自治Saildrone验船师准备海上航行
1505字
2021-03-28 09:53
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火星译客

如果您本周刚好要穿越旧金山湾或金门大桥,则寻找一块巨大的冲浪板,上面有一条红色的帆,缓缓划过水面。 如果您没有在船上看到任何人,请不要畏缩。 它实际上是一艘名为Saildrone Surveyor的自主研究船,并且正在从岸上远程操纵。

这艘72英尺长的船本周将从其位于加利福尼亚阿拉米达的前海军基地的码头驶入海湾。 它旨在在海上花费数月的时间,使用强大的声纳设备绘制海底图,同时扫描海面以寻找遗传物质,以识别在下方游泳的鱼类和其他海洋生物。

碳纤维复合材料和不锈钢壳船将自行导航,遵循一条预先设定的路线,以通过卫星链路收集海洋数据并将其传输回Saildrone总部。 然后,这些数据将可供研究海洋的政府和学术科学家使用。 它的设计师说,他们希望随着时间的流逝,太阳能测量师能够取代现有的海洋学研究船,这些研究船的运行成本要高得多,并且会留下大量的碳足迹。

我们的目标是了解我们的星球,”加利福尼亚公司Saildrone的创始人兼首席执行官Richard Jenkins说,在过去的15年中,该公司设计了以前版本的船只,尺寸大约是Surveyor的三分之一。 “有许多原因使您需要海底信息,从知道在哪里放置电信和越洋电缆到导航的安全,或寻找引起海啸的水下地震断层,都是有原因的。”

另一个用途是建立新的能源基础设施:风电场的开发商在将结构沉入海底之前需要了解潜在的地质条件。 “当我们过渡到可再生能源时,也存在经济需求。 风力发电场需要大量的地图才能建造风力涡轮机。”詹金斯说。

在接下来的几周内完成海上试验后,验船师的第一个任务将是从旧金山航行到夏威夷。一路上,它将在鱼类和其他海洋生物聚集的一系列水下海山附近绘制未勘探区域的地图。夏威夷之行还将作为其新传感器套件的重整巡洋舰,其中包括两个多波束声纳,可从船底设备发出多个声波。这些声波然后从海底和水柱中的物体(如气泡或鱼)反射出来。当声波反弹回船时,多波束回声测深仪接收声波,解释数据并创建船下整个三维空间的可视化效果。验船师的多束声纳可达到7,000米深(约23,000英尺),可覆盖世界大部分海洋的深度。还有一种称为声波多普勒电流剖面仪的设备,可以检测低至1,000米(3,280英尺)的水流的速度和方向。

数十年来,科学家们一直在潜入有船员的潜水器中潜入海底,诸如新近改装的“艾尔文”(Alvin)之类的船可以载着三人到6,500米的高度。 虽然载人车辆允许研究人员靠近热液喷口,喷出水下火山或不寻常的深水海洋栖息地,但它们只能停留几个小时,而且操作成本比Saildrone Surveyor等无人机高得多。

詹金斯说,海洋学家希望了解洋流环流,以便更好地了解热量和碳如何从大气中吸收,然后在整个海洋中分布。 超过90%的碳排放所捕获的热量被海洋吸收,使海洋变暖成为危机加剧的不可否认的信号。 研究人员希望改善他们对全球热量和碳预算的估计(热量和碳都在其中存储和释放),以更好地衡量大气和海洋变化的速度以及未来可能产生的影响。 Saildrone Surveyor将通过其机载传感器收集电流和温度数据。

由Saildrone提供

由蒙特雷湾水族馆研究所的研究人员设计和制造的另一种传感器将对从海洋动物的皮肤,粘液和排泄物中脱落的DNA进行采样。 海洋科学家对收集环境DNA或eDNA的想法感到很兴奋,因为这意味着他们不必在暴风雨的天气中出海来收集数据,而且它使他们可以长时间采样而不是收集数据。 在三到四周的航行中获得的信息。 它也不需要他们收获鱼。 对DNA样品进行实时分析,然后将结果与作图和海洋环流数据一起发送回海岸。 知道某个地区生活的鱼类或其他动物的种类对于监管者确定商业捕鱼限制的大小以及需要保护的海洋地区非常重要。

Saildrone测量师是由来自多个组织的资金建造的。 2019年,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)海洋探索与研究办公室通过国家海洋学合作计划(National Oceanographic Partnership Program)向新罕布什尔大学提供了为期三年的100万美元赠款,与蒙特利湾水族馆研究所和Saildrone合作,在海洋中整合和测试传感器。 Saildrone Surveyor用于深水制图和DNA采样。

詹金斯说,当前版本的Surveyor是对小型Saildrones进行的十年工作的结晶,这些Saildrones成功地横渡了太平洋,绘制了阿拉斯加北坡附近的浅海沿岸地区,并绕过南极洲的南大洋。 UNH海岸与海洋测绘中心和联合水文中心的主任拉里·梅耶(Larry Mayer)说,但是较小的版本没有足够的太阳能来运行绘制深海地图所需的声纳设备。 迈耶说:“我们对海洋的大部分情况真的了解不多。” “只有大约19%的海底被绘制出了非常详细的图。”

梅耶(Mayer)一直在研究如何压缩和传输无人机从家中回传的数据。 “您如何自动收集数据,如何压缩数据,要使用哪些适当的数据部分?” 梅耶说。 “我们认为我们无法实时传输所有信息。” 当在美国海岸线以外的深水区工作时,这些传感器每天将收集千兆字节的信息。 但是,一旦它们添加了有关浮在地表水中的生物的遗传信息,该数据管道将开始以每分钟1 GB的速度涌入。 梅耶尔说:“瓶颈在于卫星连接。”

在那里,数据压缩发挥了作用,并且能够将数据存储在船上,直到链接可用为止。 未来,Mayer和Jenkins希望Saildrone将开始就地图和探索区域进行更多决策。 目前,将由一组全天候工作的陆上飞行员选择路线,以确保没有问题。 (一组操作员轮换值班。)

到目前为止,Saildrone的工程师和设计师已经表明他们可以在22英尺较小的平台上收集海洋学信息。 伍兹霍尔海洋学研究所海洋机器人技术中心主任詹姆斯·贝灵厄姆(James Bellingham)认为,这对于更大的Saildrone测量师来说是个好兆头。 贝林汉姆说:“他们已经证明,他们可以使用这些系统出海,并将它们长时间保持长距离行驶。” “与此同时,他们还可以产生高质量的数据。 在科学界,这就是我们所关心的。 如果您可以去那里但又不带回数据,谁在乎呢?”

贝林汉姆说,更大的赛尔德龙号也将不得不考虑海上的防撞措施,因为它更大的尺寸意味着它是一个更大的目标。 Saildrone首席执行官詹金斯(Jenkins)说,他们已经为这一潜在问题做好了准备。 尽管先前的Saildrones无人机均未在海上发生事故,但新的Surveyor仍具有应答器,雷达和50英尺高的桅杆,顶部装有高清摄像头,其高度与货船的桥梁相同。 这使其操作员能够从远处扫描地平线。 詹金斯说:“验船师具有探测其他船只的强大能力。” “在这辆车上,总是有一个人在绕圈。”

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