Тепловизорная диагностика

Внутреннее строение Земли, веществ, из которых она состоит, изучают геология и геофизика. Геологические методы позволяют исследовать только верхнюю часть земной коры. Пробурить скважину даже на глубину в несколько километров очень непросто. Геофизика позволяет проникнуть внутрь Земли гораздо дальше. Эта наука исследует аномалии земных полей, такие как отклонения плотности, магнитной восприимчивости, удельного электрического сопротивления, скорости распространения упругих волн и т д. Для глубинного (до 10000 метров) изучения крупных частей суши и океанов, разведки месторождений нефти, газа и твердых полезных ископаемых используют методы разведочной геофизики. Они включают в себя гравиразведку, магниторазведку, электроразведку, сейсморазведку, терморазведку, ядерную геофизику – всего более ста методов. Метод гравиразведки основан на очень точном измерении силы тяжести Земли, то есть гравитационного поля планеты. Земля – не однородный шар, в ней есть пустоты и области уплотнения, например залежи руды. В результате сила тяжести над ними оказывается либо чуть меньше, либо чуть больше среднего значения. Эти изменения и регистрируют гравиметрами. С помощью магниторазведки изучают геомагнитное, или естественное магнитное, поле Земли. Его величина зависит от размеров и глубины залегания намагниченных объектов, например залежей железных руд. Магнитометрами измеряют абсолютную величину магнитного поля либо его относительные значения, которые сравнивают с измеренными в опорных пунктах. Методы электроразведки основаны на изучении возникающих природных и искусственных электрических полей. Первые – результат солнечного и космического излучений, непрерывных ударов молний в землю, химических и физических реакций. Вторые возникают при воздействии на Землю линий электропередачи, антенн теле– и радиостанций. По характеристикам электрического поля (например, по сопротивлению) исследователи научились различать горные породы и залежи металлических руд. При радиолокационных исследованиях применяют георадары. Такой радиолокатор «смотрит» внутрь Земли. Антенна георадара излучает радиоимпульс, отражающийся от плотных пород и возвращающийся к принимающей антенне. Почва и горные породы быстро поглощают радиоволны, поэтому проникают они только на глубину в несколько десятков метров. Метод основан на отличии скорости распространения радиоволн, зависящей от физических свойств горных пород и жидкостей, их насыщающих (воды, нефти). Тепловые поля Земли, возникшие в результате сложных физических и химических процессов, исследуются при помощи тепловизоров. Их чувствительные элементы принимают инфракрасное (тепловое) излучение глубинных пород. Излучение это очень слабое, поэтому приемники тепловизора охлаждаются жидким азотом или гелием до температуры минус 200—230 градусов Цельсия. Принятые сигналы поступают на экран телевизора или фиксируются на фотопленке. Распределение температур зависит от внутреннего строения планеты. Разлом земной коры, даже давно затянувшийся наносными породами, дает о себе знать температурными аномалиями на поверхности земли. Изучая их динамику, можно судить о явлениях, которые вызывают напряжения и деформации в земной коре, чреватые катаклизмами. Сотрудники Института аэрокосмического приборостроения из столицы Татарии это делать научились. «Потрясающие снимки показал мне Роберт Мухамедяров, – пишет в журнале «Чудеса и приключения» Михаил Дмитрук, – на них видно все, что находится в недрах на глубинах до нескольких километров. – Смотрите: это разломы земной коры, – провел он пальцем вдоль светлых полос. А потом указал на темные пятна: – Здесь находятся месторождения нефти и газа. Эти снимки получены с помощью аэрокосмической аппаратуры, которая сделала недра почти прозрачными. Сквозь землю стало видно, как сквозь стекло. Что за чудеса? – Мы установили взаимосвязь между плотностью пород и температурой на поверхности земли, – объясняет Роберт Давлетович. – Проще не скажешь. В разных местах температура отклоняется на мизерные величины, но их фиксирует наша сверхчувствительная аппаратура. Компьютер вычерчивает на снимке линии одинаковых температур. Там, где линии сгущаются, выше плотность вещества в недрах (скальные породы, залежи металлических руд). А разрежаются линии там, где породы разуплотнены (разломы земной коры, карстовые пустоты, линзы подземных озер, залежи угля, нефти, газа). Дешифровав тепловизорные снимки, компьютер выдает цветные изображения местности, на которых, как на ладони, видно глубинное строение недр. Профессор развеял мои сомнения. Он показал другие подземные снимки, которые очень легко проверить. Их сделали не из космоса, а с самолета или вертолета, поэтому разрешающая способность снимков повысилась в сотни раз. И на них четко видны подземные коммуникации – их невозможно различить даже на поверхности невооруженным глазом. Вот передо мной поле, где скосили урожай пшеницы. На его тепловом изображении видны перекрещивающиеся газопроводы, которые под полем зарыты в землю. А вот план этих сооружений, взятый у газовиков: он точно совпадает с тепловизорным снимком. Мало того, на нем четко видны места повреждения изоляции на подземных трубах, а также утечки газа. Эта информация очень нужна газовикам, и ученые готовы предоставить ее. Кстати, их летающая аппаратура дает раз в десять больше сведений, чем робот, ползающий в трубе. А получить эти данные сверху можно в тысячи раз быстрее. Но, может, это стоит бешеных денег? Нет, аэрокосмическая диагностика гораздо дешевле внутритрубной». В 1979 году Роберта Мухамедярова, будущего доктора технических наук, профессора, перевели в НПО «Государственный институт прикладной оптики» начальником отдела и главным конструктором приборов для космических аппаратов. Позднее именно под его руководством отдел перерос в отделение, а в 1990 году выделился из НПО как самостоятельный Институт аэрокосмического приборостроения в Казани. Однако в новейшую российскую историю, как и многие российские предприятия, благополучно сел на мель. До сих пор на спутнике «Океан» аппаратура, сделанная в институте, дает изображение не хуже, чем американская. Но вместе с кризисом космической отрасли в России стала не нужна и казанская аппаратура для спутников. Работа в новых условиях заставила перейти на самолеты и вертолеты. Но, как говорится, нет худа без добра: с малых высот сотрудники института при помощи своей аппаратуры стали делать еще более удивительные открытия, чем из космоса. Тепловизорные снимки могут потрясти любого. Так, к примеру, сквозь огромную металлическую емкость для хранения нефти сверху можно увидеть… трещину в железобетонном фундаменте этого сооружения. Машины давно уехали, а на стоянке остались их тепловые тени. Глубоко в море виден тепловой след затонувшего корабля. А вот еще одно чудо: на снимке сквозь землю проступают контуры еще не раскопанных археологами фундаментов древних зданий! «Но Роберт Давлетович гордится и другими снимками, – пишет Дмитрук, – по которым можно диагностировать здания и сооружения. Под домами, мостами, дорогами, трубопроводами четко видны разломы коры, карстовые пустоты, коллекторы, потоки грунтовых вод, прочие сюрпризы природы. Если бы о них заранее знали строители, то обошли бы стороной эти гиблые места. Но объекты уже построены, их фундаменты и опоры проваливаются в пустоты и плывуны, вызывая деформацию зданий и сооружений. Долго ли они еще простоят и в каких местах их надо укреплять? Это тоже видно: все напряжения и деформации вызывают небольшие отклонения температуры, которые ясно проявляются на снимках». В институте запатентовали много новых принципов и устройств, которые позволяют увеличивать разрешающую способность тепловизоров практически неограниченно. Здесь научились улавливать одну десятитысячную долю градуса – это вполне достаточно для технической диагностики зданий и сооружений. Кроме того, снимки можно делать ночью во время сжатия строительных материалов и днем – во время их температурного расширения. В такие моменты особенно ярко проявляются все дефекты – и настоящие, и будущие. Но главное – диагностика земной коры: по напряжениям и деформациям в ее пластах можно прогнозировать подвижки, вызывающие землетрясения. Предвидеть землетрясения архиважно для любой страны, которая находится в зоне повышенной сейсмичности. Мухамедяров готов дать прогноз, где и когда случатся такие катаклизмы. При одном условии – если получит средства на эти исследования.