Небо и радиоволны как геологоразведочный «сканер»: разработан необычный способ разведки полезных ископаемых в Арктике

«Сура» и визуализация невидимых процессов от пресс-службы ННГУ. Источник: t.me/lobachevsky_university

Физики Научно-исследовательского радиофизического института Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского (НИРФИ ННГУ), признанной в мире научной школы в области колебаний и волн, создали мобильную установку для воздействия на ионосферу (МУВИ), с помощью которой можно проводить как геологоразведку на шельфе и прибрежных территориях Арктики, так и мониторинг космической погоды, связи, навигации и радиовещания, сообщает пресс-служба университета. МУВИ – новое, инновационное применение технологии, с 1981 года изучаемой на уникальном полигоне – многофункциональном радиокомплексе «Сура», который десятилетиями служит для фундаментальных исследований ионосферы (верхнего слоя атмосферы на высоте 80-90 км). Подробное описание новой технологии опубликовано в журнале «Проблемы недропользования».

«Сура» – многоцелевой стенд для исследования околоземного и космического пространства, рас­по­ло­же­нный в 140 км от г. Ниж­ний Нов­го­род на тер­ри­то­рии экспе­ри­мен­таль­но-опыт­ной ба­зы «Ва­силь­сурск», как сказано на сайте института, и единственный в России и в мире среднеширотный инструмент, позволяющий проводить управляемые физические эксперименты в верхних слоях атмосферы. По срав­не­нию с за­ру­беж­ны­ми ана­ло­га­ми – EISCAT (Тром­се, Нор­ве­гия), HAARP (Аляс­ка, США), Аре­си­бо (Пу­эр­то-Ри­ко, США) «Сура» может ра­бо­тать не только как передаю­щая, но и как при­ем­ная ан­тен­на, что и позволило ей стать драйвером новой технологии. При этом ученые опровергают любые домыслы о «климатическом оружии» и потенциальном вреде подобной научной деятельности, подчеркивая, что влияние установки на атмосферу ничтожно по сравнению с естественными процессами, – например, воздействием Солнца. «Сура» создавалась и используется исключительно в мирных научных целях.

В чем суть

Как уже упоминалось, ионосфера – это верхний слой атмосферы на высоте 80-90 километров, насыщенный заряженными частицами. Наземные направленные антенны-излучатели генерируют радиоволны на особой частоте, которая резонансно «раскачивает» электроны в ионосфере, заставляя их колебаться. Нагретая радиоволнами ионосфера сама начинает генерировать низкочастотное излучение, которое «просвечивает» земные недра на тысячи километров вокруг. Сеть приемных датчиков, которые могут быть расположены на земле, во льдах или на морском дне, «ловят» отраженный и искаженный сигнал. Анализируя эти искажения с помощью математических вычислений, ученые восстанавливают структуру горных пород и определяют местонахождение нефти, газа, руд и подземных вод.

Сама идея «ионосферного зондирования» корнями уходят в советское прошлое, когда в недрах Академии наук СССР зарождалась новая наука – физика взаимодействия мощного радиоизлучения с космической плазмой.

Автор технологии МУВИ – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Отдела распространения радиоволн и дистанционного зондирования НИРФИ ННГУ Дмитрий Котик. В 1982 году Дмитрий Котик, тогда – просто сотрудник Горьковского (ныне Нижегородского) научно-исследовательского радиофизического института, в соавторстве с другими учёными получил авторское свидетельство на «Способ геоэлектрической разведки», который напрямую использовал эффект генерации волн в ионосфере. Однако отсутствие необходимой элементной базы и вычислительных мощностей десятилетиями сдерживало реализацию этой идеи на практике, и сейчас возрожденный проект воплощается в жизнь в виде МУВИ, а стенд «Сура» стал ключевым испытательным полигоном для проверки его возможностей.

МУВИ и возможности её использования

МУВИ состоит из четырех антенн, расположенных по углам квадрата. Установку можно разместить на судне или железнодорожной платформе. Сейчас проект переходит от теории к практике: создается стационарный образец базового модуля, разработан проект антенной системы «Большой Квадрат». Следующий этап – строительство, натурные испытания и отработка методики зондирования недр.

Дмитрий Котик рассказал, что, по итогам испытаний на стенде «Сура», диаметр исследуемой области может насчитывать сотни километров от места расположения установки. По расчётам, 3-4 МУВИ способны обеспечить геологоразведку всего арктического побережья России – от Мурманска до Чукотки. При этом сами установки обойдутся в сотни раз дешевле, чем традиционные СДВ/СНЧ радиостанции, которые сейчас применяются в геологоразведке. Кроме того, МУВИ можно будет использовать для исследования подземных вод и карстов, при инженерно-экологических и археологических изысканиях, для геолого-томографической съёмки. А в экстремальных условиях изобретение может выступить резервным каналом связи с судами, проходящими по Северному морскому пути.