„Преди да се научиш да плуваш, трябва да влезеш във водата.“

Публикацията е посветена на описанието на експеримент, проведен през август 2020 г. във водите на Северния залив на град Севастопол за прехвърляне на големи количества информация в двоична форма към потопен обект.

Експеримент в Севастопол. За да се определи скоростта на трансфер на данни във водна среда, през август 2020 г. в Севастопол беше проведен пълномащабен експеримент. В експеримента участваха АО „ЦКБ МТ „Рубин“, АО „ЦНПО „Ленинец“ и ООО „СТЦ“. Целта на експеримента беше да се потвърди техническата възможност за предаване на големи количества информация във водната среда.

Формулиране на проблема. Успехът на трансфера на данни се определя от показателите за ефективност. За експеримента такива показатели за ефективност бяха използвани за определяне на скоростта на предаване и обхвата на предаване на масиви от данни в двоична форма.
Идея на експеримента. Той трябваше да измерва показателите за ефективност при предаване на информация по оптична комуникационна линия в Черно море.
Самият експеримент трябваше да се проведе на три етапа. На първия етап, за изграждане на оптичната комуникационна линия, трябваше да се монтира стенд за нейното тестване във въздуха. На втория етап трябваше да се провери възможността за трансфер на данни във водна среда с оценка на скоростта на трансфер, на третия етап, да се определи с използване на потопен обект, зависимостта на скоростта на трансфер на данни от далечината на предаване.

В подготовката за първия етап беше сглобен стенд. За целта се използва предавателно и приемно оборудване от безпилотния летателен апарат Орлан-10, произведен от ООО «СТЦ», оптичен предавател и приемник от компанията Optical Systems, както и преносими лаптопи със специален софтуерен продукт от АО ЦНПО Ленинец. Схемата на стенда за изпитване на оптичния комуникационен канал е показана на рис. 2.
За да се опрости експеримента, беше използван протокол на транспортния слой без установяване на UDP връзка. Поради това оптичният приемник е настроен само да приема. По време на първата фаза на експеримента бяха получени положителни резултати.

Рис. 2. Схема на стенд за изпитване на оптичен комуникационен канал

След това беше решено да се проведе вторият етап от експеримента. Той се проведе близо до град Севастопол. За това беше направена схема, показана на рис. 3.
На този етап от експеримента на брега са поставени лаптопи. Оптичният предавател и оптичният приемник бяха свързани с тях чрез жични комуникационни линии и поставени в запечатани кутии с нулева плаваемост. В същото време се захранваше от две батерии 60 V DC, които също бяха поставени на брега. В оптичния предавател е монтиран полупроводников лазер ND VA316T със средна изходна мощност 0,45 W. Режимите на работа на лазера се контролираха с помощта на лаптоп № 1 и адаптивен компютър, инсталиран в кутията на предавателя.

Експериментът е проведен през нощта при пълно спокойствие. Оптичният предавател и приемникът бяха поставени на дълбочина 1 м при дълбочина на мястото 1,5 м. Оста на оптичното излъчване беше разположена по протежение на брега. Разстоянието между предавателя и приемника беше постоянно и равно на 100 м. Температурата на водата в експерименталната зона беше +25°C. Поради замърсяването на Севастополския залив с органични и неорганични отпадъци, както и дрейфа на примеси от вливащата се в него река Черная, прозрачността на водата е само 5 м. Като предавана информация е използван графичен файл със сканирано изображение от 1,02 MB с разширение TIF. Ориентацията на предавателя и приемника се извършва ръчно от двама оператори с помощта на видимия оптичен лъч. Общото време на работа на оптичния предавател по време на експеримента е 15 минути.

Рис. 3. Схема на полеви експеримент в Северния залив на Севастопол през август 2020 г

По време на експеримента беше потвърдена техническата осъществимост за формиране на стабилен оптичен комуникационен канал дори при използване на протокола на транспортния слой без установяване на UDP връзка. Прехвърлена е 459 MB информация. Средната скорост на трансфер на данни беше 4 Mbps. По субективни причини третият етап от експеримента не е даден.

Проблемни въпроси на предаването на информация в морската среда с помощта на лазерно лъчение. Резултатите, получени в резултат на експеримента, идентифицираха два основни проблема, пред които ще се изправят разработчиците на подводни оптични комуникационни линии: тясната лента на лазерното лъчение и компенсацията на килевото и бортово клатене.
Характеристика на всяко лазерно лъчение е неговата ниска дивергенция. За газовите лазери е 0,1 мрад, а за твърдотелните е 0,2 мрад. Дори на големи разстояния (от няколко стотин метра до километър) светлинното петно ще има малки геометрични размери. Площта на такава област няма да надвишава няколко квадратни метра, което ще изисква специално насочване на източника на излъчване към оптичния приемник. Въпреки идеалните условия за експеримента се оказа доста трудно да се насочи оптичният предавател към приемника, за да се осигури стабилно приемане на информация.
Максималният растерен ъгъл, използван от полупроводниковия лазер, е 0,57 мрад или 0,033 градуса. Съответно, на разстояние 100 м диаметърът на светлинното петно ще бъде 80 см. С ръчно управление, при идеални условия е възможно да се получи лазерен лъч в оптичен приемник, но на големи разстояния това е доста трудно задача.

Единственият изход от тази ситуация се вижда в създаването на специална допълнителна система за фокусиране, инсталирана в предавателя. Това би позволило в автоматичен режим, в зависимост от разстоянието, да се увеличи или намали размерът на оптичното петно, за да се увеличи вероятността лазерният лъч да попадне в оптичната система на приемника. В този случай трябва да се има предвид, че с увеличаване на дивергенцията на лъча поради процеси на абсорбция и разсейване обхватът на оптичната комуникация ще намалее.

Друг технически проблем, с който ще се сблъскат разработчиците на оптични комуникационни линии, ще бъде необходимостта от компенсиране на килевото и бортово клатене. Разбира се, при предаване на информация чрез оптичен канал от АНПА на АНПА, наклона от клатенето ще има малък ефект върху този процес, тъй като превозните средства са способни да стабилизират позицията си за дълго време поради конструктивните характеристики (наличието на голям брой различно разположени движители и стабилизираща система в пространството). Надводните кораби (спомагателни кораби) обаче нямат такава система, което ще затрудни предаването на информация от автономни необитаеми подводни апарати към тях. Този проблем трябва да бъде разрешен възможно най-скоро.

Заключение. В момента водещите световни сили активно приемат нови и модернизират съществуващите АНПА, но все още не е създаден надежден високоскоростен канал за предаване на големи количества информация в двоична форма, което намалява функционалността на тези устройства. Съществуващите комуникационни канали, предимно хидроакустични, не позволяват предаването на големи файлове. Изходът от тази ситуация може да бъде използването на оптични комуникационни канали. Експериментът, проведен през август 2020 г. за прехвърляне на големи количества информация към потопен обект, показа възможността за създаване на високоскоростен оптичен канал на базата на синьо-зелен лазер в близко бъдеще.