Jak działa łączność podziemna

W związku z trwającą obecnie (20 sierpnia 2019) akcją ratunkową w Jaskini Wielkiej Śnieżnej w Tatrach postanowiliśmy przybliżyć zagadnienie łączności w jaskiniach.

Skały świetnie tłumią łączność radiową. Mimo tego łączność w obrębie jaskiń, kopalni jest niezbędna.

Tłumienie jest tym większe im wyższa częstotliwość, więc nie można użyć “normalnych” radiotelefonów z zakresu UKF. Ich zasięg może być zmniejszony nawet do rzędu metrów w zależności od ukształtowania korytarzy. Tym bardziej można zapomnieć o użyciu telefonów komórkowych. Trochę lepiej zachowują się fale któtkie.

Dużo większe zasięgi można osiągnąć na niskich częstotliwościach.

Mimo braku łączności grotołazi zaobserwowali że czasem w jaskiniach możliwy jest odbiór bardzo silnych stacji radiowych w zakresie fal długich i średnich.

Jedną z pierwszych konstrukcji umożliwiających łączność głosową był Molephone skonstruowany przez Boba Mackina w latach ’70. Schemat nie jest dostepny, ale urządzenie to działało emisją SSB na częstotliwości 87kHz. Anteną była wielozwojowa pętla o średnicy około 1m.

Od tego czasu większość tego typu urządzeń używa 87kHz USB (albo DSB). Obecnie najczęściej używany jest Heyphone i System Nikola. Stosuje się moce rzędu 10W. Moc jest ograniczona wagą sprzętu, w tym źródeł zasilania.

Heyphone

Heyphone zaprojektował John Heya G3TDZ. Dokumentacja jego jest udostępniona aby każdy mógł zbudować sobie sam takie urządzenie.

http://bcra.org.uk/creg/heyphone/index.html

http://bcra.org.uk/creg/heyphone/documentation.html

Heyphone był używany podczas akcji ratowniczej w jaskini Tham Luang Nang Non w Tajlandii w 2018 roku.

https://hackaday.com/2018/07/11/ham-designed-gear-used-in-thailand-cave-rescue/

Systeme Nicola

System Nicola został zaprojektowany przez Grahama Naylora. Urządzenie to ma wiele wersji. Ostatnia wersja Mk3 używa technik DSP. Dokumentacja wersji Mk2:

https://kktj.pl/K%C4%85ciki/Techniczny/system-nicola160mk2

https://pe2bz.philpem.me.uk/Comm/-%20ELF-VLF/-%20ELF-Theory/-%20CaveTheory/CaveRadio1/System-Nicola-Mk2/

Polscy grotołazi używają tych urządzeń, najprawdopodobniej właśnie w wersji Mk2. Poniżej kadr z filmu “Akcja ratunkowa w Jaskini Niedźwiedziej”.

Anteny

Początkowo stosowano wielozwojowe anteny pętlowe (czyli duże cewki). Pole magnetyczne z jednej pętli można odebrać za pomocą drugiej. Źródła podają że z mocą rzędu 10W na częstotliwości 87kHz możliwa jest łączność głosowa na odległość 150-180m. Anteny te nadal są używane do radiolokacji, czyli precyzyjnego namierzania nadajnika znajdującego się pod ziemią np. w celu mapowania jaskiń.

Eksperymenty z dipolami ziemnymi wykazały że jest to dużo lepsza antena. Z mocą rzędu 10W na częstotliwości 87kHz możliwa jest łączność głosowa na odległość ponad 500m (niektóre źródła podają ponad 800m).

Ciekawostką jest że końce dipola nie muszą być dobrze uziemione. W przypadku braku uziemienia można je zastąpić paroma przewodami rozłożonymi na ziemi. W tym wypadku połączenie zapewnia pojemność tych przewodów do ziemi. Oczywiście skuteczność takiej anteny jest mniejsza.

Więcej informacji o dipolach ziemnych: https://en.wikipedia.org/wiki/Ground_dipole

My również używamy tego typu anten do eksperymentów w zakresie ELF-MF: https://klubnl.pl/wpr/?s=dipol+ziemny

Na częstotliwości 8.27 kHz nasz sygnał był odbierany w Wielkiej Brytanii (1342km), szczególy eksperymentu pod tym adresem: https://klubnl.pl/wpr/index.php/2019/03/03/nadawcze-proby-z-dipolem-ziemnym-w-zakresie-vlf/ Jest to obecnie rekord Polski.

Inne środki łączności

Poza łącznością za pomocą fal długich stosowana jest również telefonia przewodowa. Mogą być zastosowane dwa przewody, lub jeden i uziemienie.

http://radiolocation.tripod.com/Single-Wire-Telephones.html

Według tvn24.pl “W niedzielę wyruszyła kolejna grupa ratowników, która rozwija w jaskini kabel potrzebny do łączności.”, więc najprawdopodobniej podczas akcji w Wielkiej Śnieżnej wykorzystywana również jest łączność telefoniczna.

Podczas akcji ratowniczej w jaskini Tham Luang Nang Non w Tajlandii w 2018 roku zastosowano również radia działające wprawdzie w zakresie UKF, ale używające mesh networking, każde radio może pośredniczyć w przekazywaniu informacji pomiędzy innymi. Wprawdzie nie działa to przez skałę, ale zwiększa zasięg łączności w korytarzach.

https://cacm.acm.org/news/231415-how-software-enabled-the-thai-cave-rescue/fulltext

Profesjonalnie (w kopalniach, w tunelach) często używa się łączności w zakresie UKF i kabla promieniującego:

https://en.wikipedia.org/wiki/Leaky_feeder