Εξερευνώντας κάτω από τον πάγο (& Κρατώντας το AUV σας σε ένα κομμάτι)

Φωτογραφία: Διεθνές υποβρύχιο Engineering Ltd.

Φωτογραφία: Διεθνές υποβρύχιο Engineering Ltd.

Φωτογραφία: Διεθνές υποβρύχιο Engineering Ltd.

Previous Next

Δεκέμβριος 2019 σηματοδότησε την επέτειο ενός έτους από τότε που το Πανεπιστήμιο της Τασμανίας έστειλε το ISE στην AUV nupiri muka στην Ανταρκτική, στο πλαίσιο της εταιρικής σχέσης της Antarctica Gateway. Ενώ εκεί ολοκληρώθηκε επιτυχώς πολλές αποστολές έρευνας κάτω από τον παγετώνα Sørsdal. Ποιος καλύτερος τρόπος για να γιορτάσετε αυτό το επίτευγμα από το να το στείλετε πίσω για ένα γύρο νίκης φέτος!

Κάτω από τις αποστολές πάγου μπορεί να είναι δύσκολα και η ISE έχει αποκτήσει πλούσια εμπειρία στα 25+ χρόνια από τότε που άρχισε να στέλνει οχήματα στις πολικές περιοχές. Εκτός από την πιο πρόσφατη αποστολή της Ανταρκτικής, τα AUVs της ISE βρίσκονται στην Αρκτική πολλές φορές. Συγκεκριμένα, δύο από τα AUVs του ISE που δημιουργήθηκαν για το Project Cornerstone του Καναδά ολοκληρώθηκαν το 2010 σε 1000 χιλιόμετρα υπό έλεγχο πάγου, ενώ για το Project Spinnaker ISE που κατασκευάστηκε ο Θησέας βρήκαν 100 εκατοστά από καλώδια οπτικών ινών.

Πολλοί παράγοντες οδήγησαν σε αυτές τις επιτυχημένες ενέργειες, και σε αυτό το άρθρο θα συζητήσουμε μερικούς από τους εγγενείς κινδύνους της εργασίας κάτω από τον πολικό πάγο και τον τρόπο με τον οποίο μετριάστηκαν.

Γιατί βρίσκονται υπό αμφισβήτηση οι αποστολές AUV;
Κάθε φορά που ένα AUV κατεβαίνει για να εξερευνήσει άγνωστες περιοχές, υπάρχει a Φωτογραφία: Η Διεθνής Υποβρύχια Μηχανική ΕΠΕ μπορεί να χαθεί. Ακόμα και για τους AUVs ο ωκεανός δεν είναι ένας φιλικός τόπος. Το έδαφος που πλοηγείται χαρτογραφείται μόνο μερικώς σε υψηλή ανάλυση. γνωρίζουμε περισσότερα για την επιφάνεια του Άρη απ 'ό, τι κάνουμε για τα ωκεάνια δάπεδα.Αυτός είπε, υπάρχουν τρόποι για την ελαχιστοποίηση των κινδύνων. Υπάρχει πάντα ασφάλεια στην επιφάνεια για παράδειγμα. Εάν ένα AUV έχει σχεδιαστεί για να είναι ελαφρώς πλούσιο με τα βάρη πτώσης έκτακτης ανάγκης για να το κάνει ακόμη περισσότερο, τότε μπορεί απλά να επιπλέει στην επιφάνεια σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης. Το AUV διαθέτει επίσης μια σειρά αισθητήρων που βοηθούν στην αποφυγή εμποδίων και του ίδιου του δαπέδου του ωκεανού έτσι ώστε να μπορεί να αντιδράσει στο έδαφος κάτω και μπροστά του. Η θέση του AUV είναι σχεδόν πάντα γνωστή με την παρακολούθηση USBL και μπορεί να επικοινωνεί με μέσω ακουστική επικοινωνία κατά τη διάρκεια ολόκληρης της λειτουργίας. Αυτό επιτρέπει στον πιλότο να πάρει κρίσιμες αποφάσεις για να διατηρήσει την ασφάλεια του AUV.

Γιατί βρίσκονται υπό αμφισβήτηση αποστολές κάτω από πάγο;
Η ύπαρξη πολικού πάγου καθιστά την συνέπεια της αποτυχίας τόσο υψηλότερη. Δεν έχετε το δίχτυ ασφαλείας της επιφάνειας για να επιστρέψετε πια, είναι λιγότερο γνωστός για το έδαφος και υπάρχει περιορισμένη επικοινωνία με το AUV. Οποτεδήποτε συναντά δυσκολία, πρέπει να έχει συστήματα που του επιτρέπουν να ανακάμψει μόνο του, χωρίς ανθρώπινη παρέμβαση.

Επιπλέον, η παρακολούθηση USBL δεν λειτουργεί καλά. Εάν κάτι πάει στραβά, δεν ξέρετε πού είναι το AUV και πιθανόν να μην είναι ανακτήσιμο. Όχι μόνο χάνετε ένα περιουσιακό στοιχείο πολλών εκατομμυρίων δολαρίων, αλλά δεν μπορείτε να μάθετε τι πήγε στραβά για να το βελτιώσετε για την επόμενη φορά.

Ακόμη και μετά από μια επιτυχημένη αποστολή, η ανάκαμψη δεν είναι σίγουρη, καθώς το nupiri muka ανακάλυψε τα ταξίδια της στην Ανταρκτική. Κάθε μέρα έπρεπε να περάσει πίσω στο σταθμό του Ντέιβις μέσα από νερά γεμάτα από επιπλέουσες παγόβες με το μέγεθος των αυτοκινήτων.

Μερικές φορές η μόνη πρόσβαση στην τοποθεσία της έρευνας θα γίνει μέσω μιας μικρής τρύπας στον πάγο που κινείται με πολλαπλά χιλιόμετρα την ημέρα, όπως βιώνεται στις αποστολές Cornerstone.

Αυτό ασκεί μεγάλη πίεση για να διασφαλιστεί ότι το σχέδιο αποστολής είναι σωστό και ότι το AUV μπορεί να αντιδράσει σε όλες τις καταστάσεις καταλλήλως.

Φωτογραφία: International Submarine Engineering Ltd. Πώς μπορούμε να μετριάσουμε τους πρόσθετους κινδύνους;

Προχωρημένη αυτονομία: Χωρίς τη σχετική ασφάλεια της επιφάνειας, αυτό είναι το κύριο εργαλείο που χρησιμοποιεί το ISE για να διατηρεί ασφαλή τα AUV. Παρέχει στην AUV τη δυνατότητα να λαμβάνει αποφάσεις με βάση τα συμφραζόμενα σε διάφορα στάδια του σχεδίου αποστολής. Υπάρχουν πολλά σενάρια που μπορούν να διακόψουν την αποστολή και να αλλάξουν τον στόχο της AUV, για παράδειγμα εάν προκύψει έκτακτη ανάγκη και πρέπει να διακόψει την αποστολή μέσω της ασφαλέστερης διαδρομής. Με βάση τις παραμέτρους που έχουν οριστεί, το AUV μπορεί να καθορίσει πού είναι το πιο κατάλληλο. Από νωρίς στη λειτουργία, αυτό θα μπορούσε να είναι απλό, καθώς μπορεί να υπάρχουν ελάχιστα εμπόδια, ωστόσο σε μια άγνωστη περιοχή κάτω από τον πάγο η ασφαλέστερη επιλογή είναι να επιστρέψει τον τρόπο που ήρθε παρά άλλες, ενδεχομένως βραχύτερες επιλογές. Ενώ κάτω από τον παγετώνα Sørsdal αυτό ακριβώς είναι το είδος της αυτονομίας που είχε εξοπλιστεί με το nupiri muka. Δεδομένου ότι ο παγετώνας είναι παράκτιας, υπάρχουν πολλές τοποθεσίες όπου τα ρηχά νερά θα μπορούσαν να περιορίσουν την κίνηση του, ώστε να είναι σε θέση να αλλάξουν τη συμπεριφορά του με βάση το βάθος του νερού είναι απαραίτητο.

Επιπλέον, εάν ένας από τους αισθητήρες AUV παρουσιάσει δυσλειτουργία, μπορεί να αντιδράσει με διάφορους τρόπους ανάλογα με το πόσο κρίσιμη είναι η δυσλειτουργία: μπορεί να μεταβεί σε αισθητήρα εφεδρείας ή να επιστρέψει στην πατρίδα του. Άλλα σημαντικά αυτόνομα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν την παρακολούθηση των ενεργειακών επιπέδων και την εξασφάλιση της επιστροφής της AUV στο σπίτι πριν τελειώσει η μπαταρία. Επιπλέον, η κατοχή γεωγραφικών ορίων και χρονοδιαγραμμάτων για κάθε τμήμα της αποστολής διασφαλίζει ότι η AUV μπορεί να αντιδράσει εάν χρειαστεί πολύς χρόνος για την ολοκλήρωση των τμημάτων ή την έξοδο από την επικράτεια της αποστολής.

Στερεό υλικό: το σωστό υλικό είναι ένας άλλος σημαντικός τρόπος για τον μετριασμό των κινδύνων. Για παράδειγμα, το nupiri muka εξοπλίστηκε με ένα σόναρ αποφυγής εμποδίων πολλών οπών που του επέτρεψε να δει όχι μόνο τι ήταν μπροστά του αλλά και τι ήταν κάτω και πάνω του. Ο αλγόριθμος αποφυγής του σχεδιάστηκε για να αντιδρά κατάλληλα ανάλογα με το πού ήταν το εμπόδιο, καθώς η απλή άνοδος και η περιστροφή του δεξιού πλαισίου δεν είναι πάντα μια ασφαλής επιλογή.

Για να βελτιωθεί η ακρίβεια πλοήγησης, το nupiri muka ήταν επίσης εξοπλισμένο με ένα DVL για να ακολουθήσει τον πάγο εκτός από έναν που ακολουθεί τον ωκεάνιο όροφο. Χωρίς αυτό θα χάσει πολύ γρήγορα την ακρίβεια θέσης και μπορεί να μην είναι σε θέση να κάνει το σπίτι της. Το όχημα είχε επίσης ένα επιπλέον ακουστικό μόντεμ που δείχνει προς τα κάτω για να βοηθήσει στη βελτίωση της επικοινωνίας για καταστάσεις όπου το AUV ήταν κοντά στον πάγο της επιφάνειας. Όσο περισσότερο ο πιλότος μπορεί να βοηθήσει την AUV όσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα επιτυχίας.

Για το Project Cornerstone, τα AUV αναπτύχθηκαν μέσω μιας τρύπας πάγου που κινήθηκε με πολλαπλά χιλιόμετρα την ημέρα. Τα οχήματα ήταν εξοπλισμένα με ένα σύστημα επιστροφής που θα τους βοηθούσε να βρουν το δρόμο τους ακόμα και σε απόσταση 100 χιλιομέτρων. Είχαν επίσης εξοπλιστεί με ένα μεταβλητό σύστημα έρματος για να τους δώσει τη δυνατότητα να σταθμεύουν υπό πάγο και να περιμένουν ένα ROV για να τους μεταφέρει την τελική απόσταση από την τρύπα πάγου. Για να ελαχιστοποιηθούν οι κίνδυνοι εκτόξευσης και ανάκτησης, αυτά τα AUVs εξοπλίστηκαν επίσης με υποβρύχια υποδοχές για φόρτιση και λήψη δεδομένων.
Όλο αυτό το υλικό πρέπει να δοκιμαστεί και να είναι αληθινό - ώριμα σχέδια, που χρησιμοποιούνται για χρόνια για να εξασφαλιστεί η αξιοπιστία τους. Ακόμα και ένα αποτυχημένο σύστημα μπορεί να κάνει ή να σπάσει μια αποστολή.

Στην επιτυχία.
Όπως μπορούμε να δούμε, υπήρχαν πολλοί συντελεστές για επιτυχημένες αποστολές πάγου. Τα περισσότερα συζητήθηκαν στα ίδια τα οχήματα, αλλά είναι σημαντικό να θυμόμαστε τον προγραμματισμό και την απαιτούμενη εμπειρία. Κάθε φορά που αποστέλλεται το όχημα, το σχέδιο αποστολής του θα πρέπει να αναθεωρείται προσεκτικά από άτομα με πολική εμπειρία. Με αυτό το σκεπτικό - συν το αίμα, τον ιδρώτα, τα δάκρυα και ίσως λίγη τύχη - δεν υπάρχει κανένας λόγος για τον οποίο δεν θα υπάρχουν πολύ πιο επιτυχημένες πολικές αποστολές στο μέλλον.

Οι συγγραφείς
Luke Alden BSc Μηχανικός Σχεδιαστής στην International Submarine Engineering Ltd. Ο Λουκάς έχει 10+ χρόνια εμπειρίας στη μηχανική. Κατά τη διάρκεια του χρόνου του στο ISE έχει συμμετάσχει σε πολλά σχέδια σχεδιασμού, συμπεριλαμβανομένης της ενσωμάτωσης φωτογραφικών μηχανών σε AUVs.

Luke Alden Alex Johnson PEng Διευθυντής Μηχανολόγων Τμήματος της International Submarine Engineering Ltd. Ο Alex έχει καταφέρει να κατασκευάσει και εξερευνητές AUV των 3000m και 6000m καθώς και σχεδιασμένα πολλαπλά συστήματα AUV κατά τη διάρκεια των 12 ετών του στο ISE.

Alex Johnson