Ingenieure entwerfen ein neues autonomes System, um das Schmelzeis von Arctic zu überwachen

Das schnelle Schmelzen und Ausdünnen des arktischen Eiss hat in der wissenschaftlichen Gemeinschaft ernsthafte Bedenken ausgelöst. Darüber hinaus hat sich die Meereisdicke verringert, was die Eisbedeckung anfälliger für die Erwärmung der Luft- und Ozeantemperaturen macht.

Das Verständnis der ökologischen Rolle von Meereis in der Arktis ist entscheidend, insbesondere weil das Ausmaß des Meereis in der Region mit beispielloser Geschwindigkeit abgenommen hat. Was würde mit dem Arctic Marine -Ökosystem passieren, wenn das Meereis noch schneller schmolz? Um diese Fragen zu beantworten, ist in der harten arktischen Umgebung ein langfristiges Überwachungs- und Datenerfassungssystem erforderlich.

Die direkte Beobachtung ist jedoch eine Herausforderung, da Satellitensensoren eine grobe räumliche Auflösung haben und die feine fraktale Struktur des Eiss nicht nachweisen können. Das Einsetzen von Schiffen von Menschen in die Gegend ist auch aufgrund extremer Wetterbedingungen und Hindernisse schwierig, die durch schwimmendes gebrochenes Eis aufgestellt werden. Darüber hinaus bieten traditionelle Methoden zur Beobachtung von Ozean eine begrenzte zeitliche und räumliche Abdeckung, während Drohnen und autonome Unterwasserfahrzeuge (AUVs) durch Energiebeschränkungen behindert werden, die ihr Forschungspotential einschränken.

Um diese Herausforderungen zu bewältigen, haben Forscher des College of Engineering und Informatik an der Florida Atlantic University eine Gestaltung einer alternativen, autonomen Beobachtungsmethode vorgeschlagen, die die Autonomie marinen Fahrzeuge, die maritimen Missionen unterstützt und eine tiefere Gewinnung unterstützt, verspricht und ein tieferes Gewinn erzielt und ein tieferes Gewinn erzielt Verständnis, wie sich das schmelzende arktische Meereis auf die Meeresökosysteme auswirkt.

Ihr konzeptionelles Design verfügt über ein kleines Wasserschiff (Twin Rumpf), das als Docking- und Ladestation für AUVs und unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) fungiert. Das Schwadschiff ist für eine außergewöhnliche Stabilität konstruiert, sodass es durch Schmelzeis navigieren und unter einer Vielzahl von Meeresbedingungen arbeitet. Es ist so konzipiert, dass es autark ist und automatisiertes Segeln, Sonnenkollektoren und eine Unterwasserturbine zwischen seinen Zwillingsrümpfen verwendet wird, um Energie zu erzeugen und zu speichern, um eine kontinuierliche Missionsunterstützung zu gewährleisten, auch wenn sie gegen Meeresströmungen segeln.

Im Gegensatz zu früheren Plattformen wird das von den FAU -Forschern entwickelte System fortschrittliche Technologie einsetzen, um den Arktischen Ozean aus der Luft, der Wasseroberfläche und dem Unterwasser zu überwachen. Das neue Entwurf für unbemannte Oberflächenfahrzeuge (USV) ist speziell auf das Projekt zugeschnitten, um die Stabilität der arktischen Bedingungen zu gewährleisten und starke Windgeschwindigkeiten zu bewältigen. Das Hauptziel des Beobachtungsplattformsystems ist es, den schmelzenden Meereisbereich zu untersuchen. Windenergie wird genutzt, um das Segeln im arktischen Wasser zu erleichtern, während eine Unterwasserturbine ausreichende Energie erzeugt, um die Betriebsvorgänge des Systems aufrechtzuerhalten.

Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Angewandte OzeanforschungZeigen Sie, dass die Bewegung eines windgetriebenen Segelboots zur Erzeugung von Strom aus der Turbine unter dem Schwad eine machbare Möglichkeit ist, langfristige Missionen zur Überwachung der Arktis zu unterstützen. Das Design integriert sich in die Umwelt, die sie überwacht, und bietet neue Daten zu arktischen Meereisschmelzen über die Satelliten und bemannten Schiffe.

„Unser vorgeschlagenes System für autonome Beobachtungsplattform bietet einen umfassenden Ansatz zur Untersuchung des arktischen Umfelds und der Überwachung der Auswirkungen des Schmelzeseis“, sagte Tsung-Chow Su, SC.D., Senior Autor und Professor in der FAU-Abteilung für Ozean- und Maschinenbautechnik .

„Sein Design und seine Fähigkeiten machen es gut geeignet, die Herausforderungen der einzigartigen Bedingungen der Arktis zu bewältigen. Durch die Bereitstellung einer selbsttragenden Plattform für die kontinuierliche Datenerfassung unterstützt sie wissenschaftliche Forschung, Umweltschutz und Ressourcenmanagement. runde Überwachung der Arktis. „

Das von FAU entworfene Schiff ist für die Erfassung der Meeresdaten von wesentlicher Bedeutung, in der UAVs und AUVs für die Überwachung, Exploration und Forschung in Echtzeit integriert werden. Die UAVs verwenden hochauflösende Kameras und Sensoren für die Kartierung und Navigation, während AUVs Unterwasserdaten sammeln.

Das DJI Dock 2 -System ermöglicht UAVs, autonom zu landen, aufzuladen und neu zu lenken, während ein fortgeschrittenes Unterwasser -Docking -System es AUVs ermöglicht, Daten aufzunehmen und zu übertragen, wodurch deren Bereich erweitert wird. Umfrageinstrumente in den Unterwasserrumpfs sammeln missionsspezifische Daten, die an Bord verarbeitet und über Satelliten übertragen werden, wodurch eine langfristige, unbemannte Ozeanüberwachung ermöglicht wird.

Als sich selbsttragende Plattform werden in diesem Entwurf Windenergie- und Meeresstrom-Energie angewendet, um den Zweck der langfristigen Überwachung im Arktischen Ozean zu erreichen. Es wurde eine dimensionslose Formel entwickelt, um den minimalen Segelbereich abzuschätzen, der für unterschiedliche Swathgrößen in Kombination mit einem windgetriebenen Stromversorgungssystem erforderlich ist.

„Unsere Forscher haben ein innovatives Beobachtungssystem entwickelt, das auf die arktische Umgebung zugeschnitten ist und kritische Daten zur Meereisschmelze anbietet, die Satelliten und bemannte Gefäße nicht erfassen können. Langzeitüberwachung ist unerlässlich, da es tiefere Einblicke in die dauerhaften Auswirkungen der Arktis liefert Meereisverlust, der fundierte Politik- und Managemententscheidungen leiten kann “, sagte Stella Batalama, Ph.D., Dekanin des FAU College of Engineering und Informatik.

„Darüber hinaus bleibt die arktische Phytoplankton und die Algen viel zu enthüllen, die eine entscheidende Rolle im Nahrungsnetz spielen und die Interaktionen des Ozeans-Atmosphäre beeinflussen. Dieses neue System könnte unser wissenschaftliches Verständnis ihrer ökologischen Bedeutung verbessern und gleich Zukünftige Veränderungen in Wildtieren und Nahrungsressourcen. „

Der erste Autor der Studie ist Wenqiang XU, Ph.D., Doktorand des Absolventen der FAU -Abteilung für Ozean und Maschinenbau.