Обсуждается возможность использования передвижного комплекса на базе морского катамарана для гидроакустического управления поведением лососевых рыб: прижатие к крылу невода, направление в устье реки на нерест и т.д. и морских млекопитающих (нерп и др.): отпугивание от ставного невода, вытеснение из устья реки и т.д.

Приведены результаты комплексного использования информационных сигналов (звуки естественных хищников), энергетических сигналов (болевое воздействие на плавательный пузырь), высокоградиентных (с резким изменением уровня и частоты) сигналов (болевое воздействие на внутренние органы) и биорезонансных сигналов (болевое воздействие на живые клетки) для избирательного управления поведением конкретных видов рыб и морских млекопитающих на большой дальности.

Уже несколько десятилетий рыбаки пытаются решить главную задачу рыболовства - приманить в зону облова как можно больше крупной рыбы и одновременно вытеснить из этой зоны морских млекопитающих (ММ) - от ластоногих до кита-кашалота [2-10]. При этом традиционный подход [8-10] в акустическом управлении поведением рыб и ММ базируется на применение в области максимальной акустической чувствительности рыб (диапазон частот от 20-50 Гц до 1-3 кГц) и ММ (диапазон частот от 20-50 Гц до 100-300 кГц) информационных (звуки хищников) и энергетических (вызывающих болевое воздействие на органы слуха) сигналов, а также комбинации этих сигналов.

Известно [8-10], что органами слуха у рыб являются: боковая линия (единицы Гц - десятки Гц); плавательный пузырь (десятки Гц - сотни Гц) и внутреннее ухо (сотни Гц - единицы кГц). При этом боковая линия, служит для восприятия колебаний, возникающих, например, в результате гидродинамических вихрей, течений и др. Плавательный пузырь участвует в работе органа слуха, выполняя роль резонатора. При этом он соединяется с внутренним ухом либо непосредственно, либо с помощью Веберова аппарата. Внутреннее ухо представлено перепончатым лабиринтом, расположенным в слуховых капсулах задней части черепа и отвечающим за восприятие более высокочастотных сигналов.

На рис. 1 иллюстрируется внутренние органы рыбы с плавательным пузырем.

Как видно из рис. 1, плавательный пузырь - объект нашего внимания (с точки зре-ния эффективного - на большой дальности и избирательного - по видовому составу и размерному ряду, управления поведением рыб) занимает существенный объем в теле рыбы и имеет (для данного вида рыб) цилиндрическую форму.

Однако рыбы не только реагируют на звуки, но и сами издают их с помощью плавательного пузыря, грудных плавников и челюстных зубов [8-10]. Отметим, что по происхождению сигналы рыб подразделены на две группы: излучаемые при помощи специальных органов и возникающие произвольно, в ходе поведенческих реакций. Для обнаружения объектов питания используют тонально-модулированные сигналы, которые излучаются в процессе их перемещения (за счёт преобразования части кинетической энергии относительного движения в акустическое излучение). При этом звуковые сигналы возникают при стравливании в толщу воды струек газа за счёт сжатия стенок плавательного пузыря при вертикальных миграциях этих видов рыб.

На рис. 2, в виде обобщенных гистограмм белого и черного цветов, иллюстрируется спектры сигналов, издаваемых горбуши (меньшая по размерам рыба) и кеты (большая по размерам рыба), соответственно [8].

Как видно из рис. 2, наиболее характерные "энергонесущие" сигналы находятся в диапазонах частот: 250-500 Гц (длина волны от 6 м до 3 м) - для кеты; 600-850 Гц (длина волны от 2,5 м до 1,8 м) - для горбуши, что соответствует (исходя из измерений геометрических размеров и расчетов) резонансным частотам их плавательных пузырей.

На рис. 3, для примера, иллюстрируется аудиограммы акустической чувствительности некоторых дальневосточных рыб: камбаловых (палтус и др.) и сельдевых (минтай и др.), а также некоторых видов морских млекопитающих: дельфина и др., звуки которых используются нами в качестве сигналов информационного характера.

Как видно из рис. 3, камбаловые виды рыб (отличающиеся большими размерами и специфической формой тела - плоские) имеют максимальную акустическую чувствительность в относительно узкополосном и низкочастотном (~20-200 Гц) диапазоне частот, в то время как сельдевые (более меньшие по размеру) - в более широкополосном и высокочастотном (~30-1300 Гц) диапазоне частот.

Ни для кого не секрет, что выживание в любой среде зависит от способности организма воспринимать и доводить полученную извне информацию до своих чувств. Рыбы и ММ имеют многие из тех же самых чувств, которые имеем и человек: они могут видеть, слышать, обонять, ощущать касание, чувствовать, а также имеют вкусовые чувства.

Однако, несмотря на длительную историю поиска и разработки акустических средств управления поведением рыб и ММ, положительные результаты пока получены только по крупноразмерным половозрелым рыбам. Эти результаты более или менее успешно используются в промышленном рыболовстве. Вместе с тем, для управления поведением ММ и молоди рыб эффективных акустических средств воздействия до сих пор не найдено. Основными причинами это являются:

- "привыкание" рыб и ММ к информационным и энергетическим сигналам;

- сложность создания даже направленного (десятки градусов), не говоря уже о высоконаправленном (единицы градусов), излучении информационных и энергетических сигналов, из-за существенных (единицы метров) их длинах волн;

- сложность в обеспечении заданной интенсивности излучении информационных и энергетических сигналов в условиях малогабаритного подвижного носителя (типа разборный катамаран и т.д.), из-за ограниченных объемов помещения для электронного оборудования, влияния акустической кавитации в приповерхностном (насыщенном пузырьками воздуха) слое воды и др.

На наш взгляд, наиболее перспективным направлением (с точки зрения критерия "эффективность-стоимость-экологический риск) в решении проблемы управления поведением ММ и рыб является [6,7]:

- использование резонансных свойств плавательных пузырей рыб, а также легких и желудка ММ, вызывающих сильные болевые ощущения даже при относительно слабой интенсивности зондирующих акустических сигналов, что позволяет в несколько раз увеличить дальность гидроакустического управления поведенческими характеристиками заданных видов рыб и ММ;

- использование разработанных нами "высокоградиентных" - с резким изменением частоты и/или интенсивности широкополосных (от 1 кГц до 20 кГц и выше) и "биорезонансных" - с высокочастотными (единицы-десятки кГц) несущими и инфразвуковыми (6-7 Гц) модулирующими частотами, лежащих выше верхней границы максимальной акус-тической чувствительности рыб, но позволяющих обеспечить опосредованное воздействие на рыб и ММ с высокой (единицы градусов) направленностью излучения при размещение гидроакустических излучателей на маломерном плавсредстве (катамаране);

- излучение "высокоградиентных" и "биорезонансных" сигналов осуществляют, как под водой, так и в приводном слое воздуха - для болевого воздействия на легкие ММ при их дыхании на поверхности воды;

- комбинированное использование разработанных нами акустических методов управления поведением ММ и рыб с другими методами: вибрационными, световыми и др.

Для начала рассмотрим возможность использования резонансных частот плавательного пузыря рыб или легких ММ для дальнего и избирательного акустического управления их поведением. При этом напомним, что уравнение для собственной частоты воздушного пузырька малого радиуса имеет вид [1]:

где: α и β - поправки, учитывающие неадиабатичность пульсаций газа и поверхностное натяжение пузыря.

При этом формула, наиболее часто применяемая на практике, имеет вид:

Поскольку форма плавательных пузырей рыб представляет собой вытянутый эллипсоид, то при расчетах их заменяют эквивалентной сферой того же объема с радиусом:

где: VЭ - эквивалентный объем плавательного пузыря, определяемый как:

где: а и в - полуоси эллипсоида плавательного пузыря.

Специалисты также предлагают более корректно учитывать поверхностное натяжение β, заменив его сомножителем, учитывающим сдвиговую упругость тканей, окружающих плавательный пузырь. В результате получают окончательное выражение:

где: t - толщина ткани (0,2 Rэ), μ - модуль сдвига оболочки, P_n - эффективное давление плавательного пузыря.

После получения статистического материала по размерам плавательных пузырей рыб различного видового и размерного состава, дальневосточными специалистами [8] рассчитаны резонансные частоты плавательных пузырей некоторых промысловых рыб. В частности, кета: f_p=120-180 Гц, горбуша: f_p= 50-320 Гц, сельдь: f_p=350-420 Гц и сардина: f_p=450-510 Гц. При этом границы вычисленных значений соответствуют максимальным и минимальным размерам плавательных пузырей.

На рис. 4 иллюстрируется ставной невод, установленный недалеко от устья реки.

На рис. 5-7 иллюстрируются: функциональная схема передвижного комплекса на базе морского катамарана (рис. 5), предназначенного для гидроакустического управления поведением рыб и ММ вблизи ставного невода; внешний вид электронного оборудования (рис. 6); внешний вид ненаправленного (рис. 7А) и направленного (рис. 7Б) гидроакустических подводных) излучателей, а также направленных акустических (воздушных) излучателей (рис. 7В) различных диапазонов частот.

Как видно из рис. 5, на внешних бортам катамарана установлены направленные гидроакустические (подводные) и акустические (надводные) излучатели, а между его корпусами (отдельными лодками - при сборном варианте катамарана) - ненаправленный гидроакустический излучатель и механический вибратор. При этом: каждая часть морского катамарана оснащена своим подвесным мотором с топливным баком; на вспомогательной части катамарана (технической лодке) под брезентом размещен дизель-генератор и высокоемкостной аккумулятор; на основной части катамарана (аппаратной лодке) в специальном контейнере размещены электронные приборы.

Как видно из рис. 6 и рис. 7 электронное и акустическое оборудование, установленное на морском катамаране, имеет незначительные габариты, а его отельные модули могут перемещаться одним человеком, а электрическое питание электронного оборудования обеспечивается посредством малогабаритного (5 кВт) дизельгенератора, или аккумулятора на 24В. При этом стоимость комплекта оборудования в составе: двух направленных и одного ненаправленного гидроакустических излучателей, двух направленных акустических излучателей, двух двухканальных усилителей мощности - для гидроакустических и акустических излучателей, одного дизельгенератора (5 кВт) и двух автомобильных аккумуляторов (емкостью более 200 АЧ) составляет около 2 млн. руб.

Сформулируем некоторые рекомендации для использования передвижного комплекса на базе морского катамарана для управления поведением рыб (лосося) и ММ (нерпы) вблизи ставного невода.

На первом этапе морской катамаран отходит от крыла невода в сторону моря, разворачивается, на нем запускают дизель-генератор и включают электронное оборудование. Затем морской катамаран начинает медленное (позволяющее рыбам двигаться на своих типовых скоростях), зигзагообразное (для охвата большей части морской акватории) перемещение уменьшающимися по длине галсами (для концентрации рыбы в зоне облова данного ставного невода) в сторону берега с одновременным излучением по специальной программе (исключающей привыкание рыб к тем или иным сигналам) гидроакустических сигналов: информационных (сигналы нерпы, воздействующих на нервную систему рыб), энергетических (резонансно воздействующих на плавательный пузырь рыб), высокоградиентных (с резким изменением частоты или уровня, и воздействующих на внутренние органы рыб) и биорезонансных (воздействующих на живые клетки рыб). В результате рыба стараются быстрее покинуть "мористую" часть водной акватории и переместиться в акустически более комфортную область - "прибрежную" часть водной акватории. В дальнейшем рыба прижимается к крылу невода и облавливается стандартным образом.

На втором этапе морской катамаран находится на стопе в районе садка невода - месте наиболее вероятного появления ММ (нерп). При этом с помощью акустического оборудования, питающегося от высокоемкостного аккумулятора, по специальной про-грамме (исключающей привыкание ММ к тем или иным сигналам) осуществляют излучение гидроакустических сигналов: информационных (сигналы косатки, воздействующих на нервную систему нерп), энергетических (резонансно воздействующих на их легкие), высокоградиентных (с резким изменением частоты или уровня, и воздействующих на внутренние органы нерп) и биорезонансных (воздействующих на живые клетки нерп). В результате одиночные нерпы ("разведчики") стараются быстрее покинуть данную часть акватории и переместиться в акустически более комфортную область.

На третьем (в случае заблаговременного захода ММ в садок) этапе морской катамаран движется по внешней границе одной части садка невода, давая ММ возможность уйти через другую часть. При этом с помощью акустического оборудования, питающегося от дизельгенератора, осуществляют одновременное излучение на предельной акустической мощности информационных, энергетических, высокоградиентных и биорезонансных сигналов. В результате скопление нерп стараются быстрее покинуть данную часть акватории и переместиться в акустически более комфортную область. В случае необходимости возможно одновременное воздействие на ММ вибрационных, световых и электрических раздражителей.

Изделие "АИСТ" (Акустический Имитатор Сигналов Тревог) в различных его модификациях использовалось: в 1994-1997 гг. в бухте Витязь, Японское море - для решения прикладных задач ВМФ России; в 1999-2004 гг. на рыбопромысловых судах Дальнего востока - для гидроакустического вытеснения морских млекопитающих (косаток) от выбираемых судном орудий лова (сети, яруса) с рыбой; в 2002-2008 гг. на Камчатке - для гидроакустического вытеснения морских млекопитающих (нерп) от ставных неводов с рыбой; в 2002-2008 гг. - в Южной Корее и в 2008-2012 гг. во Вьетнаме - для принудительного перемещения рыб из одной части водоема в другую.