ТЕХНИЧЕСКАЯ ОКЕАНОЛОГИЯ: ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ
Михаил Заферман, Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии им Н.М. Книповича (ПИНРО) г. Мурманск

За последнее время обозначено новое направление в изучении океана - техническая океанология. По определению И.Е. Михальцева оно представляет собой "науку об оптимальном выборе комплексов технических средств для эффективного решения конкретных исследовательских задач любого из разделов океанологии". По нашему мнению, это определение следует уточнить, поскольку понятие "выбор" можно трактовать двояко: и как приобретение готовой аппаратуры (в чем вряд ли много научности), и как поиск новых технических направлений. Именно второе понимание термина символизирует научно-технический прогресс. Да и выбор готовой аппаратуры должен базироваться на логическом основании. Можно сформулировать, что техническая океанология есть направление, занимающиеся научным обоснованием и реализацией оптимального выбора технико-методического обеспечения океанологических исследований.

Выделение технической океанологии как особой научной дисциплины оправдано тем, что объекты ее внимания - комплексы технических средств и технологии - являются общими для получения информации в интересах различных наук океанологического цикла, как фундаментальных, так и прикладных.

Для морской рыбохозяйственной науки, как прикладной ветви океанологии, это направление имеет едва ли не большее значение, чем для фундаментальной науки. Его принципы полезны и для промышленного применения, причем здесь имеется в виду выбор техники не столько для добычи рыбы, сколько для непосредственного обеспечения промысла необходимой информацией об объекте и процессе лова (таковы, например, гидроакустические приборы для поиска рыбы и контроля орудий лова).

Надо отметить, что развитие направления, которое И.Е. Михальцев обозначил как "техническая океанология", в прикладных биоресурсных исследованиях ведется уже давно. Хотя это название до сих пор не употреблялось. Лаборатории гидроакустики, подводных и аэрокосмических исследований в центральном и бассейновых институтах отрасли с момента их образования (в ПИНРО с 1948 г.) вы пол няют функцию научного обоснования создания новой аппаратуры для рыбного хозяйства как для исследований, так и для промысла. Работа этих лабораторий происходит на стыке наук: с одной стороны физических и технических, с другой - биологических и наук о Земле.

Современная техника изучения и освоения океана и его ресурсов весьма сложна. Некоторое представление о комплексе средств технической океано ло гии, применяемом в исследованиях промысловых рыб, может дать рис. 1. Эта техника может быть создана только на специализированных предприятиях, часто при самой широкой кооперации в масштабах всей страны. Создающие ее специалисты, разумеется, да леки от понимания задач рыбного хозяйства. Но и специалисты рыбного хозяйства, в том числе исследователи в традиционных областях ихтиологии и океанологии, столь же далеки от знания всех возможностей современной техники. Меж ду ними необходим посредник, способный "говорить на обоих языках", каковым и являются технические лаборатории рыбохозяйственных институтов. Именно это посредничество явилось решающим фактором, обеспечившим создание и внедрение в исследования гидроакустических приборов, подводных аппаратов, самолетов-лабораторий.

Новая техника автоматически означает и новые методы исследования. В большинстве случаев это означает и новую методологию, т. е. нетрадиционный подход к решению задач. А это, как правило, приносит и новые результаты. Но возможности любой технологии ограничены установленным кругом задач и определенным качественным уровнем их решения. Если задачи усложняются, если требуются более точные или иного типа данные, то бесполезно "выжимать" что-либо из устоявшихся, достигших своего предела методов. Необходимо постоянно совершенствовать методы получения и обработки информации о промысловых объектах. И в этом суть проблем технической океанологии в рыбохозяйственной науке, как и в изучении океана вообще.

Особенностью технической океанологии является то, что ее объекты, приборы и технологии по мере их освоения в исследованиях постепенно теряют интерес с научной точки зрения. Такие приборы, как например, батометры, в свое время тоже были революционными новинками и требовали методических разработок. Теперь они стали при вычными и нуждаются в изучении своей работы, а лишь иногда в конструктивном совершенствовании. Они как бы уходят из сферы активной деятельности технической океанологии в ее архив. Примерно то же происходит и с более современными, так называемыми высокими технологиями.

В целом характерной особенностью технической океанологии (как и технических наук вообще) является большая динамичность, изменчивость ее объектов. Техника и связанные с ней методы исследования океана, базирующиеся на передовых технологиях, совершенствуются весьма быстро. Это иногда порождает непонимание технической океанологии со стороны представителей классической биологии и океанологии, которые привыкли к медленной эволюции объектов своего исследования и для которых собственно и создаются эти новые методы.

Условимся считать, что к активной области науки, именуемой технической океанологией, относятся такие технико-методические направления морских рыбохозяйственных исследований, которые связаны с использованием современных, как принято говорить, высоких технологий. В настоящее время их четыре: гидроакустические системы (ГАС), средства подводного наблюдения (СПН), аэрокосмические средства (АКС), интегрированные информационные системы (ИИС). Их развитие определяет уровень технической оснащенности, эффективность и достоверность оценок и прогнозов состояния запасов промысловых гидробионтов.

Каждое из указанных направлений возникало как средство решения научно-исследовательских проблем, не поддающихся традиционным методам, преодолевало существовавшие ограничения и вело к получению принципиально новых результатов. Для каждого направления характерны свои методологические особенности, определяющие эффективность и область применения.

Основные методологические характеристики и результаты использования средств технической океанологии и морском рыбном хозяйстве можно представить в виде таблицы (см. табл. 1).

Пути развития океанологического приборостроения для фундаментальных и прикладных исследований примерно одинаковы, однако по мере усложнения технических решений начинают проявляться некоторые различия. Комплексы для решения прикладных задач более специализированы, к ним предъявляются особо высокие требования в части надежности работы, производительности получения и переработки массовой информации, автоматизации рутинных операций.

Прогресс технической океанологии идет двумя путями. Первый - поиск и реализация новых технологий в рамках каждого направления. Примером может служить постоянное совершенствование гидроакустической аппаратуры ведущими мировыми фирмами (SIMRAD) с приданием ей новых функций и возможностей. То же относится и к другим видам океанологической техники, в которой находят применение последние достижения электроники и компьютеризации.

Однако всякое техническое средство имеет пределы своих возможностей, которые определяются фундаментальными физическими законами. И похоже, что в ряде случаев мы уже к ним приблизились. Вряд ли можно всерьез рассчитывать на то, что телевидение, даже лазерное, в обозримом будущем сравнится по дальности с гидроакустикой. Но и последняя также вряд ли сможет рассмотреть рыб и беспозвоночных на дне или идентифицировать вид наблюдаемых гидробионтов без их облова. С помощью авиазодирования пока удается просматривать лишь тонкий поверхностный слой водной среды. И нет особой надежды на достижение глубин обитания многих промысловых рыб. Возможны, конечно, неожиданные порывы в создании новых технологий, но в практической работе следует исходить из существующих реальностей, а не фантастики.

Отсюда второй путь прогресса - создание комплексов разнородных технических средств, что позволяет решить исследовательские проблемы путем взаимной компенсации ограничений каждого средства в отдельности. Примером может служить решение проблемы определения размерного состава рыб in siti без облова, которое развивается сейчас в ПИНРО. Проблема в том, что одно лишь измерение акустических пара метров скоплений гидробионтов еще не дает представления об их размерном составе и требует опорных данных, получаемых в настоящее время из анализа тралового улова. Но, как доказано многочисленными экспериментами, по видовому и размерно-возрастному составам улов сильно отличается от естественной популяции, что объясняется поведением гидробионтов при лове. Поэтому перенесение данных улова на акустические параметры рыб чревато серьезными ошибками. Решение проблемы найдено в развитии так называемой "видеоакустической технологии", которая предусматривает синхронное получение данных от одних и тех же особей рыб акустическим и телевизионным методами, особенно с использованием лазерного ТВ.

Сведение разнородных технических средств в единый комплекс способно привести к значительному сокращению усилий и затрат на научное обеспечение промысла. Так ряд исследовательских технологий, изображенных на рис. 1, осуществляются отдельно, на разных судах и в разное время. Объединение их в единый научно-технический комплекс обеспечит две возможности: взаимную корреляцию информации, получаемой разными методами, и сокращение количества используемых судов. В результате необходимые данные будут получены с большей точностью, более оперативно и с меньшими затратами.

Интегрированные информационные системы (ИИС) представляют собой, по-видимому, первый образец создания комплекса технических средств исследований океана. В настоящее время они объединяют информацию, поставляемую главным образом традиционными методами исследования, и этим позволяют хотя бы немного преодолеть свойственные последним ограничения. Однако если этим и ограничиться, то дело не пойдет дальше простого накопления рутинной информации, и вряд ли можно рассчитывать на серьезное развитие научных представлений об изучаемых объектах. Принципиально новая, более полная картина может быть получена путем сочетания ИИС с современными технологиями получения первичных данных.

В ПИНРО в течении ряда лет проводится работа по созданию инструментальных комплексов для исследования запасов биоресурсов Мирового океана. В основу разработок положен принцип взаимной дополнительности технических средств, каждое из которых имеет определенные ограничения сферы своего действия, не совпадающие с другими. При работе в едином комплексе производится постоян ная корреляция разнородных данных, что позволяет получить значительно более полную информацию об объекте исследования.

В последние годы в соответствии с принципами технической океанологии ПИНРО с участием ряда предприятий создал и использовал в исследованиях следующие инструментальные комплексы:

1. Подводная видеокомпьютерная систе ма "ПИНРОВЕР" для учета запасов дон ных гидробионтов (рис. 2). Построена на базе подводного аппарата "Ocean Rover" и объединяет видео, навигационную и две акустические системы с передачей информации по оптическому кабелю. Прог рам м ное обеспечение, разработанное в ПИНРО, позволяет вести полуавтоматический учет нескольких видов объектов. Используется с 1991 г. для регулярных оценок запасов исландского гребешка.

2. Экспериментальный видеоакустический комплекс с использованием лазерного телевидения для измерений акустических сил цели и размеров рыб. Представляет сочетание видео и акустической систем, дающих синхронную информацию от одних и тех же особей рыб. Лазерное телевидение в эксперименте показало дальность видения под водой в 3 раза больше стандартной прозрачности по диску Секки, что обеспечивает хорошую совместимость обеих систем. С помощью этого комплекса определения акустической силы цели рыб и ее зависимости от вида, размера и ориентации рыб производятся in situ, в естественном состоянии скопления, без искажающего посредства орудий лова, что повышает точность акустических съемок и оценок размерного состава скоплений акустическим методом.

3. Морская авиалаборатория АН-26 "Арктика". Создана на базе самолета АН 26Б в развитие предшествующих разработок авиалабораторий на самолетах ИЛ-14, ИЛ-18Д, АН-2, АН-28, АН-30Д,Л-410 и вертолетов МИ-2, МИ-8, КА-26. Содержит информационно-измерительные компьютеризованные комплексы: ИК-радиометрия, лидар, спектрометр, аэрофото и видеоаппаратуры, комплекс для визуальных наблюдений, аппаратуру приема и обработки спутниковых изображений, метеокомплекс, радиосвязь, навигацию, комплекс обработки изображений, устройство для сброса буев, зондов и аварийно-спасательных средств. Авиалаборатория используется для исследований распределения и биомассы скумбрии, сельди и мойвы в морях Северо-Европейского бассейна, грендландского тюленя в Белом море, распределения океанологических и гидробиологических параметров на морской поверхности.

Решение проблем технической океанологии должно иметь приоритетное значение, так как от этого зависит успех в познании океана и освоении его ресурсов.