О б р а т н а я с в я з ь
Заказать обратный звонок
Имя*
Телефон*
Комментарий
(044) 390-71-26 (044) 495-28-29

Надводный дрон завершил первую кругосветку вокруг Антарктики

Сис ван Дейк (статья в Hydro International от 03/10/2019)

Беспилотный надводный аппарат (USV) длиной 7 м (23 фута) стал первой беспилотной системой, совершившей обход Антарктики. Этот аппарат, известный как SD 1020 (или Saildrone - парусный дрон), был оснащен набором научных датчиков и собирал данные в ранее не изученных водах, что позволило получить новое ключевое представление об океанских и климатических процессах. 19 января 2019 года USVSD 1020 отправился в 196-дневную миссию из порта города Блафф из Новой Зеландии. Он вернулся в тот же порт 3 августа после того, как прошел более 22 000 км (11 879 морских миль) вокруг Антарктиды. Во время миссии SD 1020 успешно выдержал морозы, 15 метровые волны, 130 км/ч ветер и столкновения с гигантскими айсбергами.

 

Регулирование тепла и углекислого газа
Южный океан (наименование южных частей Тихого, Атлантического и Индийского океанов, окружающих Антарктиду) играет ключевую роль в регулировании тепла и углекислого газа (двуокись углерода) на нашей планете. Это настолько отдаленный и негостеприимный район, что даже большие корабли пытаются избегать его зимой. Однако Saildrone SD 1020 не только пережил зиму в Южном океане, но и передал новые жизненно важные данные с ранее не обследованной территории. «Одно из наших самых больших «белых пятен» с точки зрения наших знаний о климате и его будущего прогноза находится в Южном океане. В основном это связано с серьезным отсутствием наблюдений, особенно зимой, в этой отдаленной и суровой окружающей среде. Это приводит к недостаточному пониманию того, как функционируют эти полярные океаны», - сказал Себастьян Сварт, сопредседатель Системы наблюдений в Южном океане (SOOS). «Эти наблюдения с высоким разрешением во время его кругосветного плавания Saildrone в Антарктике дают ученым ценные наборы данных, чтобы лучше понять Южный океан и оценить модели, которые мы используем для прогнозирования погоды и климата».

 «О поглощении в океане выбросов CO2 (углекислого газа), особенно в Южном океане, еще многое предстоит узнать. Еще несколько лет назад Южный океан считался большим поглотителем CO2. Тем не менее, это понимание основывалось, главным образом, на наблюдениях, сделанных с судов, которые избегают самых суровых погодных условий в Южном океане, оставляя зимние месяцы недоисследуемыми», - пояснил доктор Эдриенн Саттон, океанограф из группы двуокиси углерода Тихоокеанской морской экологической лаборатории (PMEL) Национального управления по исследованию океанов и атмосферы США (NOAA).

 

Разделение наблюдений
По словам Саттона при использовании датчиков двуокиси углерода на профилирующих плавучих буях в рамках проекта Моделирование и наблюдения климата и двуокиси углерода в Южном океане (SOCCOM) позволило ученым расширить сезонные наблюдения. В результате этого ученые пришли к выводу, что океан поглощает CO2 меньше, чем считалось ранее. Плавучие буи SOCCOM измеряют кислотность (pH) морской воды и используют эмпирические зависимости для расчета парциального давления углекислого газа (pCO2) в морской воде, что вносит некоторую неопределенность относительно прямого измерения. Это привело к активному обсуждению, которое было сконцентрировано на неопределенности в рассчитанном pCO2 при измерениях с плавучих буев и на том, было ли ослаблено поглощение CO2, которое наблюдалась с помощью плавучих буев в 2014–2017 годах, простой естественной изменчивостью.

 

Головоломка с поглощением CO2
В ходе миссии USV встретился с несколькими плавучими буями SOCCOM. «Наличие другой автономной платформы, что позволяет выжить и оставаться в исправном состоянии в Южном океане, является одновременно технологическим подвигом и возможностью приблизить нас к решению головоломки о поглощении углекислого газа океаном. Предварительные результаты показывают, что мы в том же регионе также наблюдали и выделение CO2 в зимние месяцы, что ранее измерялось с помощью плавучих буев. Дегазация CO2 из океана в атмосферу происходит, когда уровни pCO2 в океане превышают атмосферные уровни», - пояснил Саттон.
«Наши первоначальные выводы заключаются в том, что данные с плавучих буев SOCCOM соответствуют pCO2, определенных Saildrone, с учетом их заявленной неопределенности», - сказала Нэнси Уильямс, доцент в колледжа океанологии университета Южной Флориды. «Эти пересечения (данных) предоставляют большие возможности для проверки достоверности и содержания между двумя очень разными и дополнительными наборами данных. Поддержка обоих этих видов наблюдений будет чрезвычайно полезна для улучшения нашего понимания роли Южного океана в глобальном балансе углекислого газа, и я не могу дождаться, чтобы погрузиться в этот новый набор данных». SD 1020 также проводил контрольные измерения вблизи заякоренных буев.

 

Поверхностные заякоренные буйковые станции
«Для проведения исследований необходимы качественные и надежные данные. Перед развертыванием выполняются тщательные калибровки датчиков Saildrone, а также проводятся другие проверки по аналогичным измерениям ограниченного числа заякоренных буев и плавучих профилирующих буев в регионе. Самое последнее сравнение имело место к югу от Тасмании, Австралия, где Saildrone проходил около одного из двух поверхностных заякоренных буев Южного океана, оснащенных подобными датчиками», - пояснил биогеохимик д-р Бронте Тилбрук, изучающий изменение кислотности океана и глобальный цикл углекислого газа в Научно-исследовательском центре Организации стран Британского содружества по научным и промышленным исследованиям (CSIRO).

CSIRO является независимым федеральным правительственным агентством Австралии, ответственным за научные исследования. «Технология Saildrone революционизирует способы сбора данных в Южном океане, впервые предоставляя возможность для сбора важных данных в течение года и в местах, редко посещаемых судами. Области применения включают лучшее понимание количества углекислого газа, поглощаемого Южным океаном, и определение изменяющихся условий окружающей среды и процессов, вызывающих изменения», - сказал Тилбрук.

 

Наблюдения за океаном на месте
USV Saildrone предназначены для длительной эксплуатации в океане до 12 месяцев. Поскольку они не сжигают ископаемое топливо, то они имеют нулевой углеродный след после развертывания. Они приводятся в действие исключительно ветром - для движения и используют солнечную энергию - для электропитания бортовых приборов. USV оснащены комплектом научных датчиков для сбора метеорологических и океанографических данных, важных для понимания изменений, происходящих в экосистеме Антарктики. Стандартный набор датчиков включает в себя инструменты для измерения температуры воздуха и моря, атмосферного давления, скорости и направления ветра, а также высоты и периода волны, а также фотокамеры для съёмки с захватом линии горизонта, неба и моря. В дополнение к ASVCO2, расширенный комплект датчиков SD 1020 включает в себя акустический доплеровский профилограф скорости течения (ADCP) для измерения океанских течений.

 

Секретное оружие
Стандартная конфигурация Saildrone 5-го поколения включает корпус длиной 7 м, киль длиной 2,5 м и сплошное крыло (парус) высотой 5 м. Это обычное крыло имеет рабочий диапазон ветра до 60 узлов. Несмотря на это, массивные волны Южного океана были слишком велики для этого высокого и тонкого крыла в двух предыдущих случаях, в 2015 и 2017 годах, когда USV были развернуты в Южном океане для попытки кругосветного плавания. В обоих случаях миссия была прекращена через короткий промежуток времени - USV пришлось прервать плавание для ремонта. Команда исследователей извлекла огромную пользу из этих неудач и разработала крыло нового типа специально для Южного океана. «Прямое парусное вооружение» с более низкой ориентацией невероятно сильное и предназначено для того, чтобы справляться с огромными силами, возникающими при боковой качке и погружении от 15 метровых больших волн с загибающимся вниз гребнем. «Несмотря на то, что у прямого парусного вооружения диапазон рабочих характеристик меньше, чем у обычного крыла, и оно с большим усилием позволяет плыть против ветра, но тем не менее оно отлично справляется с плаванием по ветру и все же может доставить вас туда, куда нужно идти в Южном Океане», - сказал основатель и генеральный директор компании Saildrone Ричард Дженкинс. «Вы неизбежно жертвуете маневренностью ради выживаемости, но мы создали что-то, что выполняет свою работу и что Южный океан просто не может разрушить».

SD 1022 и SD 1023 были выпущены с «ударопрочными» обычными крыльями вместе с SD 1020 в январе, но, как и их предшественники, оба пострадали от урагана в первые несколько дней, в то время как прямой парус бороздил море несмотря на штормовые условия. SD 1022 и SD 1023 вернулись в Новую Зеландию для ремонта и в мае уже были передислоцированы на новое место  с квадратными крыльями, похожими на SD 1020. Эти два USV недавно успешно прошли зимнюю навигацию через пролив Дрейка и вошли в Южную часть Атлантического океана. В отличие от SD 1020, SD 1022 и SD 1023 оснащены научными эхолотами для исследования рыбной биомассы в дополнение к стандартным атмосферным и океанографическим стандартным приборам.

 

Планы на будущее
Дженкинс говорит, что его компания строит глобальный парк беспилотных надводных аппаратов, ориентированных на планетарный охват. «С точки зрения двуокиси углерода и тепла, Южный океан - безусловно, самый важный океан. Во всем мире Южный океан поглощает около половины всей двуокиси углерода и 75% всего тепла, которое поступает в океан. Это делает непропорционально более важным направлять усилия и ресурсы, такие как те, что появляются на роботизированных платформах, таких как наш USV, для получения большего количества научных измерений в этом полярном регионе». Для Дженкинса это означает, что Южный океан является ключевым приоритетом для инструментальных измерений. Компания планирует развернуть флот аппаратов для постоянного наблюдения за Южным океаном, при этом парк из 10-20 USV Saildrone курсирует по Антарктике круглый год. «Система мониторинга Южного океана является одним из наших главных приоритетов», - заявил Дженкинс. «Понимание потоков тепла и двуокиси углерода, популяции рыб и подкисление океана в Южном океане абсолютно необходимы для улучшения понимания нашего климата и обеспечения устойчивости жизни на этой планете. Только очень значительно увеличение измерений позволит делать прогнозы на будущее».

 

Многоплановое сотрудничество
Коллектив научных сотрудников этой первой кругосветной миссии Saildrone в Антарктике включает экспертов из следующих учреждений: Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA), Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA), Австралийская организация научных и промышленных исследований Содружества (CSIRO), группа ученых и студентов Палмера сети Долгосрочные экологические исследования (LTER), Институт океанографии им. Сриппса, Система наблюдений в Южном океане (SOOS), Японское агентство по морской и наземной науке и технике (JAMSTEC), Корейский институт полярных исследований (KOPRI), Норвежский полярный институт, Университет Эксетера, Университет Гетеборга, Департамент Морские науки в Университете Отаго и Новозеландский национальный институт водных и атмосферных исследований (NIWA).

 

Планы для серии уроков STEM
Миссия была спонсирована некоммерческим фондом Ли Ка Шинга, и все данные были бесплатно доступны для общественности, чтобы ускорить понимание критических процессов, влияющих на человечество. Это также просветительская инициатива, направленная на то, чтобы раскрыть для будущих поколений быстрые изменения, происходящие в Антарктике. Saildrone и 1851 Trust (сообщество волонтеров) сотрудничают в разработке планов серии уроков по науке, технике, инженерии и математике (STEM), которые бесплатно предоставляются учителям на сайте saildrone.com/antarctica. Все данные этой миссии были сделаны общедоступными для мирового научного сообщества, и их использование в научных публикациях приветствуется.