Понимание экологической роли морского льда в Арктике имеет решающее значение, особенно потому, что площадь морского льда в регионе сокращается беспрецедентными темпами. Что случилось бы с морской экосистемой Арктики, если бы морской лед таял еще быстрее? Чтобы ответить на эти вопросы, в суровых арктических условиях необходима долгосрочная система мониторинга и сбора данных.

Однако прямое наблюдение является сложной задачей, поскольку спутниковые датчики имеют грубое пространственное разрешение и не могут обнаружить тонкую фрактальную структуру льда. Развертывание судов с человеческими экипажами в этом районе также затруднено из-за экстремальных погодных условий и препятствий, создаваемых плавучим битым льдом. Более того, традиционные методы наблюдения за океаном обеспечивают ограниченный временной и пространственный охват, в то время как беспилотным летательным аппаратам и автономным подводным аппаратам (AUV) мешают энергетические ограничения, которые ограничивают их исследовательский потенциал.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследователи из Колледжа инженерии и компьютерных наук Атлантического университета Флориды предложили альтернативный автономный метод наблюдений, который обещает улучшить автономность морских транспортных средств, помочь в морских миссиях и получить более глубокое понимание того, как таяние арктического морского льда влияет на морские экосистемы..

Их концептуальный дизайн включает в себя небольшое судно с двухкорпусным корпусом (SWATH), которое служит док-станцией и зарядной станцией для AUV и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Судно SWATH спроектировано с учетом исключительной остойчивости, что позволяет ему перемещаться по тающим льдам и работать в широком диапазоне морских условий. Он спроектирован таким образом, чтобы быть самодостаточным, используя автоматизированное плавание, солнечные батареи и подводную турбину, расположенную между его сдвоенными корпусами, для выработки и накопления энергии, обеспечивая непрерывную поддержку миссии даже при плавании против океанских течений.

В отличие от предыдущих платформ, система, разработанная исследователями FAU, будет использовать передовые технологии для мониторинга Северного Ледовитого океана с воздуха, водной поверхности и под водой. Конструкция нового беспилотного наземного транспортного средства (USV) специально разработана для проекта, чтобы обеспечить устойчивость в арктических условиях и выдерживать высокие скорости ветра. Основная цель системы наблюдательных платформ - исследовать район таяния морского льда. Энергия ветра будет использоваться для облегчения плавания в арктических водах, в то время как подводная турбина будет вырабатывать достаточно энергии для поддержания работы системы.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Applied Ocean Research, показывают, что использование движения парусника, приводимого в движение ветром, для выработки энергии от турбины, расположенной под полосой, является реальным способом поддержки долгосрочных миссий по мониторингу Северного Ледовитого океана. Конструкция интегрируется с окружающей средой, которую она отслеживает, предлагая новые данные о таянии арктического морского льда, выходящие за рамки того, что могут предоставить спутники и пилотируемые корабли.

"Предлагаемая нами система автономной платформы наблюдения предлагает комплексный подход к изучению арктической среды и мониторингу воздействия таяния морского льда", - сказал Цунг-Чоу Су, доктор философии, старший автор и профессор кафедры океанологии и машиностроения FAU. "Его дизайн и возможности делают его хорошо подходящим для преодоления трудностей, связанных с уникальными условиями Арктики. Предоставляя самоподдерживающуюся платформу для непрерывного сбора данных, этот проект поддерживает научные исследования, охрану окружающей среды и управление ресурсами, закладывая основу для круглогодичного мониторинга Арктики".

Судно, спроектированное FAU, необходимо для сбора морских данных, интеграции беспилотных летательных аппаратов и AUV для мониторинга в режиме реального времени, разведки ресурсов и научных исследований. Беспилотные летательные аппараты используют камеры и датчики высокого разрешения для картографирования и навигации, в то время как AUV собирают подводные данные. Система DJI Dock 2 позволяет беспилотникам автономно приземляться, перезаряжаться и передислоцироваться, в то время как усовершенствованная система подводной стыковки позволяет беспилотникам дозаправляться и передавать данные, расширяя их радиус действия. Съемочные приборы в подводных корпусах собирают данные, относящиеся к конкретной миссии, которые обрабатываются на борту и передаются через спутник, обеспечивая долгосрочный беспилотный мониторинг океана.

В качестве самоподдерживающейся платформы в этом проекте будет использоваться энергия ветра и морского течения для достижения цели долгосрочного мониторинга в Северном Ледовитом океане. Была разработана безразмерная формула для оценки минимальной площади паруса, необходимой для различных размеров полосы в сочетании с ветроэнергетической системой.

"Наши исследователи разработали инновационную систему наблюдений, адаптированную к условиям Арктики, предоставляющую важнейшие данные о таянии морского льда, которые спутники и пилотируемые суда не в состоянии получить. Долгосрочный мониторинг необходим, поскольку он дает более глубокое представление о долгосрочных последствиях потери морского льда в Арктике, что может служить основой для принятия обоснованных политических и управленческих решений", - сказала Стелла Баталама, доктор философии, декан Колледжа инженерии и компьютерных наук FAU. "Кроме того, многое еще предстоит выяснить об арктическом фитопланктоне и водорослях, которые играют решающую роль в пищевой сети и влияют на взаимодействие океана и атмосферы. Эта новая система могла бы улучшить наше научное понимание их экологического значения, одновременно помогая коренным общинам Аляски адаптироваться к будущим изменениям в дикой природе и продовольственных ресурсах".

Первым автором исследования является Вэньцян Сюй, доктор философии, выпускник факультета океанологии и машиностроения FAU.