ОЧЕРК ИСТОРИИ МОРСКОЙ ГРАВИМЕТРИИ В ГАИШ МГУ

До начала текущего столетия определения силы тяжести производились только на суше. Но необходимость решения целого ряда научных и прикладных задач заставила искать способы гравиметрических измерений на подвижном основании. Изобретение "фиктивного" маятника голландским геофизиком и геодезистом Ф.А.Венинг-Мейнесом при наблюдениях в заболоченных районах Голландии позволило исключить влияние горизонтальных ускорений при установке прибора на движущейся платформе. Этот метод оказался применимым и для наблюдений на море.

На первых порах Венинг-Мейнес использовал сухопутный маятниковый прибор Штюкрата, снабженный регистрирующим фотоаппаратом. Для уменьшения влияния возмущающих ускорений, возникающих при качке корабля, прибор помещался в подводную лодку. Первое плаваниеиз Голландии в Индонезию дало удовлетворительные результаты и привело к созданию нового прибора. Дальнейшее усовершенствование было произведено в 1926г. прибор был помещен в карданов подвес. В 1928г. было сконструировано новое регистрирующее устройство. В этом виде морской маятниковый прибор Венинг-Мейнеса был испытан в многочисленных плаваниях на подводных лодках и дал хорошие результаты. В период 1923-1930гг. Ф.А.Венинг-Мейнес определил около 500 морских гравиметрических пунктов в Атлантическом, Тихом и Индийском океанах, в Мексиканском заливе, в Карибском, Красном, Средиземном морях и в морях вокруг Индонезии.

Первые высокоточные определения силы тяжести в прибрежных районах России были начаты в 1826г. Во время трехлетнего кругосветного плавания Ф.П.Литке на шлюпе "Сенявин" использовался маятниковый прибор. Были произведены измерения силы тяжести в Петербурге” Кронштадте, Петропавловске-Камчатском. Во время плаваний О.Геккера в I90I-I909гг. был совершен рейс с пробными измерениями силы тяжести по маршруту Одесса-Севастополь-Батуми.

Успех работ Венинг-Мейнеса по определению силы тяжести на море стимулировал постановку таких работ и в СССР. Большим энтузиастом этого дела стал профессор Ленинградского университета П.М.Горшков. В 1926г. П.М.Горшков посетил Ф.А.Венинг-Мейнеса в Голландии, где изучил его прибор и теорию определения силы тяжести на море. Следует отметить исключительную любезность и готовность помочь, проявленные Ф.А.Венинг-Мейнесом по отношению к П.М.Горшкову. Один маятниковый прибор был продан в СССР и передан в распоряжение Госгеолкома, в Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт (ЦНИГРИ). К сожалению, за пять-шесть лет им не было сделано ни одного измерения на море; была только попытка определений силы тяжести этим прибором на реках Сибири, но их результаты так и остались неизвестными. Потом прибор и вовсе затерялся.

По возвращении из Голландии П.М.Горшков подал докладную записку в Народный комиссариат просвещения о необходимости морских гравиметрических работ в СССР. Осенью 1928г. состоялось совещание специалистов-гравиметристов Ленинграда и Москвы, которое приняло решение о необходимости гравиметрических измерений на морях СССР. На собрании АН СССР в 1932г. П.М.Горшков прочитал доклад о задачах гравиметрии в СССР, в котором изложил вопросы изучения фигуры Земли, теории изостазии, геологического строения активных районов страны. Были намечены районы морских гравиметрических исследований: Черное, Каспийское, Японское, Охотское моря, дельта Волги.

Сильное Крымское землетрясение 1927г., полностью разрушившее Ялту, заставило заняться выяснением причин сейсмичности Крыма. Образованная для этой цели комиссия АН СССР наметила ряд исследовательских работ в этом направлении и, в частности, поручила Астрономо-геодезическому научно-исследовательскому институту при 1-м Московском государственном университете провести определения силы тяжести на Крымском полуострове. Эта работа была выполнена в I928-I929гг. под руководством доцента МГУ Л.В.Сорокина. Наиболее крупные положительные аномалии силы тяжести были получены непосредственно у южного берега Крыма. Естественно возникла мысль продолжить измерения силы тяжести и далее, в сторону моря. На этом особенно настаивал академик А.Д.Архангельский. За эту работу взялся Л.В.Сорокин.

Поскольку в ГАИШ не было специального прибора Венинг-Мейнеса, было решено приспособить обычный сухопутный четырехмаятниковый прибор Штюкрата для измерения силы тяжести на движущемся корабле. Л.В.Сорокин сам сконструировал оптическую схему и регистратор для фотозаписи маятниковых колебаний; был смонтирован карданов подвес, на котором размещалась вся аппаратура. Первая экспедиция на подводной лодке состоялась в июле-сентябре 1930г. в Черное море. Осенью 1933г. Л.В.Сорокин осуществил вторую экспедицию в Черное море, а в I934-I935гг. - третью. В 1937г. он выполнил съемку в Охотском и Японском морях. Последняя экспедиция Л.В.Сорокина была в 1947г. в Баренцево море. В процессе подготовки экспедиций Л.В.Сорокин совершенствовал аппаратуру, разрабатывал методики наблюдений и обработки полученных данных.

Все определения Л.В.Сорокина выполнены на высоком профессиональном уровне. Современные исследования позволили оценить измерения тех лет. Оказалось, что определения Л.В.Сорокина не имеют заметных систематических ошибок и характеризуются случайными среднеквадратическими ошибками ± (10-12)мГал. Ошибки эти связаны, главным образом, с неточностью координатного обеспечения и с вариациями хода хронометров. Уже к 1 января1933г. 45 пунктов, определенных в 1930г. на Черном море, были включены в каталог общей гравиметрической съемки СССР. Позднее определения Л.В.Сорокина входили в общие каталоги. В качестве приложения к каталогам издавались и карты аномалий силы тяжести, где были показаны акватории, покрытые измерениями Л.В.Сорокина.

Академик А.Д.Архангельский всегда интересовался гравиметрическими работами на Черном море и высоко ценил их. С ним Л.В.Сорокин согласовывал маршруты и пункты наблюдений. В 1934г. А.Д.Архангельский писал: "Измерения силы тяжести на подводных лодках в Черном море в 1930 и 1933гг. проф. Л.В.Сорокина полностью подтвердили предположение геологов о том, что Главный Кавказский хребет, Крым и Добруджа увязываются в одно неразрывное тектоническое целое...". Все последующие и особенно современные исследования подтвердили правильность и надежность тех геофизических построений и выводов о глубинном строении земной коры и верхней мантии, которые были основаны на интерпретации гравиметрических измерений в Черном море.

Л.В.Сорокин был одним из инициаторов проведения измерений силы тяжести с надводных кораблей, впервые осуществленных в СССР В.В.Федынским в 1935г. на Каспийском море. Во время этой экспедиции был опробован морской маятниковый прибор на надводном судне (барже). Первые результаты измерений получились достаточно грубыми, но важно то, что была доказана возможность использования надводных судов для гравиметрических работ.

После плодотворных работ Л.В.Сорокина 30-х годов в морских гравиметрических исследованиях СССР наступил перерыв. Тяжелые годы Великой Отечественной войны не оставляли возможностей для их продолжения. Но как только война закончилась, и советский народ приступил к восстановлению разрушенного хозяйства, в Астрономическом институте Московского университета (ныне ГАИШ МГУ) вновь развернулись исследования по морской гравиметрии и измерения силы тяжести на море.

В 50-х годах гравиметристы МГУ начали широко применять морские маятниковые приборы на надводных судах. В ГАИШ имелись трехмаятниковые приборы Кембриджского общества с латунными маятниками и фирмы "Аскания-Верке" с минимальными инварными маятниками, а также четырехмаятниковые приборы конструкции Л.В.Сорокина. Систематические наблюдения на надводных судах в экспедициях АН СССР с привлечением сотрудников ГАИШ, начались в 1951г., когда в экспедиции на нис "Витязь" (рейс 10) принял участие М.У.Сагитов. В 19-м рейсе "Витязя" в Тихом океане (1954г.) работал отряд гравиметристов, в который входили аспиранты В.Л.Пантелеев и Е.Д.Корякин. Целью этих рейсов была, главным образом разработка методики надводных маятниковых измерений силы тяжести и регистрации горизонтальных ускорений на кардановом подвесе.

В I954-I955гг. состоялось первое длительное плавание советских гравиметристов в открытом океане - экспедиция на танкере "Апшерон" и китобазе "Слава", участниками которой были А.Г.Гайнанов и Е.Д.Корякин. В экспедиции работали два трехмаятниковых прибора - кембриджский и фирмы "Аскания-Верке". Поскольку в то время не существовало аппаратуры для измерения возмущающих ускорений, а также из-за несовершенной навигации, средняя квадратическая ошибка аномалий силы тяжести составила ±( 12-17)мГал. Всего за время плавания было определено 308 гравиметрических пунктов в водах Антарктики, Атлантического океана и Средиземного моря.

В 1955г. в связи с подготовкой к Международному геофизическому году в ГАИШ организована постоянно действующая морская гравиметрическая экспедиция, научным руководителем которой стал профессор В.В.Федынский, а его заместителем - Н.П.Грушинский. Целью экспедиции было совершенствование аппаратуры и методики измерений силы тяжести на море и получение новых данных о распределении гравитационных аномалий в Мировом океане и Антарктике. Из состава этой экспедиции формировались отряды, в которые кроме сотрудников ГАИШ нередко входили сотрудники геологического факультета МГУ, ВНИИГеофизики, ИФЗ АН СССР, ЦНИИГАиК и других организаций. Работы велись как на надводных судах, так и на подводных лодках. Так, в первый же год работы экспедиции были сформированы два отряда: один - на подводной лодке, работавший в районе Новой Земли, второй - в составе Первой Советской антарктической экспедиции (САЭ) на дизель-электроходе "Обь".

В таблице упомянуты все морские гравиметрические экспедиции, выполненные под руководством или при участии сотрудников ГАИШ с 1955 по 1985гг. Наиболее длительным плаванием был 3-й антарктический рейс д/э "Обь" (I957-I958гг.). Он продолжался 10 месяцев. За это время пройдено 44000 миль, выполнено 192 гравиметрических пункта в Атлантическом, Тихом, Индийском океанах, в водах Антарктики и на антарктическом континенте. Гравиметрические работы на Антарктиде велись и в ряде других антарктических экспедиций (5-я-8-я САЭ). Эти измерения позволили построить гравиметрические карты отдельных регионов Антарктиды (Земля Королевы Мод, Земля Эндерби, район станции Мирный, залив Лютцов-Хольм и др.). В дальнейшем с использованием данных, полученных в трансконтинентальных походах, а также данных зарубежных экспедиций, сотрудниками ГАИШ были построены гравиметрические карты для всего материка, карты подледного рельефа, карты мощности земной коры Антарктиды. Результаты исследований гравиметристов ГАИШ включены в атлас Антарктики.

Морские гравиметрические экспедиции ГАИШ I955-I989 гг.
п/л – подводная лодка; цифры, указанные с названиями судов – номера рейсов

№ п/п	Год	Судно или экспедиция	Руководитель и состав отряда	Продолжит., месяцы	Пройдено миль	Кол. пунктов (или миль) непрер. измер	Галерея
1	1955	п/л, "Обь"-1, район Новой Земли	М.У.Сагитов, В.Л.Пантелеев, Л.П.Смирнов, И.Е.Васильев	1	3500	38
2	I955-56	"Обь"-1	А.Г.Гайнанов, Е.Д.Корякин, С.А.Ушаков	7,5	33000	200
3	1956	п/л, Берингово и Чукотское моря	В.Л.Пантелеев, Г.Д.Марчук, Л.Н.Хармаджев, И.Е.Васильев	3	10000	150
4	1956-57	"Обь"-2	Н.П.Грушинский, В.А.Гладун, И.А.Епишин, П.А.Строев	8	40000	142
5	1956-57	"Лена"-2	И.Э.Зоммер, В.Н.Коржев,И.Н.Гончаров	6	50000	37
6	1956	"Обь", Гренландское море	Н.Я.Третьяк, Т.С.Чеснокова, Е.И.Отрошко	2	5000	24
7	1957-58	"Обь"-3	А.И.Фролов, В.Н.Коржев, Е.Д.Корякин, С.А.Ушаков	10	44000	192
8	1957-58	"Витязь"-26	А.Г.Гайнанов, Л.П.Смирнов, А.М.Микиша, И.Е.Васильев	4	20000	18
9	1958	"Витязь"-27	И.Н.Капцова, Л.И.Смирнов, А.М.Микиша, И.Е.Васильев	4	20000	24
10	1958	п/л, Атлантический океан	М.У.Сагитов, Г.Д.Марчук, В.О.Баграмянц, В.В.Ратушный, А.А.Головичер	2,5	10000	119
11	1958	Тихоокеанская комплексная гравиметрическая экспедиция, три отряда на трех п/л	В.Л.Пантелеев, П.А.Строев, Г.Д.Марчук, В.А.Гладун, Л.А.Губаренко, А.В.Стакло, В.С.Симаков, А.П.Лугинец, В.П.Горин, Г.М.Гейшерик, В.Н.Орехов	3	5000	114
12	1958-59	п/л, Тихий океан	М.У.Сагитов, Г.И.Марчук, Б.И.Козлов, Г.М.Гейверик, Л.Н.Хармаджев, В.Г.Демин, В.О.Баграмянц	4	10000	300
13	I959-60	"Обь"-5	А.И.Фролов, Е.Д.Корякин	5	30000	120
14	I959-60	п/л, Атлантический, Индийский, Тихий океаны	В.Н.Коржев, Ю.Б.Бобров, В.А.Гладун, Ю.П.Канибер, Б.Б.Левицкий, В.Л.Пантелеев, П.А.Строев, И.Я.Французов	5,5	28000	250
15	I960	"Батайск", учебная практика студентов МГУ	И.Н.Капцова, Ю.Б.Бобров, Т.С.Чеснокова	3	7500	–
16	I960-6I	"Обь"-6	П.А.Строев, Б.И.Козлов, B.C.Симаков	6,5	50000	107
17	1961	"Север"-13, работа на дрей-фующих льдах	Е.Д.Корякин	2	–	13
18	1962	"Батайск", учебная практика студентов МГУ	П.А.Строев, Б.И.Козлов, Н.А.Чуйкова и др.	I	8000	6
19	I96I-62	"Обь"-7	В.А.Гладун, Ю.В.Бобров	7	30000	58
20	1962-63	"Обь"-8	Е.Д.Корякин, А.В.Стакло	6,5	28000	127
21	1963	п/л, Охотское море	П.А.Строев, В.А.Гладун, Ф.С.Трубинский, Л.Н.Хармаджев, Б.И.Козлов и др	2	8000	150
22	I963-64	"Обь"-9	И.Н.Капцова, Ю.П.Измайлов, А.С.Кузьмин	5,5	40000	56
23	1964	п/л, Японское море	П.А.Строев, Б.И.Козлов, Ф.С.Трубинский, В.В.Ратушный, Б.В.Бобынин, В.Н.Крысанов	2,5	5000	148
24	1964	"Полюс"	В.Н.Коржев	5	15000	35
25	1964	"Московский уни-верситет”, Черное море; Испытание аппаратуры	Н.П.Грушинский, Ю.В.Бобров, В.А.Гладун	–	500	–
26	1965	Баржа, Черное море; Испытание аппаратуры	В.Л.Пантелеев, Ю.В.Бобров, В.А.Гладун	–	500	–
27	1966	"Зеравшан", Черное море; Испытание аппаратуры	В.Л.Пантелеев, Ю.В.Бобров, И.Н.Капцова, Б.И. Козлов	–	500	–
28	I966-67	"Витязь"- 40, 41	И.Н.Капцова, В.А.Гладун, Б.Ф.Казанский	7	17000	148 (3135 миль)
29	1967	"Витязь"-42	П.А.Строев, Ю.В.Бобров, З.Н.Левицкая, В.Л.Пантелеев, Ю.А.Павлов	1,5	5000	2500 миль
30	I968-69	"Профессор Зубов"	Е.Д.Корякин, А.И.Фролов, Ю.В.Бобров Б.С.Хаит	4	29000	6000 миль
31	1969	"Зеравшан", Черное море; Испытание аппаратуры	В.А.Гладун, Ю.В.Бобров	–	500	–
32	1969	п/л, Тихий океан	П.А.Строев, Б. И. Козлов, Ф.С.Трубинский, М.В.Бочаров и др	3	15000	90
33	1969	"Академик Курчатов"-6	В.Л.Пантелеев, A.Г.Гайнанов, А.В.Стакло, И.Н.Капцова	3	9000	870 (1000 миль)
34	1970	"Витязь"-47	П.А.Строев, в.г.Кузин, Р.Г.Кулинич	2	5000	100
35	1971	"Академик Курчатов"-10	Е.Д.Корякин, А.Г.Гайнанов, В.Л.Пантелеев, Н.Г.Бурова, Л.П.Полякова, В.Р.Мелихов	2,5	15000	8000 миль
36	1972	"Витязь"-51	П.А.Строев, Ю.В.Бобров, В.А.Гладун, В.Б.Дубовской, Ю.С.Доброхотов	3,5	30000	15000 миль
37	1972	"Антарктика", Черное море; Испытание аппаратуры	В.А.Гладун, М.Н.Ломоносов	1	1000	–
38	1973	"Дмитрий Лаптев", Балтийское море; Испытание аппаратуры	Е.Д.Корякин, Ю.В.Бобров, М.Н.Ломоносов	–	2000	–
39	1973	"Московский Университет", Средиземное море	В.Л.Пантелеев, В.Р.Мелихов	2,5	6000	3800 миль
40	1976	"Морской геофизик"	П.А.Строев, Ю.В.Бобров, М.Н.Ломоносов	2,5	6000	2500 миль
41	I976-77	"Академик Курчатов"-24	Е.Д.Корякин, В.А.Гладун, Л.А.Губаренко, Л.Г.Иванкин, В.С.Симаков, И.В.Колежук	4	29000	20265 миль
42	1977	"Дмитрий Овцын"; Испытание аппаратуры	В.Л.Пантедеев, К.С.Власов, М.Н.Ломоносов	1,5	3000	–
43	1978	"Смелый"	М.Н.Ломоносов, K.С.Власов, Д.Е.Корякин	5	15000	–
44	1979	"Федор Матиссен"	М.Н.Ломоносов	4	20000	–
45	1979	"Мария Савина"	П.А.Строев	2	10000	–
46	I980	"Мария Савина	П.А.Строев	5	18000	–
47	1980	"Смелый"; Испытание аппаратуры	Д.Е Корякин	2	5000	–
48	I980	"Мария Савина"	М.Н.Ломоносов, В.Е.Лазарев, А.С.Волков	2	8000	–
49	1981	"Мария Савина"	М.Н.Ломоносов, А.А.Ражин Д.Е.Корякин	2	10000	–
50	1982	"Капитан Мелехов"	А.С.Волков	1,5	5000	–
51	I983-84	"Фобос"	П.А.Строев, М.Н.Ломоносов	3	10000	–
52	I988-89	"Московский Университет"-2	В.А.Гладун, Д.А.Гилод	2,5	–	–
53	I989	"Мезень"	Д.Е.Корякин	1	–	–
54	I989	"Дмитрий Менделеев"-45	Д.Е.Корякин	2,5	–	–

Первая подводная гравиметрическая экспедиция (после рейсов Л.В.Сорокина) была организована в 1955г., в ней использовался модернизированный четырехмаятниковый прибор Л.В.Сорокина и два кварцевых затушенных гравиметра конструкции ВНИИГеофизики. Наряду с морскими хронометрами использовался кварцевый генератор стандартной частоты. Точность измерений силы тяжести составила ±(5-8)мГал.

Наиболее длительное подводное плавание состоялось в I959-I960гг. Эта экспедиция длилась 5,5 мес, было пройдено 28000 миль, выполнено 250 маятниковых пунктов в Атлантическом, Индийском и Тихом океанах (примерно через каждые 90-100 миль).

Во 2-й САЭ гравиметрический отряд впервые наряду с маятниковыми приборами применил на надводном судне затушенный гравиметр КГОМ-3 конструкции ВНИИГеофизики. Этим гравиметром были выполнены измерения на 62 пунктах, их точность оценивается средней квадратической ошибкой ±10 мГал.

В дальнейшем кварцевые затушенные гравиметры типа С3 конструкции ВНИИГеофизики неоднократно использовались гравиметристами ГАИШ в их морских экспедициях. В 1961г. с двумя такими гравиметрами Е.Д.Корякин работал в составе высокоширотной воздушно-десантной экспедиции Север-13. Это была первая попытка измерения силы тяжести затушенным гравиметром на дрейфующих льдах Северного Ледовитого океана. Экспедиция Север-13 базировалась на дрейфующей льдине, с которой на самолетах ЛИ-2 и АН-2 производились полеты с посадками на дрейфующий лед для гидрографических, сейсмических и гравиметрических работ. Для учета сползания нуль-пункта гравиметров производились контрольные наблюдения на о-ве Диксон и на о-ве Средний (Северная Земля). Всего за время экспедиции было выполнено 13 гравиметрических пунктов в районе подводного хребта Ломоносова. Опыт показал, что использование гравиметров типа С3 в условиях полярного дрейфа нецелесообразно, поскольку из-за большой постоянной времени гравиметров наблюдения на пункте необходимо не менее 40мин. В течение этого времени гравиметры испытывают постепенное охлаждение, и отсчеты непрерывно меняются. Для качественных наблюдений требуется нахождение на пункте не менее 1,5-2ч, что связано с задержкой самолета и дает малую продуктивность. Точность аномалий силы тяжести, полученных в этой экспедиции, не превышает ±(10-15)мГал.

С 1966г. гравиметристы ГАИШ стали работать с автоматизированным набортным гравиметром (АНГ), сконструированным и изготовленным совместно в ГАИШ и во ВНИИГеофизики. Первые наблюдения с этим гравиметром проводились в объединенном 40-41-м рейсе нис "Витязь". Отряд выполнил 148 пунктов с гравиметром СЗ и 3135 миль измерений с АНГ. Это были первые непрерывные измерения силы тяжести в океане на продолжительных галсах.

Первый непрерывный гравиметрический профиль в Антарктике выполнен в 14-й САЭ на нис "Профессор Зубов" в 1969г. отрядом ГАИШ и НИИГА. Профиль длиной около 2000миль был проложен от станции Мирный до станции Беллинсгаузен примерно по параллели 62°ю.ш. Всего во время этой экспедиции было пройдено 29000 миль, из них 6000 миль с гравиметрическими работами.

До 1969г. автоматизированные гравиметры устанавливались в кардановы подвесы, а после -на гироплатформы. В 10-м рейсе нис "Академик Курчатов" (1971г.) на гироплатформе "Диск" работал АНГ. Гравиметрический отряд выполнил измерения силы тяжести на профилях общей протяженностью 8000миль.

В 51-м рейсе нис "Витязь" (1972г.) наблюдения велись с гравиметром GSS-2 фирмы "Аскания". Всего было пройдено 30000 миль, из них с гравиметрическими работами 15000 миль.

В связи с непрерывным совершенствованием аппаратуры гравиметристы ГАИШ участвовали в ряде непродолжительных экспедиций с целью испытания приборов на судах "Московский университет", "Зеравшан", "Антарктика", "Дмитрий Лаптев", "Дмитрий Овцын", "Мария Савина" и др.

Наряду с гравиметрической аппаратурой совершенствовались и вспомогательные приборы и приспособления. Уже в 1-й САЭ вместе с хронометрами использовался прибор проверки часов ППЧ-4 с кварцевым стабилизатором частоты. Сигналы от хронометров, ППЧ и радиосигналы точного времени записывались на пленку шлейфового осциллографа МПО-8. Кроме того, в этой же экспедиции для устранения влияния магнитного поля Земли на инварные маятники маятниковый прибор "Аскания-Верке" был помещен в кольца Гельмгольца, в которых создавалось магнитное поле, компенсирующее поле Земли. Для определения поправок Броуна был использован блок регистрации наклонов и вертикальных ускорений (РНВУ), состоящий из двух медленных маятников и быстрого горизонтального (разработка ИФЗ АН СССР).

Во 2-й САЭ вместо морских хронометров уже использовались кварцевые часы, сконструированные в ГАИШ. В этой экспедиции наряду с кембриджским трехмаятниковым прибором с латунными маятниками использовался четырехмаятниковый прибор Л.В.Сорокина с кварцевыми маятниками, значительно модернизированный и снабженный медленными маятниками и вертикальным акселерометром.

В 26-м рейсе "Витязя" (1957-1958гг.) использовался шестимаятниковый прибор конструкции ИФЗ АН СССР (который в дальнейшем участвовал во многих экспедициях ГАИШ, в том числе в антарктических), а один из гравиметров СЗ был помещен на гиростабилизированную платформу.

Одновременно с разработкой и совершенствованием морской гравиметрической аппаратуры расширялись теоретические и методические исследования в области измерения силы тяжести на подвижном основании.

При измерении силы тяжести маятниковым способом центральной проблемой оказался учет поправки Броуна, исключающей систематическую ошибку, обусловленную влиянием горизонтальных ускорений. Применение акселерометров для регистрации горизонтальных ускорений в кардановом подвесе маятникового прибора невозможно, так как карданов подвес является маятником короткого периода и непрерывно "самонивелируется", ориентируясь по кажущейся вертикали. Ф.А.Венинг-Мейнес предложил вместо регистрации ускорений записывать вынужденные колебания маятников большого периода(40-60с) относительно карданова подвеса (период> 1,8-2,2с). Амплитуда этих колебаний зависит от амплитуды горизонтального ускорения, Используя эту идею, Д.В.Сорокин изготовил маятник большого периода ("медленный маятник"), который был испытан в 1954 г. в экспедиции на нис "Витязь". В последующие годы в ЦНИИГАиК и ИФЗ АН СССР были изготовлены опытные серии таких маятников, которые применялись при маятниковых измерениях на подводных лодках в I955-I965гг. Рабочие формулы для математической обработки записей медленных маятников, учитывающие вязкие связи маятников с кардановым подвесом, получены в ГАИШ В.Л.Пантелеевым.

В эти же годы в ГАИШ совместно с ЦНИИГАиК совершенствовались методика и математические методы обработки маятниковых наблюдений: изменилась и существенно упростилась методика определения периодов колебаний маятников и поправок "за амплитуду и неизохронность". Отказ от хронометров и переход к кварцевым генераторам стабилизированной частоты устранил погрешность, связанную с вариациями хода часов,

Вторая половина 50-х годов связана с рождением нового метода морской гравиметрии - появились первые морские гравиметры. К.Е.Веселов (ВНИИГеофизика) и В.Л.Пантелеев (ГАИШ) разработали первую теорию морского затушенного гравиметра и основных возмущений, вызванных ускорениями и наклонами основания. К 1958г. теория морского гравиметра с крутильной нитью практически была завершена и содержала все основные возмущения, известные в настоящее время. В частности, она содержала эффект "кросс-каплинг", поправку за запаздывание, влияние наклонов основания и горизонтальных ускорений, а также другие возможные эффекты, до конца не изученные и в настоящее время.

Период I960-I970гг. отличался активным сотрудничеством ГАИШ и ВНИИГеофизики в создании новой аппаратуры для измерения силы тяжести на море. За это время был разработан способ оптической фильтрации гравиметрической информации на фоне качки корабля. Изготовлен и испытан на Черном море оптико-механический гравиметр (СНГ), реализующий двухкратную фильтрацию. С помощью лабораторных установок, макетов и опытных образцов отрабатывалась схема непрерывной компенсации изменений силы тяжести посредством автоматической обратной связи. В результате были созданы лабораторные образцы автоматизированных набортных АНГ (автоколебательный режим), АНГ-2 (автоколебательный режим, двойная система), АНГ-М (введена гидродинамическая стабилизация), морских МАГ (линейная, устойчивая модель с автоматической обратной связью). Была построена теория всех этих гравиметров, проведены морские испытания. Так, в 42-м рейсе нис "Витязь" АНГ-2 был помещен в карданов подвес, а горизонтальные ускорение регистрировались с помощью системы "центральная гировертикаль - свободный карданов подвес". Поправка Броуна вводилась после "ручной" обработки записей. Впоследствии для этой цели применялась аналоговая вычислительная машина MH-10M. Эти работы по автоматизации морских гравиметров послужили базой для создания ныне действующего гравиметра морского набортного (ГМН), разработанного во ВНИИГеофизики.

В области теории и практики стабилизации опоры главное внимание уделялось гироскопическим стабилизаторам. На базе стабилизатора МАГ изучались динамические особенности стабилизатора гиромаятникового типа. В.Л.Пантелеев ввел в практику для контроля стабилизатора вязкий уровень. В последующие годы теоретические исследования в основном были направлены на изучение методов оптимизации параметров динамических систем измерения и обработки данных.

Решение этой задачи невозможно без изучения состава возмущающих ускорений. Совместно с НПО "Севморгео" (Ленинград) была изготовлена аппаратура для регистрации ускорений и наклонов гиростабилизаторов. В ряде экспедиций на Ладожском озере, на Белом море и в северо-западной части Тихого океана проводились испытания систем стабилизации основания и систем регистрации комплекса возмущающих ускорений и наклонов. В отделе гравиметрии ГАИШ в течение ряда лет создавались стенды для испытания морской гравиметрической аппаратуры. Построены стенды горизонтальных и вертикальных ускорений, имитирующие качку корабля. Эти стенды на протяжении последних двух десятилетий активно используются гравиметристами ГАИШ и ВНИИГеофизики для испытаний гравиметров, акселерометров, гиростабилизаторов.

С целью определения эмпирических частотных характеристик гравиметра в области частот полезного сигнала (изменений силы тяжести) разработаны и изготовлены стенды двух типов: одни из них реализуют имитацию изменения силы тяжести по гармоническому закону методом наклона, другие - вращением платформы вокруг оси под некоторым углом к вертикали. Управление стендом и математическая обработка данных производится автоматически.

Аппаратурные разработки отдела гравиметрии ГАИШ в последнее десятилетие направлены на создание информационно-вычислительных комплексов для управления процессом измерения и обработки гравиметрических данных с помощью микропроцессорной вычислительной техники. В настоящее время на базе микроЭВМ "Электроника MC-I2I2" создан вычислительный комплекс для обработки гравиметрической информации, моделирования динамических систем различных классов и автоматизации гравиметрических экспериментов в режиме реального времени, предусмотрена возможность подключения к комплексу модульной системы KAMAK.

В области теории исследования последних лет нацелены на решение задачи восстановления информации, искаженной динамической системой гравиметра, на построение экономичных, но обладающих достаточно высокой точностью алгоритмов оценивания измеряемых параметров гравитационного поля на фоне помех с использованием разнородной информации.

Работы над совершенствованием морской гравиметрической аппаратуры сопровождались теоретическими исследованиями. К наиболее важным можно отнести работы по теории движения физического маятника, гироскопическим системам стабилизации гравиметра, спектральным моделям характеристик гравитационного поля, динамическому синтезу морских гравиметров.

Теоретические исследования в области гравиметрии в неинерциальной системе отсчета (динамической гравиметрии) были ориентированы прежде всего на оптимальную фильтрацию и сглаживание. При повышении требований к точности измерений предположение о "точности" пробного тела гравиизмерителя становится несостоятельным. В.Л.Пантелеевым было рассмотрено и исследовано обобщенное уравнение гравиградиентометра в неинерциальной системе отсчета, которое можно положить в основу дальнейших разработок аппаратуры для измерения характеристик гравитационного поля на море” в воздухе и в космическом пространстве.

Copyright (c) "Русский переплет"