили радиальную составляющую перемещения и получили глубину, нет?
«Это путь в ад, Франческо, друг мой» (С)
Я не специалист в гироскопии, но как мне кажется, на данном этапе развития гироскопии, это пожалуй, один из, если не самый сложный и неточный метод ). Либо фантастически дорогой.
Да я тоже не специалист, теоретизирую просто.
Фитнес-трекер же показывает плюс-минус 10 метров на 11 километров (без GPS), примерно Ваша точность. Наверняка есть девайсы поточнее у космонавтов или летчиков.
Фитнес трекер считает «шаги». Если не ошибаюсь, задача в целом решается акселерометром (плюс-минус). На тонущем девайсе «шагов» не будет.
Как минимум, можно в дополнение к эхолоту собирать не профиль солености/температуры воды бутылочками, а опустить на дно 5-метровую горизонтальную штангу с ультразвуковым излучателем на одном конце, и микрофоном — на другом, и замерить скорость звука хоть через каждый метр.
Совершенно справедливо. И даже не надо 5-метровую, и даже 1-метровую не надо. Девайс называется Sound velocity sensor и выглядит вот так.

Другое дело что температура и соленость нужна в среднем большему числу исследователей, чем скорость звука.

Насколько помню лазерный для самолёта стоит около 40 тыс $ но основная беда в том что нужно ещё сделать коробку которая позволит ему жить на глубине в 11км .

А почему бы не использовать оптический способ, как в случае с Луной? Берём импульсный киловатный лазер с малой длиной волны, желательно ультрафиолетовый, топим пластину с уголковыми отражателями с двух сторон, ночью сканируем лазером дно в поисках пластины, измеряем время до получения блика, и делаем триангуляцию с определением координат лазера по GPS. Пластину можно потом поднять на тросе, и использовать повторно.
Лазер на 11 км не стрельнет в воде, тем более назад ничего не вернется )
Прикинул — да, затухание слишком велико. Но можно предложить другой оптический метод. Опустить до дна параллельно 3 тросса с оптоволокном, так, чтобы на каждые 50 метров длины тросса приходился либо источник, либо приёмник света, работающий в обоих направлениях — к поверхности и дну. Тогда, подавая с поверхности короткие импульсы света через оптоволокно в определённую точку троса, и принимая его объективом, передающим свет через оптоволокно на поверхность, одновременно на всех трёх троссах, можно, измеряя задержку импульса, измерить расстояние между источником и всеми смежными с ним приёмниками. Быстро сделав это по всей длине троса, можно триангуляцией построить пространственную конфигурацию троссов, и таким образом измерить расстояние от поверхности до лежащих на дне якорей.
Все методы основанные на эхо/радиолокации разбиваются о то, что нам необходимо точно знать скорость звука/света в воде, а та зависит от температуры, солёности и даже давления (потому как на тех глубинах воду уже нельзя считать несжимаемой жидкостью). Плюс-минус лапоть посчитать конечно можно, что и было сделано полвека назад, но вот с точностью до пяти знаков пока не выходит.

PS: Методам основанным на триангуляции добовляет сложности то, что неоднородности воды залегают слоями, и звук/свет пущенный не строго вертикально ещё и слегка преломляется в сторону и идёт не по прямой линии.

PPS: Опускать гирлянды датчиков/камер и по ним высчитывать поправки к скорости очень хорошая идея, потому как кроме собственно определения глубины можно получить много интересных данных об океане, но вспоминается выставленный в музее батискаф с толщиной стенки сантиметров 15. Каждый датчик придётся паковать в стальную сферу размером с мультиварку, плюс как-то герметизировать шину питания и данных. Сколько это будет весить и стоить — думать страшно. Впрочем, при массе «колбасы» датчиков в десятки тонн можно даже не включать питание — при таком весе её почти не будет изгибать течениями и достаточно просто измерить длину высокотехнологичной «верёвки».
Ну Джеймсу Кэмерону для погружения в Марианскую впадину хватило «каких-то» 5 см толщины стенки титановой сферы.
Датчик, вполне вероятно, может быть пассивным. Оптоволокно, например, может использоваться как чувствительный протяжённый датчик вибрации. Если несколько таких датчиков погрузить в сейсмически активной зоне, по запаздыванию прихода откликов от подводных землетрясений с разных датчиков и разных глубин можно построить трёхмерную карту глубин.
Показатель преломления морской воды (а значит и скорость света в ней) меняется на 0,02% на 1% солёности. Солёность Тихого океана колеблется в пределах 1%. На 11 километров глубины это даст 2,2 метра погрешности. Забором проб на различных глубинах и измерением их солёности этот результат можно улучшить. Изменение показателя преломления от давления можно легко учесть, профиль давления известен с хорошей точностью.
В моей схеме нет погружных датчиков и камер — только волоконные световоды и объективы, которые могут быть водонаполненными, не требуют никакой защиты от давления, и могут быть маленькими и лёгкими.
Для увеличения точности можно добавить калибровочные объективы, расположенные на небольшом жестко фиксированом расстоянии от некоторых из источников света — с их помощью можно измерить скорость света в воде конкретно для этой точки океана.
Поискать участок спектра, в котором вода прозрачна для излучения? Пусть не лазер, а мазер какой-нибудь получится. Или еще что — не принципиально. Главное не звук, а электромагнитные волны.
Да все уже поискали и проверили. Сине-зеленый участок спектра. Лучшее, на что можно надеяться — сотню-две-три метров в идеальных условиях. На 11 км шансов просто никаких. Там дело не столько в затухании даже (тут точно не скажу) а в том, что океан — в нем много всего плавает мелкого.
Электромагнитные в плане радио в соленой воде еще хуже проходят. Там речь о десятках метров на сверхдлинных волнах и никакой речи о точных измерении дальности.
Ну в атмосферном воздухе тоже много чего летает, но для некоторых частей спектра он практически прозрачен. Есть же какие-то устройства для дальней и сверхдальней связи для субмарин в подводном положении.
КМК существует и используется система односторонней связи с подлодками. В роли передатчика используется ускоритель частиц.
Есть же какие-то устройства для дальней и сверхдальней связи для субмарин в подводном положении.

Есть конечно, только вот передатчик в два с лишним мегаватта мощности и 60-километровой антенной не столько излучает привычные нам радиоволны, а скорее модулированно раскачивает магнитное поле Земли. И CPS у него три буквы за 15 минут, для сигналов точного времени подходит слабо.

Стоит сказать, что связь там до глубины в несколько десятков метров, может сотня. Ни о каких километрах речь вообще не идёт, и конечно для измерении времени распространения, как вы верно заметили, оно совсем не подходит

Есть же какие-то устройства для дальней и сверхдальней связи для субмарин в подводном положении.

Да, есть! Как ни странно, опять звуковые :). Вон если на графики посмотреть, там где изломы кривых солёности и температуры находится так называемый подводный звуковой канал — звуковая волна распространяется в нём как свет в световоде — преломляясь с отражением назад на глубинах бОльших и меньших глубины канала. Звук распространяется там очень далеко. Вики пишет о сотнях и тысячах км.

отличная задача для робота к Европе (спутнику Юпитера). Пусть поплавает на такой глубине, заодно и измерит точнее…
А по давлению воды мерить глубину нельзя? Одна атмосфера — десять метров, ну
и так далее…

Ну а по принципе узи/кт и подобного, нельзя собрать побольше данных и построить модель профиля толщи воды?
Хотя тут наверное понадобится немало техники на большой площади.

И источник излучения с мощностью, достаточной для дезинфицирования приповерхностного слоя планеты.
Я наверное скажу сейчас глупость…
А как вообще «спидометр» для кораблей работает? Как посчитать эти узлы/час?
Наверняка это какоето устройство которое считает движение воды, вопрос насколько точно он работает?
Что если прикрепить этот «спидометр» на не большой подводный дрон который отправить на дно, попутно измеряя скорость/расстояние?
Тут вроде что-то такое уже предлагали если не путаю. Да, скорее всего можно что-то подобное сделать и наверное делали. Нет гарантий что девайс будет тонуть строго вертикально. Я конечно не считал, но мне кажется преимуществ по сравнению с MBES (Multi Beam Echosounder) не будет.
Топить, так топить… )) А нельзя ли, скажем, утопить 20-30 устройств, погружая их с определенным временным промежутком? Ну и обеспечить связь между устройствами, фиксируя скорость передачи между устройствами на разных глубинах и поверхностью… Ну и т.д…
Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.