МОБИЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ КОМПЛЕКС

Изобретение относится к транспортно-обитаемым объектам, предназначенным для функционирования в природно-климатических условиях Арктики. Целью изобретения является создание устройства, пригодного для проведения круглогодичных системных исследований коллективом ученых оптимальной численности в арктической зоне, при этом надежного в экологическом отношении.

В настоящее время эти исследования проводятся с использованием крупных ледокольных судов [1]. Однако эти суда недостаточно приспособлены для перемещения в условиях многолетних (паковых) дрейфующих льдов в течение круглого года. Кроме того, используя дизельное или атомное топливо, ледоколы не могут обеспечить необходимую стерильность при исследовании девственной природной среды Арктики.

Известна амфибия, приспособленная для преодоления ледяных торосов [2]. Однако она также работает на дизельном топливе и требует периодической дозаправки горючим. Известно подводное судно с отделяемыми аппаратами, используемое для добычи органических ископаемых как вспомогательное средство [3]. Однако системные исследования предполагают синхронное изучение атмосферных, гидрологических и других сфер, чего при помощи этого средства, работающего также на дизельном топливе, нельзя обеспечить.

Известно мобильное трансформируемое здание, пригодное для природных условий Севера и Сибири [4]. Однако для этого сооружения не были разработаны средства доставки и для его отопления, в основном, использовалась солнечная энергия, а как известно, в Арктике значителен удельный вес пасмурных дней в году.

Предлагается транспортно-обитаемый комплекс, представляющий многокорпусное устройство, включающее корпуса и блоки, размещаемые над поверхностью моря, под водой и на поверхности ледяного поля, самообеспечиваемый в течение круглого года экологически чистой энергией, продовольствием, пресной водой и чистым воздухом, пригодный для проведения исследований Арктики.

В качестве движителя в комплексе использованы теплично-энергетические устройства, обеспечивающие выработку энергии для перемещения комплекса, бытовых и технологических нужд, а также производства овощей, морепродуктов для персонала и опресненной воды.

Комплекс включает в себя верхний надводный (надледный) корпус, нижний подводный (подледный) корпус и периодически соединяющие их телескопические колонны, что позволяет комплексу с учетом ледовой обстановки перемещаться либо как объединенное транспортное средство, либо в раздельном режиме, при этом как на верхнем, так и на нижнем корпусе размещены теплично-энергетические устройства, каждое из которых содержит сферу, оборудованную круговым статором электрогенератора и механизмом ее вращения вокруг центральной вертикальной оси со спирально уложенными на ее поверхности кольцевыми трубами, в которых установлены вегетационные трубы с размещенными в них конвейерами с растениями, приводящими своим перемещением в круговое движение указанную сферу, при том, что каждое растение обеспечено осветительным прибором [5].

Вокруг вегетационной трубы внутри кольцевой трубы спиралевидно уложены опреснительные выростные цепи, содержащие камеры высокого давления, камеры низкого давления, камеры регенерации питательного раствора для растений, камеры сбора рассола и рекомпрессионные камеры, соединенные между собой соединительными трубами с размещенными в камерах морскими организмами, способными в определенных условиях, в частности на свету и при низком давлении, поглощать соль [6]. В полости структурной оболочки кольцевых труб спиралевидно размещены камеры с электрогенерирующими организмами (ЭГО) (электрическими скатами, сомами, угрями) [7, Т.4, С.51, 66], выполненные с возможностью перемещаться и присасываться к камерам высокого давления, где ЭГО, нейтрализуя отдельных особей морской фауны и питаясь ими, выделяют электрический ток, импульс которого поступает в камеры низкого давления, где в результате вспышки светового прибора, расположенного в камере, и падения давления вода опресняется, при этом избыточный аккумулированный ток направляют на технологические нужды и, в частности, на освещение растений в вегетационной трубе. Растения, стремясь к источникам освещения, расположенным снизу, перемещаются сами и перемещают весь конвейер в вегетационной трубе [5].

Кроме выростных опреснительных цепей в кольцевых трубах спиралевидно вокруг вегетационных труб уложены выростные рыбные цепи, включающие в себя камеры с забортной водой, насыщенной планктоном, губками, рачками и рыбами, причем отдельные камеры объединены между собой соединительными трубами. В соответствии с исследованиями под ледяным покровом Арктики обнаружена высокая концентрация органических веществ, биоорганизмов, био- и зоопланктона, которым питаются рачки, являющиеся излюбленным кормом для рыб, в частности для сельди, шпрота, кильки и других видов [1]. Планктон находится не только в воде, но и внедряется в нижнюю поверхность льда, что придает льду желтоватую окраску. В свою очередь, рачки, как показали исследования, в дневное время, реагируя на свет, поднимаются с глубин моря и охотятся на массы планктона. В то же время рачки, спасаясь от преследующих их рыб, при появлении опасности прячутся среди губок в их полостях, чем обусловлен симбиоз губок и рачков [7, Т.1, С.146-147; Т.2, С.316-320]. Таким образом, в камерах рыбной выростной цепи используется естественный биоценоз северных морей, где губки и рачки питаются планктоном, а атлантическая сельдь охотится за рачками [7, Т.4, С.108]. В качестве светового импульса, необходимого для того, чтобы рачки покинули полости губки, выступает ЭГО, камера с которым периодически присасывается к камерам выростной рыбной цепи, где электрический скат нейтрализует сельдь, а электрический импульс передается при этом на осветительные приборы камер этой цепи, а также и на световые приборы вегетационной трубы. Над сферами теплично-энергетических устройств установлены помещения рассады, рыбопитомника, где выращивают рачков, молодь рыб и скатов, а также планктонохранилище. Под сферами находятся помещения сбора урожая и вылова рыб и морепродуктов, где после отбора плоды, рыбы и морепродукты идут на стол персоналу либо поступают в регенерационную камеру, где их перерабатывают и используют в качестве питательного раствора для растений.

С учетом вероятностного характера работы теплично-энергетического устройства и, в частности, возможности случаев неудачной охоты ЭГО ему предоставлена возможность повторения попыток и соответственного увеличения стоянок с присасыванием камеры с ЭГО к камерам выростных цепей. Для этого количество витков орбиты перемещения камеры с ЭГО, на которой эти камеры могут менять скорость, больше количества витков выростной цепи в кольцевой трубе, а сами орбиты камер с ЭГО образуют спираль вокруг выростных цепей, что повышает надежность процесса опреснения.

Верхний корпус комплекса выполнен с возможностью преодоления торосов и периодического соединения с нижним корпусом с помощью расположенных в нижнем корпусе телескопических колонн, перемещения на воздушной подушке, а также с возможностью размещения на нем контейнеров со сборно-разборными конструкциями здания и оборудования, необходимого для выгрузки и установки в проектное положение контейнеров на ледяной поверхности, а также компрессорами для закачки в полости инвентарных колонн незамерзающей на морозе жидкости для возведения здания из сборных конструкций.

Нижний подводный корпус снабжен планктоновыми тралами, используемыми для сбора био- и зоопланктона из забортной воды и нижней поверхности ледяного покрова, используемого в теплично-энергетических устройствах, кроме того, этот корпус снабжен обитаемыми и необитаемыми подводными аппаратами, зондами, сканирующими системами и радиоуправляемыми станциями для проведения исследований, исключающих загрязнение забортной среды.

Сборно-разборное здание, возведенное на поверхности льда, представляет собой многоэтажное сооружение, в котором контейнеры, используемые для хранения сборных конструкций, являются одновременно основанием здания, неотапливаемой прослойкой между зданием и ледяной поверхностью, опорой для инвентарных телескопических стоек, служащих опорой при подъеме перекрытий вместе с прикрепленными к ним стеновыми конструкциями отдельных этажей. Причем после того, как стеновые конструкции приняли проектное положение, инвентарные стойки используются как теплоносители и теплоприборы, при этом наружные стены здания покрывают ограждающими конструкциями с эффективной теплоизоляцией и линзами, способными фокусировать дневной свет и направлять его через цилиндрические полости в перекрытиях, покрытых светоотражающей пленкой, в световоды для освещения помещений здания и подводного корпуса через щелевые световоды, пропущенные через коллектор, установленный в полынье, проделанной во льду при помощи теплового воздействия агрегатов, расположенных в верхнем корпусе.

Таким образом, верхний корпус снабжает нижний подводный корпус свежим воздухом, а здание - дневным светом. Нижний корпус снабжает верхний корпус планктоном. Оба корпуса снабжают здание энергией для отопления и освещения в темное время суток. Связь между обоими корпусами осуществляют через коллекторы в телескопических колоннах в момент перемещения комплекса по воде и через сборно-разборное здание после его монтажа.

В случае форс-мажорных ситуаций здание может быть быстро разобрано, передислоцировано и смонтировано на новом месте. Кроме того, оно имеет нулевую плавучесть как в собранном, так и в разобранном виде и может быть отбуксировано в безопасное место.

Мобильный комплекс снабжен автоматической системой управления, размещенной на центральном пункте управления научными исследованиями, и содержит оператор, вычислительное устройство, терминал и интерфейс, связанный с датчиками и приводами к блокам управления двигателей нижнего корпуса, компрессоров монтажа здания, телескопических колонн, теплично-энергетических устройств, системы снабжения комплекса планктоном, системы подводных спускаемых аппаратов, системы зондов и сканирующих устройств и системы автономных радиоуправляемых станций.

На фиг.1 представлен разрез комплекса при перемещении по воде по А-А на фиг.2; на фиг.2 - план надводного корпуса на уровне Б-Б на фиг.1; на фиг.3 - разрез комплекса при перемещении в условиях ледяного покрова по А-А на фиг.1; на фиг.4 - план подводного корпуса на уровне В-В на фиг.3; на фиг.5 - разрез комплекса с установленным зданием по А-А на фиг.1; на фиг.6 - план здания в проектном положении на уровне Г-Г на фиг.5; на фиг.7 - разрез теплично-энергетического устройства по Д-Д на фиг.8; на фиг.8 - план кольцевых труб на уровне Е-Е на фиг.7; на фиг.9 - фрагмент кольцевой трубы с вегетационной трубой и камерами с ЭГО (аксонометрия); на фиг.10 - поперечный разрез вегетационной трубы (фрагмент); на фиг.11 - схема связей между камерами выростной цепи с морепродуктами; на фиг.12 - то же, с рыбами; на фиг.13 - поперечный разрез кольцевой трубы и камер с ЭГО на одной из орбит по Ж-Ж на фиг.9; на фиг.14 - то же, по 3-3; на фиг.15 - то же, по И-И; на фиг.16 - то же, по К-К; на фиг.17 - то же, по Л-Л; на фиг.18 - то же, по М-М; на фиг.19 - устройство световодов в плите перекрытия сборного здания (аксонометрия); на фиг.20 - сечение перекрытия по Н-Н на фиг.19; на фиг.21 - фрагмент здания, разрез по А-А на фиг.6; на фиг.22 - автоматизированная система управления (схема).

На фиг.1-8 приведены разрезы и планы комплекса, где в верхнем корпусе 1 и в нижнем корпусе 2 установлены теплично-энергетические устройства 3, установленные с возможностью поворота вокруг центральной вертикальной оси 4 с оборудованной на оси 4 сферой 5, на поверхности которой спиралевидно уложены кольцевые трубы 6 переменного сечения, внутри которых размещены вегетационные трубы 7 переменного сечения и выростные цепи 8 с морепродуктами (фиг.9).

Внутри вегетационных труб 7 (фиг.10) установлены конвейеры с растениями 9, уложенными в эластичные сетки 10, установленные в держатели 11, объединенные телескопическими связями 12. Вегетационные трубы оборудованы осветительными приборами 13, пленками сбора конденсата питательного раствора 14, направляющими 15, по которым перемещаются конвейеры с растениями и соплами подачи газовой смеси 16, благодаря залпам которых наряду с залпами питательной аэрозоли происходит перемещение растений [5].

Выростные цепи с морепродуктами 8 (фиг.11) представляют собой объединенные соединительными трубами 17 камеры низкого давления 18, камеры высокого давления 19 с размещенными в них морскими организмами 20, находящимися в соленой (морской) воде и обладающими свойствами при определенных условиях (изменение освещенности, давления, газового состава и температуры) отнимать соль из морской воды и, наоборот, отдавать соль при изменении указанных условий. Между камерами низкого 18 и высокого давления 19 установлены рекомпрессионные камеры 21, а также камеры регенерации питательного раствора 22 и камеры сбора рассола 23 [6].

Над сферой 5 (фиг.7) оборудованы помещения высадки рассады, воспроизводства и запуска мальков 24, а под сферой - помещения сбора урожая и вылова рыб и морепродуктов 25. Эти помещения имеют окна 26, через которые осуществляют связь между помещениями 24 и 25 и обратными трубами 27, по которым перемещают конвейеры с порожними держателями растений 11. Кроме выростных цепей с морепродуктами 8 в кольцевых трубах 6 размещают выростные цепи с рыбами 28, включающими камеры 29 с рыбами 30, губками 31 и рачками 32 (фиг.12), а также подвижные камеры с рыбами 33.

В полости структурной оболочки кольцевых труб 8 (фиг.9) размещены камеры 34 с ЭГО 35, при этом камеры с ЭГО выполнены с возможностью перемещаться и присасываться к камерам высокого давления 19, где ЭГО, используя свои электрогенерирующие особенности, способны нейтрализовать других представителей морской фауны и питаться отдельными, преимущественно ослабленными особями, причем в результате электрического импульса ЭГО ток по проводнику, установленному в теле соединительных труб 17, попадает в камеру низкого давления 18, где в результате вспышки светильника 36, расположенного в камере 18, и резкого падения давления происходит опреснение воды, при этом избыточный ток аккумулируют и направляют на технологические нужды, в частности на освещение растений в вегетационной трубе 7(фиг.11). Морские организмы 20, попадая в камеру низкого давления 18, отнимают соль у морской воды и затем, минуя камеру регенерации питательного раствора 22, попадают в верхнюю рекомпрессионную камеру 21, причем часть обессоленной воды, попадая в камеру регенерации питательного раствора 22, обогащается дополнительными компонентами и освобождается от излишних компонентов, после чего питательный раствор попадает по растворопроводу 37 в находящуюся под ним вегетационную трубу 7 для питания растений. При этом дополнительные компоненты поступают с пресной водой в камеру 22 из помещения высадки рассады при помощи подвижных емкостей 38, а излишние компоненты смываются в камеру 23 по рассолопроводу 39. Затем морские организмы попадают в камеру высокого давления 19, где они отдают соль, после чего их сливают в камеру сбора рассола 23, откуда они попадают в нижележащую рекомпрессионную камеру 21. Из камеры сбора рассола 23 рассол откачивают в подвижные емкости сбора рассола 40 для утилизации. Морские организмы из камеры 21 сливают в подвижные камеры 41, которые доставляют в помещение 24, где после сортировки, регенерации и обогащения организмы участвуют в новом цикле процесса.

На фиг.12 приведена схема выростной рыбной цепи 28, камеры 29 которой объединены соединительными трубами 17 и заполнены рыбами 30, губками 31 и рачками 32. Когда рачки 32 находятся в полости губки 31, рыбы 30 выжидают. После того как ЭГО 35 присасывается к одной из камер 29, и в смежной камере вспыхивает благодаря электроимпульсу свет в светильнике 36, рачки 32 в погоне за планктоном, который подают в камеру при помощи подвижных емкостей 42, выскакивают, рыбы хватают рачков, а после того как свет гаснет, оставшиеся рачки возвращаются в полости губки. Рыбы же перемещаются в нижерасположенную камеру 29, где в случае присоединения камеры 34 с ЭГО сами становятся жертвами ЭГО. Постепенно оставшиеся и подросшие рыбы, перемещаясь по цепи 28, попадают в подвижные камеры 33, которые переносят их в регенерационную камеру 43, где после отбора части рыб для питания персонала оставшихся рыб перерабатывают, используя туки для приготовления питательного раствора для растений в вегетационной трубе 7. Затем цикл повторяют. На фиг.13-18 показаны поперечные сечения кольцевой трубы с изображением стоянок камер с ЭГО 34, совпадающей с камерами 18 выростной цепи 8 (фиг.9) с морепродуктами в моменты ее пересечения с орбитой камер 34. Аналогично эти орбиты камер 34 пересекаются с камерами 29 выростной рыбной цепи 28 (на фиг.13-18 они заштрихованы), камеры же с ЭГО здесь не показаны.

Сферы 5 теплично-энергетических устройств 3 приводятся во вращательное движение благодаря конвейерам с растениями и снабжены механизмом вращения 44 (фиг.7), связанным с электрогенератором 45, который снабжен мультипликатором 46 и электроаккумулятором 47, который обеспечивает энергией верхний и нижний корпус, а также здание 48, которое после прибытия мобильного комплекса на место дислокации собирается из отдельных сборных элементов 49 (фиг.1-6).

Следует отметить, что телескопические колонны 50 в этот момент убраны внутрь нижнего корпуса 2 (фиг.3)

На фиг.19 и 20 приведен фрагмент перекрытия 51, заполненного световодами 52 со светоотражающей поверхностью, благодаря которым дневной свет переносят через коллектор 53 в нижний корпус 2 (фиг.5).

На фиг.21 приведен фрагмент здания 48, где показаны сборные элементы 49 с перекрытиями 51, включающими трубы-световоды 52 и упруго-пластичные светопрозрачные стеновые элементы 54, через которые световые лучи попадают на линзу 55, которая направляет в трубу-световод 52 концентрированный свет.

Для увеличения площади сбора света крышку 56 верхнего корпуса открывают, а верхний корпус устанавливают таким образом по отношению к зданию 48, чтобы солнечные лучи падали на затененную часть здания 48 (фиг.5)

Планктон вылавливают при помощи трала 57, установленного на нижнем корпусе 2 (фиг.3), после чего его используют в нижнем корпусе 2, направляя часть улова этого планктона через коллектор 53 и гибкую трубу 58 в верхний корпус 1. Через гибкую трубу 58 верхний корпус 2 снабжает здание 48 теплом, а нижний корпус 2 свежим воздухом.

На фиг.22 изображена автоматизированная система управления (АСУ) исследовательского комплекса, состоящая из оператора 59, вычислительного устройства 60, терминала 61 и интерфейса 62. Интерфейс 62 связан с датчиками 63 и приводами 64 к блокам управления ходовых двигателей 65, компрессоров инвентарных стоек здания 66, телескопических колонн 50, теплично-энергетических устройств 3, системы снабжения комплекса планктоном 67, системы подводных спускаемых аппаратов 68, системы зондов 69 и сканирующих устройств 70 и системы автономных радиоуправляемых станций 71.

Использованная литература:

1. Опыт системных океанографических исследований в Арктике. -М.: Научный мир. 2001. - 664 с.

2. RU 2062706 C1, 27.06.96.

3. RU 2014243 C1, 15.06.94.

4. RU 2028439 C1, 09.02.95.

5. RU 2128905 C1, 20.04.99.

6. RU 2185052 С2, 20.07.2002.

7. Жизнь животных. В 7-ми т./ Гл.ред. В.Е.Соколов./ -М.: Просвещение. Т.1, 2 и 4, 1983, 1987 и 1988.