4 апреля в троицком Доме ученых прошла однодневная конференция «Радиолокация в геофизике и радиофизике», собравшая доклады о новейших работах в этих областях. Например, о найденных в Египте нетронутых гробницах времен династии Птолемеев. Данные георадара с абсолютной точностью указали археологам места для раскопов, и уже найден ряд артефактов… Но сначала о самой конференции.
Она небольшая — около 20 докладчиков, в основном выступавших дистанционно и представлявших ИЗМИРАН, МГТУ им. Баумана, МТУСИ, МГРИ, ИПГ им. Фёдорова и другие учреждения. По своей тематике она продолжает формат научно-практического форума «Радиолокационные системы малой и сверхмалой дальности» (РМД) с двадцатилетней историей, который проходил все эти годы на базе лаборатория дистанционного зондирования МГТУ им. Баумана, а в 2024 году, когда ее бессменный лидер, руководитель этой лаборатории Сергей Ивашов вышел на пенсию, эстафету перехватил ИЗМИРАН. А оргкомитет возглавил зав. сектором научного приборостроения ИЗМИРАН, руководитель компании «НПО Радиолокация в геофизике и радиофизике» Владимир Сахтёров.
В этом году РМД перенесли с весны на осень, а поскольку многие ученые ее ждали и подготовили доклады к прежним датам, решили сделать еще одну мини-конференцию сейчас. В списке обсуждаемых тем — ионосфера (вычислительные модели и наблюдение), радиолокационные системы, глубинная радиолокация (собственно георадары) в теоретических и практических аспектах.
Ионосфера: «Лаэрт» на тестировании
В пленарной части выступили двое. Доклад Константина Цибули (ИПГ им. Фёдорова) был посвящен современному состоянию мониторинга ионосферы в Росгидромете. Сеть наземных наблюдений достаточно хорошая: кроме Троицка, есть пункты в Калининграде, Москве, подмосковных Электроуглях, Ростове, Подкаменной Тунгуске, Новосибирске, Магадане, Хабаровске и Петропавловске-Камчатском. И еще ряд северных станций в ведении Института Арктики и Антарктики. Всего на сегодня их 18. До 2022–2023 годов российские ученые получали данные и из всемирной сети, сейчас этот обмен прерван. Такая же ситуация и с космическими наблюдениями. Был провал в 1990-х, связанный с распадом Союза, в 2011 году запустили ионосферный спутник «Парус», затем стали поступать зарубежные данные, которые прервались только в 2024-м, и наши ученые снова остались только «при своих». Зато в арсенале есть огромный архив наблюдений советских времен. А 5 ноября 2024 года в космосе снова появились отечественные ионосферные спутники — два аппарата «Ионосфера-М». Их габариты — около метра, не считая антенн и солнечных батарей, масса 400 кг, главный прибор — ионозонд «Лаэрт», с ноября идет режим его тестирования, каждые 10 секунд снимаются ионограммы, и на Земле идет их обработка. Спутники находятся на околокруговой солнечно-синхронной орбите высотой 828 км. Летом 2025-го должны запустить еще два, и они обеспечат покрытие всей Земли. Данные нужны для работ по прогнозированию космической погоды (этим занимается ИЗМИРАН), для создания модели ионосферы, для расчета распространения радиоволн и для такой задачи, как ионосферная томография — анализ ионосферы по прохождению сигналов от спутниковых навигационных систем. Работает это и в другую сторону, подробные данные и правильные модели ионосферы могут улучшить точность геопозиционирования.
СВЧ-томограф: макеты и реальность
Рассказ отца-основателя конференции Сергея Ивашова имел обзорный характер и был посвящен использованию СВЧ-излучения в медицинской диагностике. (Его применение в лечении — вопрос давно изученный). Работы в этой области начались уже в 1990-х, а то и раньше, и среди задач, которые ученые пытались решить, выделяются две — диагностика инсульта и маммография. Нынешние томографы есть в больницах, они громоздкие и дорогие, а для лечения важно как можно быстрее определить тип инсульта, и в этом очень бы помог массовый портативный СВЧ-томограф, который врач скорой помощи мог бы привезти с собой. Эксперименты показали, что оптимальной по разрешающей способности / потерям сигнала является частота около 1 ГГц (длина волны 30 см). Работы на эту тему известны, финансирование по всему миру есть, но довольно долго дальше опытов на макетах мозга и прототипов приборов дело не шло. Сейчас как будто дело сдвинулось, например, у исследователей из Австралии (Университет Квинсленда) — прибор еще не портативен, но его уже можно перемещать по госпиталю, чтобы не перевозить больного. Есть клинические испытания, правильность диагностики составила 98% (1 ошибка из 50), и это обнадеживающий результат. «За МРТ-диагностику авторы получили Нобелевскую премию, — заключает Сергей Ивашов. — СВЧ-томограф, наверное, на «нобелевку» не потянет, но это будет колоссальным достижением и позволит сберечь множество жизней».
Георадар: в поисках древностей
«Подповерхностная геолокация» — так называются поиски чего бы то ни было с помощью георадара. Этому была посвящена одноименная секция, докладчики в которой представляли в основном ИЗМИРАН. У истоков прибора в этом троицком институте стоял выдающийся изобретатель Владимир Копейкин, уже ушедший из жизни, а теорией распространения и интерпретации занимается и по сей день зав. лабораторией дифракции радиоволн Алексей Попов. Сам принцип был известен и до этого: сверхширокополосный электромагнитный импульс по-разному отражается от разных слоев среды, по этому эху строится картина, которую интерпретируют специалисты. И занимавшаяся ранее зондированием атмосферы и космоса научная группа Попова постепенно переориентировалась на эти задачи. А георадар стал успешной коммерческой разработкой. Его применяют в строительстве, геологоразведки, археологии… Когда возводят дом, прокладывают дорогу, роют тоннель, важно знать, какие породы нужно проходить, что будет лежать под конструкциями, нет ли провалов, разломов, грунтовых вод. При ремонтах нужно знать, нет ли внизу старых коммуникаций. Роль радара в поиске полезных ископаемых очевидна. А как вам такая задача, как измерение толщины льда в Арктике, чтобы ледокол мог следовать правильным курсом? Сложность в том, что арктический лед — соленый, а в этой среде волны затухают быстрее.
А еще были поиски Челябинского (Чебаркульского) метеорита, в которой также участвовал Владимир Алексеев из ТРИНИТИ: удалось найти место, где лежал основной обломок. Оказалось, он не просто влетел по пологой траектории, но еще и отскочил от дна, и удалось отыскать его крупный осколок подо льдом. За труды ученым подарили небольшой фрагмент космического тела, который хранится в музее ИЗМИРАНа. Много где трудились троичане — в Египте зондировали пирамиды, в Кыргызстане — курганы… В 2008 году под Калининградом (Кёнигсбергом) нашли бункер — незавершенную стартовую площадку для «Фау-2» и легендарный подземный ход, ведущий к могиле Иммануила Канта. А в 2022-м в Иркутской области изучали Патомский кратер, имеющий необычную форму — кольцо с центральным конусом. Одним из организаторов экспедиции стала «Комсомольская правда». Газетчики надеялись, что ученые найдут если не обломки «летающей тарелки», то что-то еще из области тайн и чудес. Но георадар показал, что объект имеет естественное происхождение, скорее всего, метеоритное. Летом 2024-го отправились в Крым, где близ Пантикапея есть руины древнегреческого города поменьше — Нимфея (VI век до н. э. — III век н. э.). Долго археологи не знали, как его жители обеспечивали себя питьевой водой, ведь подходящих колодцев там не было! Оказалось, колодец был, но в 2,5 км выше в горы, а от него шел водопровод до города. Следы керамических труб на двухметровой глубине на сканах хорошо видны как два «колечка» рядом. Построили линию оптимального спуска, по которой должен был идти водопровод, просканировали, а потом провели раскопки в 35 местах и везде нашли эти трубы.
И самая новая история — снова про Египет! Только это уже не пирамиды, а небольшие захоронения времен династии Птолемеев (IV–V века до н. э., это уже закат Древнего Египта, его эллинистический период). За десять дней непрерывной работы специалисты исследовали 8 тыс. м2 территории древнего некрополя близ долины Нила и дали археологам точные указания, где есть смысл вести раскопки. О работах рассказал Павел Морозов, ведущий научный сотрудник ИЗМИРАНа и замдиректора по науке «Компании ВНИИСМИ», производящей георадар «Лоза». С его разрешения мы публикуем сокращенный текст доклада.
Результаты археологической экспедиции в Гебель эль-Нур (октябрь 2024 года)
Морозов П. А.* (ИЗМИРАН), Попов А. В. (ИЗМИРАН), Прокопович И. В. (МИРЭА),
Морозов Ф. П. (ВНИИСМИ, ИЗМИРАН).
Первое упоминание о подземной радиолокации можно найти в фантастической повести Владимира Немцова «Тень под землей»: «Проникнув в глубь земли целым спектром различных частот, послушный луч отразит на экране всё, что скрыто в ее недрах: угольные пласты, нефть, подземные реки и пещеры, кости вымерших животных. Может быть, мы откроем исчезнувшие города, запрятанные клады… Ничто не скроется от наших глаз!». Так представлял себе в 1948 году радиолокацию подземных объектов автор повести, радиоинженер по профессии, разработчик ультракоротковолновых радиостанций для армии, известнейший советский фантаст [1]. В круг задач, которые может решить георадар, Немцов включил и археологию.
А первое зафиксированное радиоотражение от подповерхностных структур было получено случайно на ледовом аэродроме в Антарктиде А. Уэйтом в 1957 году. Он обратил внимание на то, что радиовысотомер показывал высоту 900 футов еще до момента отрыва самолета от взлетной полосы. Оказалось, что радиовысотомер, который представлял собой импульсный радиолокатор, фиксировал отражение от нижней границы ледника.
Наработки марсианской программы
Основы нашей концепции георадаров закладывались в ИЗМИРАНе в 1990-х коллективом авторов в рамках выполнения проекта «Марс-94», который предполагал полет и посадку на поверхность Марса межпланетной автоматической станции. Лидером коллектива был В. В. Копейкин. Концепция георадара реализовала его идеи, которые радикально отличались от уже существовавших георадаров.
В соответствии с проектом, по марсианской поверхности должен был двигаться марсоход, на борту которого должен был быть установлен наш прибор — подповерхностный радар, который позволял бы зондировать марсианскую почву на глубину до 500 м и определил бы на этих глубинах наличие или отсутствие льда.
Очень жесткие условия, которые поставили разработчики проекта: 0,5 кг массы и 0,5 Вт потребления от бортовой сети марсохода, привели к тому, что признанные в то время лидеры по георадиолокации в Советском Союзе — отказалась участвовать в проекте. Разработка была поручена группе ученых ИЗМИРАНа. Схемное решение марсианского георадара было найдено, но события начала девяностых в нашей стране привели к отмене проекта «Марс-94».
Наработки марсианской программы были положены в основу георадара, получившего название «Лоза». Это импульсный электромагнитный радиолокатор подповерхностного зондирования. В нём реализован ряд конструктивных и методических принципов, которые делают возможным зондирование на рекордные глубины — в том числе в низкоомных средах, сильно поглощающих электромагнитные волны. Георадары серии «Лоза» разработаны и серийно выпускаются ООО «Компания ВНИИСМИ». Важной характеристикой георадара и его антенн является диаграмма направленности распространения в подповерхностной среде. Знание диаграммы направленности играет большую роль в интерпретации георадарных данных.
Георадар в археологической разведке
Наш опыт георадарных исследований в археологии Древнего Египта начинается с первого участия в Российской археологической миссии в Гизе в 2006 году. Далее были Абу-Эртейла (Мероэ, Судан) и Аксум (Эфиопия). В последние годы мы активно сотрудничаем с экспедициями Государственного Эрмитажа (Тува, Южный Казахстан, Узбекистан, Тянь-Шань, Алтай, Памир, Крым) и Института археологии Крыма.
Последние годы существенно расширился диапазон эпох, в исследовании которых нам удается оказать помощь археологам: от средневековья и античного периода до эпохи ранней бронзы (Восточный Крым, IV–III тысячелетия лет до н. э.) и неолитического периода (VI–V тысячелетия до н. э., террасы реки Баксан). Опыт работ, выполненных за прошедший период, позволяет выделить направления наиболее эффективного применения георадиолокации в практике археологических исследований. Археологическая разведка — тот вид исследований, когда применение георадара особенно эффективно. Ненарушающий принцип георадарного обследования, оперативность получения и наглядность результатов могут оказать большую помощь при решении задач разведки.
В октябре 2024 года было выполнено геофизическое обследование участка территории некрополя в районе поселения Гебель эль-Нур (Gebel el-Nour) на восточном берегу Нила в 120 км к югу от Каира и 25 км к югу от города Бени-Суэйф.
Принципы интерпретации георадарных разрезов
Каждый из профилей представляет собой вертикальное 2D-сечение грунтов по линии георадарного профиля. Построенные вертикальные сечения отражают изменения амплитуды и фазы отраженного сигнала. Диапазон изменения амплитуды сигнала передается палитрой цветов. Амплитуды положительного сигнала (условно) (+) отражаются «теплыми» цветами палитры, от желтого до красного. Амплитуды отрицательной части сигнала (–) отражаются «холодными» цветами, от желтого до синего и фиолетового. Сам по себе цвет на георадарном разрезе отражает только амплитуду и фазу отраженного сигнала. По границам, разделяющим участки разного цвета, можно выделять геологические слои, структуры и объекты.
Электромагнитный сигнал георадара отражается от границ в грунте, контрастных по диэлектрической проницаемости и проводимости. Чем больше контраст этих параметров, тем больше амплитуда отраженного сигнала. Если выделенный объект отражен на горизонтальных сечениях «условно теплым» тоном цвета, а вмещающая среда (грунт) имеет «условно более холодный» тон, это означает, что объект более плотный, чем вмещающая среда.
Анализ вертикальных 2D и горизонтальных 3D георадарных сечений позволяет выделять аномальные объекты на фоне горизонтально-слоистого строения по ряду характерных признаков: горизонтальные размеры, форма (квадратная, прямоугольная, круглая), глубина расположения, ориентация по сторонам света формы объекта, контрастность границ объекта, характер смены цветов при переходе через границы слоев, характерное строение сечений на вертикальных разрезах («прямоугольное», «сводчатое», «ступенчатое» и т. п.), повторение сечений с характерным строением на параллельных соседних профилях.
Объекты с такими характеристиками с большой вероятностью могут оказаться «рукотворным» и представлять интерес для археологических исследований. Окончательный вывод о «статусе» аномалии (археологический объект/геологическая аномалия) могут дать только археологи, выполнив заверочный раскоп. По результатам обследования, однозначно, можно сделать только один вывод, что других подземных объектов/аномалий, кроме обнаруженных георадаром, на участке нет. Такая информация повысит эффективность разведочных шурфов и позволить их выполнять «адресно».
Результаты обследований
В октябре 2024 года на территории некрополя в районе поселения Гебель эль-Нур было обследовано 7 участков: участки 1–5 на основной территории (площадью 6250 м2, рис. 2) и два участка на северной территории (площадью 1885 м2, рис. 3). Храм и некрополь относятся к Птолемеевскому периоду истории Древнего Египта (III век до н. э. — II век н. э.).
На всей обследованной площади выделено и проинтерпретировано по характерным признакам радиообразов более 50 объектов, имеющих признаки антропогенного происхождения. Все объекты нанесены на планы в локальных координатах. Координаты объектов собраны в таблицы по каждому из участков.
Далее приведены некоторые из находок. (Обратите внимание: текстовые описания были даны учеными только по данным георадара, а уже потом археологи провели раскопки. — Прим. авт.)
На профиле зарегистрированы две структуры с кратными повторами изображения (признак пустоты) (2).
Верх объекта расположен на глубине около 1,6–1,8 м. Основной признак антропогенного происхождения: сечения объекта повторяются на 10 параллельных профилях.
Объект в плане имеет прямоугольную форму 20 × 10 м. На одном из сечений объект прорезается грабительским раскопом.
Частично под грабительский раскоп попадает объект со сводчатой структурой (3)
* * *
Экспериментальные исследования выполнены в рамках геофизического обеспечения Российско-Египетской археологической экспедиции на памятнике Гебель эль-Нур (Gebel el-Nour Archaeological Project) при поддержке гранта РНФ № 22–12–00083 «Глубинный георадар: теория, методы, эксперимент», выполняемого в Институте земного магнетизма ионосферы и распространения радиоволн РАН (ИЗМИРАН). Руководитель экспедиции ИВ РАН в районе поселения Гебель эль-Нур — М. А. Лебедев [2]. Полевые работы и обработку результатов георадарного зондирования выполнили сотрудники Компании ВНИИСМИ и ИЗМИРАН.
1. Немцов В. И. Тень под землей. — М.: Детгиз. 1954, 240 с.
2. Лебедев М.А. Культурный и природный контекст древнего поселения Гебель эль-Нур в устье Вади Гайяда (Средний Египет): основные проблемы и перспективы изучения // Восток. Афро-азиатские общества: история и современность. № 6, 2023. С. 14—28.
3. ИВ РАН и Высший совет по древностям Египта. Отчет о полевых работах, проведенных в Гебель эль-Нуре в период с 30 сентября по 1 декабря 2024 года.
(1 оценок, среднее: 4,00 из 5)
Загрузка...