Более полувека в институте земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В.Пушкова РАН (ИЗМИРАН) проводятся научные исследования и работы по созданию кварцевых приборов, предназначенных для измерения магнитного поля Земли и его вариаций, для регистрации наклонов, температуры и других геофизических явлений.

Одним из первых руководителем проекта по созданию автоматических магнитовариационных станций (АМВС) для Антарктиды в ИЗМИРАН был известный полярный исследователь С.М.Мансуров [1]. Основные требования к АМВС такого типа заключались в том, чтобы она была выполнена в качестве так называемой “измерительной платформы”, которая имела возможность регистрации в аналоговой форме (на фотопленку) не только вариаций трех компонент магнитного поля Земли, но и возможность регистрации изменения нивелировки (ориентации в пространстве) станции в двух плоскостях, изменения температуры внутри магнитного измерительного преобразователя (МИП) и электронного блока, а также возможность регистрации температуры внешней окружающей среды. Кроме того, АМВС должна быть снабжена радиоприемником для обеспечения привязки получаемых данных к мировому времени по передаваемым сигналам точного времени, а также снабжена радиомаяком, предназначенным для облегчения поиска и обнаружения станции во время ее посещения обслуживающим персоналом один раз в год для замены фотопленки, на которую регистрировалась измеренная информация. В отличие от других изготовителей подобного рода приборов, в том числе и зарубежных, энергообеспечение станции осуществлялось от радиоактивного изотопного генератора.

При создании и изготовлении АМВС (в дальнейшем этот проект получил название АМВС “Пингвин”) было использовано много новых, пионерских на тот период времени, технических и конструкторских решений, которые были защищены авторским свидетельством [2]. По существу, это была первая созданная в Советском Союзе автономная АМВС на основе кварцевых магнитных датчиков. Благодаря глубоко продуманным техническим решениям и высококачественным их воплощениям АМВС ИЗМИРАН успешно проработали на геофизическом полигоне Антарктиды почти 15 лет. В общей сложности в экспериментах и научных исследованиях принимало участие от 5-ти (в 1975 году) до 12-ти (в 1989 году) одновременно работающих АМВС.

• блока кварцевых вариометров с фоторегистратором;
• электронного блока управления работой станции;
• изотопного термоэлектрогенератора (РИТЭГ).

В отличие от магнитной вариационной станции (МВС) “ИЗМИРАН-4”, вариометры АМВС, кроме информации о магнитном поле, регистрируют дополнительно информацию о состоянии отдельных элементов станции и режиме ее работы в течение года. Для этой цели кварцевые вариометры снабжены дополнительными отклоняющими катушками, к которым раз в сутки (или чаще, в зависимости от заданной программы работы) на короткий промежуток времени (5 минут) подключаются источники питания или термодатчики, имеющие на выходе аналоговый сигнал. В результате на фотопленке фиксируется кратковременный П-образный импульс, амплитуда которого пропорциональна величине измеряемого параметра. В данной станции регистрируются раз в сутки: температура блока кварцевых датчиков, температура внутри термоконтейнера, внешняя температура и ЭДС буферных аккумуляторов.

Подобным образом могут быть зарегистрированы метеорологические и другие физические параметры внешней среды, информация о которых из отдаленных и мало изученных районов, где устанавливается автономная станция, представляет определенный интерес. Дискретная регистрация дополнительной информации на магнитограмме практически не перегружает носитель записи. Для этой же цели информация о состоянии нивелировки измерительной платформы с датчиками поступает с наклономеров на фоторегистратор также дискретно и один раз в сутки, где фиксируется в виде двух точек, ординаты которых несут информацию о величине наклона в двух взаимо перпендикулярных направлениях. Регистрация наклонов измерительной платформы с датчиками позволяет при последующей обработке результатов измерений вводить поправку в дрейф нуля станции за год с точностью до 1…2 нТл.

В соответствии с велением времени, а именно с необходимостью получения информации в цифровом виде с целью оперативной обработки данных и их передачей, ИЗМИРАН приступил к следующему этапу – созданию цифровых кварцевых магнитовариационных станций (ЦМВС). Один из первых экземпляров такой ЦМВС под названием ЦМВС “Кварц-3Е” был установлен на австралийской антарктической обсерватории “Дэвис” в 1992 г., где эта станция проработала в течение года совместно с феррозондовой станцией, принадлежащей обсерватории.

По результатам этих работ и проведенных совместных исследований, которые опубликованы в [3], в дальнейшем ИЗМИРАН было выпущено еще 12 комплектов ЦМВС “Кварц-3Е”, которые были размещены на обсерваториях, принадлежащих Арктическому и Антарктическому научно-исследовательскому институту (ААНИИ) в Арктике. МИП этих станций были подключены к системам сбора, обработки и передачи данных “Геомет” и “Георайтер”, а также было выпущено 5 комплектов аналогичных ЦМВС для обсерваторий ААНИИ в Антарктиде. По нашим сведениям все станции на обсерваториях ААНИИ работают и в настоящее время.

Одна из ЦМВС “Кварц-3Е” была изготовлена для Мичиганского университета США и установлена специалистами ИЗМИРАН в Антарктиде на обсерватории “Восток”. МИП этой станции был подключен к платформе сбора данных обсерватории “Восток”, при помощи которой через американский спутник связи информация о состоянии геомагнитного поля в течение пяти лет передавалась в Мировой Центр Данных (МЦД) США в реальном времени. Данные этой и других установленных в Антарктиде ЦМВС использовались учеными в рамках совместного проекта “Исследование высокоширотных геомагнитных явлений”, осуществленного ИЗМИРАН, Мичиганским университетом и ААНИИ в период с 1995 по 2000 гг. Аналогичный эксперимент по передаче получаемых от ЦМВС данных на расстояние ИЗМИРАН осуществил в 1998 г. при участии заинтересованных организаций, в качестве которых выступили также Институт космофизических исследований и аэрономии (ИКИР) ДВНЦ и университет в г. Киото (Япония). Эксперимент осуществлялся на базе полярной геофизической обсерватории (ПГО) “Тикси”, принадлежащей ИКИР, где ИЗМИРАН установил ЦМВС “Кварц-3Е”, а специалисты из Японии установили платформу сбора и передачи данных, к которой также был подключен протонный магнитометр. При помощи канала связи, осуществляемого через японский метеорологический спутник, данные из ПГО “Тикси” непрерывно поступали в МЦД в г. Киото. Этот канал связи существует и по сей день, а данные ЦМВС передаются через Internet и используются для вычисления индексов магнитной активности.

На базе ЦМВС “Кварц-3Е” ИЗМИРАН совместно с Институтом геофизики АН КНР (г. Пекин) было изготовлено 5 экземпляров ЦМВС [4], два из которых были предназначены для установки и работы на китайских полярных станциях в Антарктиде – “Грейт Вол” и “Зон-Шан”. Данные с этих ЦМВС в настоящее время используются учеными КНР при проведении научных исследований.

На полярной обсерватории “Соданкюля” в Финляндии в настоящее время успешно продолжают работу две ЦМВС на основе кварцевых магнитных датчиков, одна из которых изготовлена в ИЗМИРАН (“Кварц-3Е”), а другая ЦМВС изготовлена польскими специалистами на базе кварцевых магнитных вариометров системы В.Н.Боброва (ИЗМИРАН). Данные этой обсерватории используются МЦД и участвуют в системе Интермагнет.

1. Бурцев Ю.А., Мансуров С.М., Тимофеев Г.А. Автономная вариационная станция для геомагнитных исследований в Антарктиде // Геомагнитное приборостроение. М.: Наука, 1977.

2. Бурцев Ю.А., Ушаков В.В., Майсурадзе П.А., Соколов В.П. Авторское свидетельство №409173. Бюллетень изобретений №48. 1973.

3. Papitashvili V.O., Belov B.A., Burtsev Yu.A. and all. Comparison of high resolution quartz and fluxgate magnetometer data recorded at Davis. Antarctica // ANARE Res. Notes 95 edited by R.J.Morris. 1996.

4. Liu Chang Fa, Zang Ping, Liu Chujie, Wagjuyi and Zhang Weix. Geomagnetic digital recording system and observation at Beijing geomagnetic observatorycenter of China // Workshop of geomagnetic observatories data acquisition and processing. Paris. 1992.