Аэрогеофизическая съемка в зоне сочленения хребта Ломоносова с шельфами морей Лаптевых и Восточно-Сибирского («Арктика(2007») Аэролаборатория «МАГНИТ» на борту самолета ИЛ-18Д RA-75713
Участники аэрогеофизической экспедиции
Техника безопасности обязывает: каждому участнику по парашюту
В период с 3 мая по 4 июня 2007 г. выполнена комплексная аэрогеофизическая съемка в районе зоны сопряжения хребта Ломоносова с шельфами морей Лаптевых и Восточно-Сибирского с целью определения тектонической природы хребта Ломоносова и обоснования внешней границы континентального шельфа Российской Федерации. Аэрогеофизические наблюдения выполнялись в пределах 100 км полосы профиля ГСЗ «Арктика-2007» длиной 700 км в масштабе 1 : 1 000 000. Ведущим методом аэрогеофизических исследований являлась магнитная съемка с попутным выполнением аэрогравиметрической съемки. В качестве носителя использовался самолет ИЛ-18Д, дооборудованный шестиметровым хвостовым коком, в котором размещены датчики магнитометрической системы. Схема залетов определялась масштабом съемки и дополнялась секущими маршрутами, с помощью которых можно было построить рациональную местную опорную сеть. Как показали исследования, оптимальные соотношения расстояний между рабочими и секущими маршрутами находятся в пределах от 1/3 до 1/20. Такая сеть обычно достаточна и для учета вариаций косвенным способом. В общем рациональная сеть выбиралась по максимуму эффективности и минимуму стоимости работ.
Высота съемки выбиралась минимальной, равной 500 м, и диктовалась только безопасностью полетов. При съемке на малых высотах появляется возможность выделить аномалии от слабомагнитных приповерхностных геологических объектов. Выбранная высота полета была выдержана в процессе съемки. Если высота в процессе съемки меняется из-за погодных условий, то измеренные значения приводятся к заданной высоте с учетом нормального и аномального градиентов.
Положение секущих маршрутов и расстояние между ними определялись характером изменения вариаций геомагнитного поля в момент полетов по рабочим маршрутам. Характер изменения вариаций оценивался по ближайшей к участку работ МВС (обсерватория п. Тикси).
Всего выполнено 11 рабочих, 1 диагональный и 7 секущих маршрутов. Также выполнены повысотные и детализационные маршруты. Расстояние между рабочими маршрутами 10 км, среднее расстояние между секущими 100 км. При проведении аэрогеофизических работ использовалась система спутникового позиционирования, которая предназначалась для решения трех основных задач:
1. обеспечение работы гравиметра ЧЕКАН-АМ;
2. синхронизация записи информации по спутниковому времени;
3. осуществление геодезической привязки полученных аэрогеофизических данных.
В качестве приемника информации GPS использовалась аппаратура фирмы JAVAD – Lexon GGD 112_T, работающая со спутниковыми системами Navstar и Glonass на частотах L1 и L2 с частотой позиционирования 10 раз в секунду в координатной системе WGS 84. Обработка данных выполнялась с помощью программного обеспечения Ensembl и Pcwier той же фирмы. Использовалось два идентичных комплекта аппаратуры.
Один из приемников был смонтирован на борту самолета и обеспечивал геодезическую привязку и единое время (UTC) для гравиметра и магнитометров и запись спутниковой информации в файлы с расширением *.jps на отдельный компьютер для дальнейшей обработки. Второй приемник был установлен на побережье в месте установки магнитовариационной станции для получения данных, необходимых для проведения постдиффкоррекции и увязки по времени вариаций магнитного поля. Перед началом летных работ и после их окончания была проведена суточная запись спутниковой информации на базовой станции в г. Тикси для определения ее координат и определения RMS позиционирования, а также для уточнения взаиморасположения базовой станции и самолета на стоянке. Перед каждым вылетом проводилась настройка и поверка спутниковой системы навигации с помощью составной части программы Ensembl–Planning, для определения числа видимых спутников и PDOP.
Фактически выполненный объем аэрогеофизических работ
Сравнение результатов о высоте полета ВС (RMS по высоте как правило выше RMS по горизонтальным координатам) по данным реального определения и по постдиффкоррекции, сделанной с учетом навигационных координат базовой точки по двум частотам L1 и L2, и только по L1 показывает полную идентичность высот со смещением по вертикали не более 1м для второго способа диффкоррекции и 1,5 м для первого, что связано с приведением высоты полета к системе координат базовой точки. То есть точность привязки по высоте в реальном режиме не хуже точности привязки после диффкоррекции по L1, средняя RMS определения местоположения которой не превышает 3 м по всем вылетам.
Аэрогравиметрическая съемкаУчитывая трудности выполнения аналогичных работ в СЛО над хр. Менделеева в 2005 г. И повышенные требования к результатам измерений в районе Северного полюса пришлось отказаться от использования затушенных струнных гравиметров в подвесе Кардана и барометрического способа оценки вертикальных ускорений как основных способов гравиметрических измерений. Для выполнения работ был использован гравиметр «Чекан-АМ» на инерциальной платформе маятникового типа. Гравиметр разработан и изготовлен ФГУП ЦНИИ «Электроприбор». Это модифицированный для аэрогеофизических работ вариант морского гравиметра с сильнозатушенным упругим кварцевым чувствительным элементом с постоянной времени ~ 40с. Одной из особенностей этого прибора, обусловленной принципами построения работы самой платформы и чувствительного элемента гравиметра, является медленный выход на рабочий режим после разворота самолёта. Время успокоения гравиметра после разворота составляет (3÷5) мин. По две минуты с каждого конца маршрута необходимо оставлять на сглаживающий фильтр. Учитывая это, самолёт выходил на маршрут заблаговременно за (5÷7) мин до начала участка.
Аэрогравиметрический комплекс
Гравиметр «Чекан-АМ» был установлен в салоне самолета ИЛ-18Д, центральный прибор гравиметра был размещен в диаметральной плоскости самолета в центре второго салона. Крепление центрального прибора было произведено через 2 угловых кронштейна, перпендикулярных оси «нос—хвост» самолета. Между штатной установочной плитой и угловыми кронштейнами под болты были проложены резиновые
амортизаторы для уменьшения влияния на гравиметр вибрации и ударов, возникающих при посадке. На центральный прибор гравиметра был на дет поролоновый кожух для повышения его термозащищенности.
Для обеспечения электропитания гравиметра в случаях продолжительного (до одного часа) отключения бортовой и наземной сети помимо источника бесперебойного питания Smart_UPS 1000XL использовалась дополнительная аккумуляторная батарея Battery Pack.
Так как основным методом были магнитные измерения, то выбор погоды и режим полётов определялись, в основном, исходя из требований магнитной съёмки, а они не всегда были благоприятны для гравиметрических измерений. В результате помехи (вертикальные и горизонтальные ускорения самолёта) оказались большими, и составили в среднем за сезон примерно 25 Гал, достигая при подворотах до 50—80 Гал. Для повышения точности барометрических измерений вместо штатного приёмника воздушного давления (ПВД) был установлен более качественный ПВД-18 в менее турбулентной зоне. Результат оказался положительным, шумы барометрических датчиков заметно уменьшились. Такое внимание к барометрическим датчикам обусловлено большой удалённостью района работ от базовой станции (от 850 до 1500 км) GPS. На таком удалении послеполётная обработка навигации с опорой на базовую станцию уже невозможна. Опыт прежних лет показывает, что как баровысотомер, так и канал высоты GPS имеют определённый дрейф. В качестве опорного датчика высоты использовался штатный для этого самолёта радиовысотомер РВ-21, который не даёт достаточной точности, но не имеет дрейфа. Обработка измерений проводилась по алгоритму, предусматривающему разбраковку данных, корректировку одиночных сбоев, вычисление гравитационных поправок, синхронизацию данных гравиметра и поправок, вычисленных по навигационным данным.
Аэромагнитометрический комплекс, расположенный в хвостовом обтекателе самолета
Аэромагнитная съемкаАэромагнитная съемка выполнялась с помощью четырех магнитометров: четыре датчика МЧБ-1, измерителя ИМ-4 и преобразователь частота-код (ПЧК). Использовались две независимые регистрационные системы на случай возможного сбоя (отказа) аппаратуры. Датчики МЧБ-1 были расположены в хвостовом коке самолета ИЛ-18Д. Технические характеристики МЧБ-1 (по сертификату ВНИИМ им. Д.И. Менделеева):
- диапазон измерений 20 000÷100 000 нТл;
- СКО 0,002÷0,004 нТл;
- изменение показаний при отклонении угла ориентации оси датчика на 20° составляет 0,2 нТл.
Магнитовариационные станции (МВС) были установлены в местах, удаленных от линий высоковольтных передач и магнитных объектов в области слабоградиентного поля: одна в районе п. Тикси-3, другая – в районе обсерватории и третья (контрольная) — в районе аэропорта базирования для принятия решений о вылете. Магнитовариационные станции были сделаны на базе квантового пешеходного магнитометра типа ММ-60, который был дооборудован системой обогрева датчика на переменном токе и регистратором, позволяющим записывать вариации МПЗ на персональный компьютер и отображать их на дисплее в режиме реального времени.
Технические характеристики МВС:
- диапазон измерений 20 000 ÷ 100 000 нТл;
- СКО случайной составляющей основной погрешности 0,05÷0,06 нТл;
- систематическая составляющая для 20 000 нТл — 19,2 нТл, для 100 000 нТл — 6,3 нТл.
Определение благоприятного периода суток для выполнения аэромагнитной съемки вариации МПЗ регистрировались в круглосуточном режиме за 8 суток до начала съемки и проводилась до 31 мая 2007 г.
Решение на вылет принималось после анализа данных контрольной МВС. Основным критерием принятия решения на вылет было отсутствие интенсивных вариаций с периодом менее 4 минут. Среднемесячное значение магнитного поля на основной МВС за май месяц составило 59 730 нТл. Это значение было выбрано в качестве уровня относимости для измеренных вариаций. Для учета поправок за девиацию носителя использовались специальные наблюдения. Девиационные помехи самолета в зависимости от курса оценивались в спокойном поле по сети наблюдений в виде «звездочки». Высота полета выбиралась такой, чтобы можно было надежно фиксировать прохождение датчиков магнитометра над центром видимого ориентира, а измеряемое поле изменялось бы незначительно. Так как на самолете было установлено несколько датчиков, девиация которых отличалась друг от друга, то девиация каждого из датчиков контролировалась и исключалась по разности показаний двух датчиков. Девиация самолета в районе работ оценивалась в северной и южной частях района работ. В южной части списание девиации проводилось путем пролета в спокойном магнитном поле через одну и ту же точку на различных курсах через 45°. В северной части девиация оценивалась по схеме подворотов через 45° в процессе разворота с одного маршрута на другой в течение двух вылетов. Такая система была выбрана для определения зависимости между разностью показаний двух датчиков и магнитным курсом и оценки девиации по разности показаний двух датчиков.