Магнитометр CPT для китайской противолодочной обороны
Недавно одна из китайских научных организаций впервые рассказала о перспективном магнитометре собственной разработки. Изделие CPT предназначается для поиска подводных объектов разного рода и отличается от существующих образцов меньшими размерами, улучшенными рабочими характеристиками и повышенной точностью. Такой прибор может найти применение в противолодочной обороне и некоторых других сферах.
Теория обнаружения
Для обнаружения подводных лодок и других объектов в воде и на дне используются различные приборы и технологии. Важное место в этой сфере занимают магнитометры в разном исполнении. Эти устройства фиксируют малейшие изменения магнитного поля, связанные с присутствием тех или иных объектов.
В последние десятилетия широкое распространение получили т.н. магнитометры с оптической накачкой. Они отличаются повышенной чувствительностью и точностью измерений, благодаря которым могут использоваться в противолодочной обороне и других сферах.
Однако оптические магнитометры не лишены недостатков. Например, эффективность такого прибора падает в районах вблизи экватора. В этих регионах силовые линии магнитного поля Земли почти параллельны поверхности планеты, из-за чего затрудняется проведение измерений и ухудшается точность работы магнитометра.
Новое решение
Поисками новых вариантов магнитометров в недавнем прошлом занимался Центр квантовых инженерных исследований, работающий в составе Китайской аэрокосмической научно-технической корпорации (CASC). К настоящему времени команда исследователей во главе с Ван Сюэфеном разработала подобную систему, изготовила опытный образец и провела его испытания.
Результаты нового проекта, допущенные к публикации, вошли в статью для журнала Journal of Scientific Instrument. Её опубликовали в середине апреля. Кроме того, на любопытное изобретение обратили внимание китайские и иностранные СМИ, что добавило проекту известности.
В основу нового проекта, обозначенного как Coherent Population Trapping (CPT), легло несколько перспективных технологий. Благодаря их использованию удалось уменьшить размеры магнитометра, а также получить повышенные рабочие характеристики. Так, в ходе испытаний носителем облегчённого и уменьшенного прибора был беспилотник-гексакоптер одной из серийных моделей. Во избежание негативного влияния носителя, прибор подвесили на 20-м тросе.
Сообщается, что испытания опытного магнитометра CPT проводились вблизи портового города Вэйхай (пров. Шаньдун) в акватории Жёлтого моря. БПЛА с магнитометром выполнил полёт над участком размерами 400х300 м и провел измерения магнитного поля в 34 точках.
Отмечается, что в первичных данных от CPT погрешность измерения магнитного поля составила всего 2,517 нанотесла. После обработки данных с коррекцией ошибок по специальным алгоритмам погрешность уменьшилась до 0,849 нТл. Таким образом, в ходе испытаний перспективный магнитометр показал высокую точность и стабильность измерений.
По оценкам разработчиков, магнитометр с подобными характеристиками может использоваться в разных областях. В первую очередь, он представляет интерес для военно-морских сил. Его можно применять в составе противолодочной обороны для поиска подлодок и получать высокие результаты. Кроме того, CPT будет полезен при ведении гидрографических исследований — изучении морского дна, поиске различных аномалий и даже тектонических сдвигов.
Впрочем, новая разработка Центра квантовых инженерных решений CASС пока может быть не готова к полноценному внедрению в практику. Вероятно, теперь организация-разработчик будет дорабатывать и совершенствовать новый магнитометр, а также постепенно готовить его к серийному производству и внедрению в практику.
Технические вопросы
Проект CPT предлагает общие принципы и набор технологий, на основе которых могут строиться конкретные устройства и изделия. Так, в испытаниях использовался подвесной вариант магнитометра, совместимый с БПЛА серийных типов. Кроме того, в материалах от разработчика демонстрируется вариант стационарного магнитометра.
Согласно опубликованным данным, CPT — это усовершенствованный оптический магнитометр. Основой такого прибора является закрытая колба с парами металла, находящимися в парамагнитном состоянии (с одним неспаренным электроном у атома). Для измерений колба помещается в магнитное поле и через неё пропускается свет с нужными параметрами. При этом состояние паров изменяется, и по этому процессу можно определять характеристики магнитного поля.
В проекте CPT используются атомы рубидия. Процесс измерения их состояния происходит с использованием эффекта Зеемана. Магнитные поля вызывают сдвиги уровня энергии и генерируют в парах металла микроволновые резонансные сигналы. Частоты этих сигналов коррелируют с напряжённостью магнитного поля.
Магнитометр, использующий такие эффекты, не зависит от направления силовых линий магнитного поля. Соответственно, он может проводить измерения в любой точке планеты и не зависит от других факторов, показывая высокую точность и эффективность.
Кроме того, в комплекс CPT входит оригинальное программное обеспечение для обработки первичных данных. Оно позволяет уточнять информацию, исправлять ошибки и т.д. Как показали испытания, после такой обработки точность данных улучшается в разы.
Практические перспективы
Новая разработка Центра квантовых инженерных исследований при CASC представляет очевидный интерес для военно-морских сил Народно-освободительной армии Китая. Одной из их задач является поиск и борьба с подводным флотом потенциального противника, и для развития таких возможностей необходимы разные средства.
Стационарный прибор
Для изделия CPT заявлены повышенные технические и рабочие характеристики. Такой магнитометр должен показывать высокую эффективность при поиске крупных подводных объектов, таких как подлодки. Кроме того, нельзя исключать, что он сможет засекать и безэкипажные подводные и надводные аппараты, тоже создающие возмущения магнитного поля.
Наработки по проекту CPT могут найти практическое применение в разных формах. Так, организация-разработчик уже показала подвесной авиационный и стационарный варианты магнитометра. Обе компоновки имеют шанс заинтересовать заказчика в лице ВМС НОАК. Нельзя исключать, что флоту предложат и иные варианты оборудования.
Стационарный вариант CPT подходит для создания крупных систем обнаружения, охватывающих обширные акватории. Такие магнитометры могут устанавливаться на морское дно вместе с гидроакустическими станциями и буями, имеющими длительный срок службы. Совместное использование приборов с разными принципами поиска повышает эффективность системы в целом.
Особый интерес представляет авиационный вариант магнитометра. Благодаря небольшим размерам и массе он может использоваться не только самолётами и вертолётами, но и БПЛА. В последнем случае появляется возможность создать крупный «воздушный флот» с приборами обнаружения и с его помощью вести поиски в больших районах.
Подобный элемент противолодочной обороны должен сочетать в себе высокую эффективность и уменьшенную стоимость. Кроме того, он может превосходить традиционную противолодочную авиацию с точки зрения организации и гибкости применения. Так, носителями беспилотников с магнитометрами фактически могут быть любые надводные корабли ВМС НОАК. Более того, в последние годы в Китае разрабатываются проекты специализированных кораблей-носителей беспилотной авиации.
Путь к лидерству
В Тихоокеанском регионе наметилось полномасштабное противостояние Китая и США. Две страны собираются усиливать свои группировки войск в регионе, в т.ч. увеличивать и совершенствовать военно-морские силы. Большое значение при этом будут иметь подводные лодки всех основных классов. Соответственно, приоритетным направлением становятся и противолодочные системы.
Как показывают последние новости, Китай занимается разработкой различных средств для поиска, обнаружения и поражения подводных целей. Недавно представили очередной проект такого рода, и к настоящему времени он продвинулся достаточно далеко. Теперь можно ожидать, что в обозримом будущем проект CPT получит дальнейшее развитие и дойдет до внедрения в практику.
Информация