В России есть запрос на отечественные технологии для проведения экологических исследований и реализации потенциала природных ресурсов страны, включая климатические. Коллективы университетов работают над созданием собственного оборудования для мониторинга экологической ситуации и измерения концентрации и потоков парниковых газов на сети карбоновых полигонов. О своих разработках, способных заменить зарубежные аналоги, рассказали ученые ведущих технических вузов страны.

Центр мониторинга окружающей среды и экологии Московского физико-технического института (МФТИ) активно работает над проектом оперативного мониторинга углеродного баланса, практическая реализация которого позволит обеспечить импортозамещение необходимой аналитической аппаратуры. Значительная часть прикладных разработок ученых выполнена на российских комплектующих и не уступает мировым аналогам, будучи при этом дешевле в стоимости и эксплуатации.

Так, коллектив ученых МФТИ работает над созданием прототипа устройства для наиболее точного измерения потоков климатически активных газов между атмосферой и подстилающей поверхностью методом турбулентной пульсации или вихревой ковариации. Сегодня на мировом рынке аппаратуры, использующем такой широко признанный экспертным сообществом метод, лидируют американские компании. Однако стоимость разработки московских физтеховцев более чем в 2 раза ниже, чем у конкурентов из США. Тестирование этой комплексной аппаратуры начнется уже этой осенью. 

«На сегодняшний день в глобальном мониторинге парниковых газов лидируют США и Япония. Россия, обладая огромными климатическими ресурсами, просто обязана быть на первых ролях в изучении климата, но для этого необходимо разработать линейку приборов очень высокой точности, погрешность даже в один процент здесь недопустима. Имеющиеся заделы МФТИ в области лазерной и гетеродинной инфракрасной спектроскопии сверхвысокого разрешения позволят нам не только заменить, но и улучшить систему мониторинга и занять свою нишу на столь перспективном рынке», — отметил Александр Родин, исполнительный директор Научно-технического центра мониторинга окружающей среды и экологии МФТИ.

В прошлом году МФТИ уже удалось обогнать мировых лидеров по разработкам, включая специалистов NASA, которые также разрабатывают подобную аппаратуру, но не смогли обогнать Физтех по ключевому параметру – спектральному разрешению. Ученые вуза создали высокоточный многоканальный гетеродинный спектрорадиометр, который может быть использован в том числе для калибровки и верификации данных проверки глобального спутникового мониторинга парниковых газов в атмосфере. Разработка вуза на сегодняшний день обладает рекордными в мире параметрами по спектральному разрешению. Немаловажно, что такое устройство существенно дешевле аппаратуры, используемой при создании сетей наземных станций. В настоящее время спектрорадиометр проходит приемочные испытания и сертификацию, которые координирует Росгидромет. В серийное производство прибор планируют запустить через год.

Глобальный мониторинг парниковых выбросов требует не только точности, но и масштабного охвата, который позволит обеспечить дистанционная диагностика локальных источников климатически активных газов с помощью лазерного газоанализатора лидарного типа на платформе беспилотников. В частности, он позволяет обнаруживать утечки в магистральных газопроводах, оценивать выделение метана полигонами захоронения ТКО, а также осуществлять дистанционный мониторинг водных объектов. В настоящее время только за счет выбросов метана при транспортировке природного газа в атмосферу выделяется около 30 млн тонн эквивалента CO2 в год, что ведет не только к увеличению углеродного следа российского экспорта, но и к значительным прямым потерям ценного сырья. Система, разработанная в МФТИ, позволяет строить трехмерную томографическую картину распространения выброса. Испытания новой разработки физтеховцев находятся в завершающей стадии.

Собирать с воздуха актуальные экологические данные о поверхности Земли, растительности и ее составе, типах почв и т.д. современным ученым помогают гиперспектральные камеры, размещенные на летательных аппаратах. Разработкой мини-версии такого оборудования для зондирования карбоновых полигонов с дрона занимаются в Московском государственном техническом университете (МГТУ) им. Н.Э. Баумана. Подобная камера, но больших габаритов, уже имеется в арсенале собственных разработок бауманцев, но она используется для решения других задач.

«Разработчикам МГТУ поставлена задача масштабировать нашу гиперспектральную камеру и сделать более компактную версию, чтобы она была транспортабельна дроном для дистанционных замеров с воздуха. Сейчас мы в стадии проработки проекта», — рассказал Михаил Иванов, д.т.н., доцент кафедры «Экология и промышленная безопасность» МГТУ.

Подобные гиперспектральные камеры выпускают и российские, и иностранные компании. Буквально несколько дней назад бауманцы договорились с АФК «Система» об использовании такого компактного прибора в исследованиях поверхности Земли из космоса. Партнерский аналог камеры планируется закрепить на кубсате (малом космическом аппарате) МГТУ, который будет запущен для зондирования уже во втором полугодии этого года.

Помимо создания гиперспектральной мини-камеры исследователи университета работают и над другим оборудованием, которое может быть полезным в работе на карбоновых полигонах. Например, в вузе есть наработки собственных мультиспектральных камер и лидара. Тестировать разработанные учеными устройства планируется на территории учебно-опытного лесного хозяйства Мытищинского филиала МГТУ. Там планируется развернуть собственный карбоновый полигон, одной из задач которого будут апробация новых приборов и разработка методической документации по работе с ними.