Современные технологии пассивной локации для обнаружения химических соединений в открытой атмосфере

Научное сообщение «Современные технологии пассивной локации для обнаружения химических соединений в открытой атмосфере».

        Докладчик - доктор физико-математических наук, профессор Морозов Андрей Николаевич (Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана). 

     Дистанционный контроль загрязнения атмосферы  стал сегодня одной из актуальных задач не только из-за наличия в  выбросах промышленных предприятий  вредных веществ, но и из-за техногенных  аварий и катастроф. Значительный риск внесли в нашу жизнь локальные военные конфликты и террористические акты с применением отравляющих и сильнодействующих ядовитых веществ. Большие концентрации загрязняющих веществ в атмосфере в ряде случаев делают практически невозможным применение прямых методов контроля из-за возможного отравления персонала. Более того, часто сам отбор проб невозможен из-за физической недоступности самого объекта контроля. По этим причинам разработка и создание дистанционных методов и аппаратуры, работающих в режиме реального времени и сочетающих в себе высокую мобильность, чрезвычайно актуальна. При активной локации лидирующее положение занимают лидарные комплексы, обладающие уникальными физическими возможностями обнаружения и сопровождения облака загрязняющих веществ. Применение лазеров с высокой частотой повторения позволяет не только определить координаты границ облака, но проследить его поведение во времени. В последнее время активно развиваются приборы на основе акустооптических монохроматоров, потенциальные возможности которых связаны с их высокой светосилой и быстротой перестройки спектральной линии. Пассивная локация химических соединений основывается на спектральном анализе их собственного излучения. Рабочий спектральный диапазон в этом случае выбирается из соображения максимума излучения паров и газов химических соединений при типичных значениях температуры воздуха в открытой атмосфере и наличия окна прозрачности атмосферы. Указанные факторы определяют для целей пассивной локации спектральный диапазон 7…13 мкм (700…1300 см^-1). В качестве основного технического решения при пассивной локации в последнее время рассматриваются фурье-спектрорадиометры, которые среди всех спектральных приборов обладают наивысшей светосилой и способностью работать в режиме реального времени. Для них характерен широкий рабочий спектральный диапазон, одновременность и быстрота регистрации всех спектральных компонент исследуемой среды, постоянство спектрального разрешения во всем рабочем спектральном диапазоне и принципиально высокая степень автоматизации измерений. Создание полевых фурье-спектрорадиометров потребовало решения большого комплекса научно-технических проблем:

- разработка  эффективной системы сканирования  подвижным зеркалом интерфероометра,  способной сохранять работоспособность  при внешних возмущениях;

- создание  высокочувствительных фотоприемных  устройств ИК диапазона спектра;

- разработка  методики оперативной обработки  экспериментальных данных и распознавания  химических соединений;

- создание  базы спектральных данных химических  соединений.

В результате выполненных научно-технических  работ впервые в нашей стране созданы информационно-измерительные комплексы, позволяющий за время менее одной секунда на дальностях до 6 км при минимально обнаружимой концентрации – до десятых долей мкг/л, определять химические соединения в открытой атмосфере. Эти комплексы отличаются высокой степенью автоматизации измерений, низким энергопотреблением и возможностью работать в полевых условиях. В 2004 году освоено серийное производство фурье-спектрорадиометров с размещением на различных носителях. Создан портативный вариант газосигнализатора с неохлаждаемым фотоприемником, не имеющий аналогов в мире. Основными области применения метода пассивной локации являются:

     - экологический мониторинг крупных  городов и промышленных центров;

     - мониторинг химически опасных  предприятий и производств;

     - нахождения мест утечки на газопроводах и нефтепроводах;

     - оперативный химический контроль  атмосферного воздуха в различных  чрезвычайных ситуациях;

     - специальные задачи в условиях  применения токсических химикатов.

Проведенные работы по разработке и созданию информационно-измерительных комплексов на базе фурье-спектрорадиометрии показывают перспективность метода пассивной локации химических соединений в открытой атмосфере. При этом облик и параметры этих комплексов в существенной мере зависят от развития современной оптоэлектроники, вычислительной техники и программного обеспечения. Фундаментальные преимущества фурье-спектрорадиометров, достигнутый уровень развития техники и технологии, разработанные методики обработки информации позволяют выразить уверенность в перспективности дальнейших работ в направлении совершенствования фурье-спектрорадиометрии, как одного из наиболее технически обоснованного и реально достижимого способа решения задачи поиска, идентификации и определения концентраций химических соединений в открытой атмосфере в режиме реального времени.