استكشاف تحت الجليد (والحفاظ على AUV الخاص بك في قطعة واحدة)

بقلم لوك ألدن وأليكس جونسون • 18 جمادى الثانية 1441

الصورة: الغواصة الدولية للهندسة المحدودة

احتفل ديسمبر 2019 بالذكرى السنوية الأولى منذ أن أرسلت جامعة تسمانيا ISE التي بنيت AUV nupiri muka إلى القارة القطبية الجنوبية كجزء من شراكة القارة القطبية الجنوبية. بينما هناك ، أنهى العديد من مهام المسح بنجاح تحت نهر سورسد الجليدي. ما هي أفضل طريقة للاحتفال بهذا الإنجاز من إعادته لفات النصر هذا العام!

تحت مهام الجليد يمكن أن يكون صعبا ، وقد اكتسبت ISE ثروة من الخبرة في 25+ سنة منذ أن بدأت في إرسال المركبات إلى المناطق القطبية. بالإضافة إلى المهمة الأحدث في أنتاركتيكا ، كانت مركبات AUV التابعة لـ ISE في القطب الشمالي عدة مرات. والجدير بالذكر أن اثنين من AUVs ISE التي تم إنشاؤها لمشروع حجر الأساس في كندا قد أكمل 1000 كيلومتر من المسح الجليدي في عام 2010 ، وعلى مشروع Spinnaker ISE الذي بني ISE ، وضع 100s من الكيلومترات من كبلات الألياف البصرية.

أدت العديد من العوامل إلى هذه العمليات الناجحة ، وفي هذه المقالة سنناقش بعض المخاطر الكامنة في العمل تحت الجليد القطبي وكيف تم تخفيفها.

لماذا تحت مهمة AUV صعبة؟
في كل مرة ينزل AUV لاستكشاف مناطق غير معروفة ، هناك الصورة: فرصة الغواصة الدولية للهندسة المحدودة . حتى بالنسبة AUVs ، المحيط ليس مكانًا ودودًا. يتم تعيين التضاريس التي يتنقلها جزئيًا بدقة عالية فقط ؛ نحن نعرف المزيد عن سطح المريخ أكثر مما نعرفه عن أرضياتنا المحيطية. هذا ، هناك طرق لتقليل المخاطر. هناك دائما السلامة على السطح على سبيل المثال. إذا تم تصميم AUV لينعم قليلاً بأوزان هبوط الطوارئ لجعله أكثر من ذلك ، فيمكنه ببساطة أن يطفو على السطح في حالة الطوارئ. يحتوي AUV أيضًا على مجموعة من المستشعرات للمساعدة في تجنب العقبات وقاع المحيط نفسه حتى يتمكن من التفاعل مع التضاريس الموجودة أسفله وأمامه. يُعرف موقع AUV دائمًا بتتبع USBL ويمكن التواصل معه عبر التواصل الصوتي خلال العملية بأكملها. هذا يسمح للطيار باتخاذ قرارات حاسمة للمساعدة في الحفاظ على سلامة AUV.

لماذا تحت مهام الجليد تحت التحدي؟
أن تكون تحت الجليد القطبي يجعل نتيجة الفشل أعلى من ذلك بكثير. لم يعد لديك شبكة أمان على السطح لتعود إليها بعد الآن ، وهناك معلومات أقل عن التضاريس ولا يقتصر الاتصال على AUV. في أي وقت يواجه فيه صعوبة ، يجب أن يكون لديه أنظمة تسمح له بالتعافي من تلقاء نفسه ، دون تدخل بشري.

علاوة على ذلك ، لا يعمل تتبع USBL بشكل جيد. إذا حدث خطأ ما ، فأنت لا تعرف مكان وجود AUV ومن المحتمل أنه غير قابل للاسترداد. لا تخسر فقط أصلًا بملايين الدولارات ، ولكن لا يمكنك معرفة ما حدث من أجل تحسينه في المرة القادمة.

حتى بعد المهمة الناجحة ، فإن الانتعاش ليس شيئًا أكيدًا كما اكتشفه موبي نوبيري في رحلاته في أنتاركتيكا. كان عليها كل يوم العودة إلى محطة ديفيس عبر المياه المليئة بالجبال الجليدية العائمة بحجم السيارات.

في بعض الأحيان ، يكون الوصول الوحيد إلى موقع المسح عبر ثقب صغير في الجليد يتحرك لعدة كيلومترات في اليوم ، كما هو الحال في مهام Cornerstone.

هذا يفرض الكثير من الضغط على ضمان صحة خطة المهمة ، ويمكن أن تتفاعل AUV مع جميع الحالات بشكل مناسب.

Photo: International Submarine Engineering Ltd. كيف يمكننا التخفيف من المخاطر الإضافية؟

الاستقلالية المتقدمة: بدون السلامة النسبية للسطح ، فهذه هي الأداة الرئيسية التي تستخدمها ISE للحفاظ على أمان AUV. إنه يمنح AUV القدرة على اتخاذ القرارات السياقية في مراحل مختلفة من خطة المهمة. هناك العديد من السيناريوهات التي يمكن أن تقطع المهمة وتغير هدف AUV ، على سبيل المثال إذا نشأت حالة طوارئ وتحتاج إلى إحباط المهمة عبر الطريق الأكثر أمانًا. بناءً على المعلمات المحددة ، يمكن لـ AUV تحديد المكان الأكثر ملاءمة. في وقت مبكر من العملية ، قد يكون هذا الأمر بسيطًا حيث قد يكون هناك عوائق قليلة ، ولكن في أكثر المناطق المجهولة تحت الجليد ، قد يكون الخيار الأكثر أمانًا هو إعادة الطريقة التي جاءت بها بدلاً من الخيارات الأخرى ، وربما تكون أقصر. بينما تحت هذا الجبل الجليدي Sørsdal على وجه التحديد هذا النوع من الحكم الذاتي تم تجهيز nupiri muka مع. بما أن الأنهار الجليدية ساحلية ، فهناك العديد من المواقع حيث يمكن للمياه الضحلة أن تحد من حركتها بحيث تكون قادرة على تغيير سلوكها على أساس عمق المياه أمر ضروري.

بالإضافة إلى ذلك ، إذا تعطل أحد مستشعرات AUV ، فيمكنه أن يتفاعل بعدة طرق اعتمادًا على مدى أهمية العطل: يمكن أن يتحول إلى مستشعر النسخ الاحتياطي أو العودة إلى المنزل. تشمل الميزات المستقلة الأخرى المهمة مراقبة مستويات الطاقة وضمان عودة AUV إلى المنزل قبل نفاد بطارياتها. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود حدود جغرافية وتوقيت لكل قسم من أقسام المهمة يضمن أن AUV يمكن أن تتفاعل إذا استغرق الأمر وقتًا طويلاً لاستكمال الأجزاء أو الخروج من منطقة البعثة.

الأجهزة القوية: امتلاك الأجهزة المناسبة يعد وسيلة مهمة أخرى للتخفيف من المخاطر. على سبيل المثال ، تم تجهيز nupiri muka مع سونار تجنب عقبة متعددة الحزم مما سمح لها ليس فقط برؤية ما كان أمامها ولكن أيضًا ما كان أسفله وفوقه أيضًا. تم تصميم خوارزمية تجنبها لتتفاعل بشكل مناسب وفقًا للمكان الذي كانت فيه العقبة ، حيث إن مجرد الارتفاع ودورنة الميمنة ليست دائمًا خيارًا آمنًا.

لتحسين دقة التنقل ، تم تجهيز nupiri muka أيضًا بـ DVL لمتابعة الجليد بالإضافة إلى واحد يتبع قاع المحيط. بدون ذلك ، ستفقد دقة الموضعية بسرعة وقد لا تتمكن من العودة إلى المنزل. كان لدى السيارة أيضًا مودم صوتي إضافي يشير إلى أسفل للمساعدة في تحسين الاتصال للحالات التي يكون فيها AUV بالقرب من الجليد السطحي. كلما كان الطيار أكثر قدرة على مساعدة AUV كلما زادت فرصة النجاح.

بالنسبة لمشروع حجر الأساس ، تم نشر AUVs من خلال ثقب جليدي يتحرك لعدة كيلومترات في اليوم. تم تجهيز المركبات بنظام صاروخ موجه يمكن أن يساعدهم في العثور على طريقهم إلى المنزل حتى من مسافة 100 كم. كما تم تجهيزها بنظام الصابورة متغير لمنحهم القدرة على الوقوف تحت الجليد وانتظار ROV لنقلهم المسافة النهائية إلى ثقب الجليد. لتقليل مخاطر الإطلاق والاسترداد ، تم تجهيز هذه المركبات أيضًا بموصلات تحت الماء للشحن وتنزيل البيانات.
كل هذه الأجهزة تحتاج إلى أن تكون مجربة وتصاميم ناضجة ، وتستخدم لسنوات لضمان موثوقيتها. حتى نظام فاشل واحد يمكنه القيام أو إنهاء المهمة.

إلى النجاح.
كما نرى ، كان هناك العديد من المساهمين في النجاح في مهام الجليد. تم مناقشة معظمها في المركبات نفسها ولكن من المهم أن نتذكر التخطيط والخبرة المطلوبة أيضًا. في كل مرة يتم فيها إرسال المركبة ، يجب أن تتم مراجعتها بعناية من قبل الأفراد ذوي الخبرة القطبية. مع وضع ذلك في الاعتبار - بالإضافة إلى بعض الدم والعرق والدموع وربما الحظ - لا يوجد سبب لعدم وجود العديد من المهام القطبية الناجحة في المستقبل.

المؤلفون
لدى Luke Alden BSc Mechanical Designer في International Submarine Engineering Ltd. يتمتع Luke بخبرة 10 سنوات في الهندسة. خلال فترة عمله في ISE ، شارك في العديد من مشاريع التصميم بما في ذلك دمج الكاميرات على AUVs.

لوك ألدن أليكس جونسون مدير قسم الهندسة الميكانيكية بشركة الغواصة الدولية للهندسة المحدودة. أدير أليكس كلاً من نظامي تصميم AUV من 3000m و 6000m بالإضافة إلى تصميم أنظمة AUV متعددة خلال 12 عامًا في ISE.

اليكس جونسون