سمولفات AUV الشبكة

وليام ستويتشيفسكي • 21 رجب 1440

الصورة: معهد المحيط شميدت

مضيفا عمق: مجموعة كاملة من وجهات النظر المحيط. الرسوم التوضيحية مجاملة البروفيسور كنا راجان

تغيير عالم AUV: تتضمن رؤية SmallSat الخاصة بـ NTNU الإحساس الفائق بطيف سطح الأرض ، وتصور ذلك للتحكم الأرضي وتوجيه AUVs المتصل بالشبكة. الصورة: NTNU

هناك شبكة عالمية أكثر من الروابط الساتلية ، ومع ذلك ، يمكن لخبراء العمليات البعيدة المرتبطين بالأقمار الصناعية أن يكدوا مكاسب علمية وتكنولوجية ضخمة في العالم. هذا ما يحدث في الخلفية - تقوم شبكة صغيرة من أفضل العلماء من جميع أنحاء العالم بتنظيم الاتصالات والروبوتات التي ستحقق إنجازًا رائعًا في الاستخدام الشبكي للمركبات ذاتية الحركة تحت الماء أو مركبات AUV.

إذا اتصلت بالبروفيسور كنا راجان ، كما فعلنا ، فسوف يخبرك بأنه ليس أول باحث في العالم عن "الطائرة بدون طيار" ، ومع ذلك فقد قام ببرمجة مهمتين على الأقل إلى المريخ وينصح شبكة من العلماء عبر المحيط الأطلسي باستخدام الأفيون والأقمار الصناعية. يقترح البروفيسور راجان أن أستاذ التحكم في شبكة AUV ، البروفيسور جواو تاسو دي فيغيريدو بورخيس دي سوزا من جامعة بورتو ، هو الشخص المناسب إذا كنت تفكر في ما هو ممكن في عالم AUVs. ينتمي الدكتور راجان إلى بورتو في البرتغال ، وقد نقل عنه مطولًا (حوالي 50 مرة) في بيان رؤية كتبته الجامعة النرويجية NTNU حول استخدامهم المخطط للأقمار الصناعية الصغيرة ، أو سمولساتس ، للسيطرة على AUVs. يقترب طلاب مرحلة ما بعد المستندات وطلاب الدكتوراه والماجستير من NTNU من يوم إطلاق SmallSat ، وبعد ذلك سوف يتخذ AUVs في بحر الشمال خطوة نحو التمكن من نقل البيانات إلى العلماء في المناطق البحرية لفترات طويلة. سيكون لدى كل من SmallSats و AUVs كاميرات فائق القدرة قادرة على اكتشاف المواد الكيميائية والمعادن والعوالق أو القيام بأعمال المسح.

البروفسور راجان ومقره كاليفورنيا هو أحد كبار العلماء المعروفين بتخطيط وتنفيذ وإنشاء أنظمة ذاتية الحكم والروبوتات في مركز أبحاث أميس التابع لناسا. يقود البروفيسور دي سوزا شبكة دولية من العلماء المتحمسين لجامعة AUV على غرار جامعة NTNU. كلاهما تطورت مختبرات AUV للغاية. اجتمعت مجتمعات البحث الثلاثة لجعل عمليات AUV الدائمة خاضعة للتحكم أو زيادة الأقمار الصناعية Micro أو Nano - SmallSats من 10-100 كجم أو 1-10 كجم - حقيقة واقعة. بصرف النظر عن القيادة والسيطرة على AUVS (وغيرها من الطائرات بدون طيار) عبر الشبكات بشكل جماعي ، وهو التخصص البروفيسور دي سوزا ، فمن المأمول أن تفعل SmallSats لفهم المحيطات والعمليات البحرية ما فعله الإنترنت للتسويق والمعرفة الفورية.

تحكم AUV
يقول الدكتور راجان: "معظم عملنا مشترك ، ومن الناحية الإستراتيجية نحن جميعًا (NTNU ، بورتو ، ناسا) نسير في نفس الاتجاه" ، مضيفًا "لذلك هذا مؤسسي وجماعي." يعترف راجان بالانتقال من روفرز مارس إلى "تجريب" AUVs في البحر كان أصعب مما كان متوقعا. "لقد جاءت البنية التحتية مع المهام المرتبطة بقيادة المركبة Rover في عام 2004 والمركبة الفضائية Deep Space 1 في عام 1999. لكن التفاصيل الدقيقة للوصول إلى منطقة ساحلية على متن سفينة معقولة في الطقس يمكن أن تكون قاسية وليس تافهة للعمل معها ، شيء لا يفهمه معظم الناس ... لذا نعم ، كلا من Rover و AUV امتدادان للحواس البشرية في حد ذاتها ، ولكن هناك الكثير من العمل الذي ينطوي عليه الوصول إلى البحر وجعل الأشياء تعمل ".

لهذا السبب يتطلع البروفيسور راجان والأستاذ دي سوزا (الذي فشلنا في الاتصال به) وزملاؤهم في NTNU إلى إطلاق SmallSats: فحوصات تفصيلية طويلة الأمد للمحيطات. هذا التركيز سيحدث ثورة في أبحاث المحيطات. في شبكات هذه الشبكة العلمية للوزن الثقيل ، فإن القيود المفروضة على AUVs معروفة بشدة ، وسيشهد باحثون من هاواي إلى هونغ كونغ ، على أنه من الصعب التواصل مع AUVs أكثر مما هو الحال مع تحقيقات الفضاء و "البنية التحتية لشبكة Deep Space Network for المركبة الفضائية. "في حين أن" القوة تشكل قصورًا مهمًا "، إلا أن مشكلة الاتصالات هي التي تبقي هذا الثلاثي من الباحثين مستيقظين في الليالي.

AUV networker: البروفيسور جواو تاسو دي سوزا على متن سفينة معهد شميت للمحيطات ، فالكور. الصورة: معهد المحيط شميدت

المستكشف البرتغالي
راجان محق في البروفيسور تاسو: "القوة العظمى في AUVs والروبوتات البحرية هي صديقنا المقرب والمتعاون ، جواو تاسو (دي سوزا)."
في الواقع ، تعتبر البرتغال قوة تطوير وبحث AUV. بصرف النظر عن استضافة ندوة IEEE OES المستقلة تحت الماء للسيارات ، تفتخر الدولة بكل من مختبر Tasso Systems & Technology Technology أو LSTS وباحثين INESCTEC. قاد البروفيسور دي سوزا مؤخراً بعثة استكشافية لمعهد شميت للمحيطات على متن سفينة أبحاث Falkor الخاصة بهم واستكشف جبهات ملوحة المحيطات باستخدام روبوتات متعددة المساحات وتحت الماء. كان معروفًا أيضًا أنه يحاضر في قوات الناتو حول عمليات AUV المدمجة.

تعتبر De Sousa رائدة في مجال إدارة العديد من المركبات ذاتية الحكم في نفس الوقت وتواصل العمل فيها. وقد ساعد في تطوير البرامج التجارية والباحث الذي يتضمن الأجهزة المحمولة للتحكم بسهولة في AUVs المتصل بالشبكة. على الرغم من أن التطبيقات قد تشمل يومًا ما مراقبة المحيطات الجماعية ، أو التفتيش الشامل ، أو المسح الشامل ، أو الهجوم الهائل ، فقد شملت الدراسة المحيطية مركبات AUV (والطائرات بدون طيار) على اتصال مع بعضها البعض عبر وحدة تحكم محيطية قائمة على السفن. يمكن أن توفر SmallSats هذه البعثات مع عرض النطاق الترددي المخصص للباحثين (يُفهم أنه NTNU فقط ، في الوقت الحالي).

تحتاج شبكات AUVs للشبكات إلى برامج تحكم مفتوحة المصدر مثل تلك التي طورتها U. of Porto's LSTS. يمكن لعدد من AUVs الذين يتصلون عبر قمرهم الصناعي ، مع حمولاتهم المستنشقة على متن السفينة ، أن يرحلوا في الوقت الفعلي صورة دقيقة للتغيرات الهائلة الناشئة عبر منطقة واسعة من المحيطات: أو يمكنهم التأكيد عن طريق استشعار أو أخذ عينات أو تصوير ما يعنيه سمولساتس أو رؤيته . قام معهد شميدت بتأريخ أفرقة البروفيسور دي سوزا التي تنشر "العديد من المركبات المستقلة لإيجاد وتتبع واختبار مختلف الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للمحيط ، على نطاقات زمنية غير ممكنة سابقًا من خلال دراسات السفن أو الطائرات وحدها". بالنظر إلى الكاميرات الطيفية الخاصة بهم ، فإن SmallSats ثم إضافة طبقة أخرى من البيانات في الوقت الحقيقي.

خلال رحلة شميت ، تم استخدام مجال راجان المشترك مع البروفيسور دي سوزا لتنسيق AUVs والمركبات الجوية بدون طيار والسفن السطحية ذاتية الحكم التي تقوم "بمهام أخذ العينات المعقدة". قيل إن مركبات متعددة "في بعض الأحيان" عملت في "جهد مشترك" ، تمت مراقبتها والتحكم فيها بواسطة برنامج يطلق عليه Ripples و Neptus. للقيام بذلك على المدى الطويل ، تحتاج إلى عرض نطاق ترددي مخصص للسيل المتوقع من بيانات المحيطات. للحصول على ذلك ، تحتاج أجهزة AUVs الخاصة بك إلى SmallSats في الفضاء.

مضيفا عمق: مجموعة كاملة من وجهات النظر المحيط. الرسوم التوضيحية مجاملة البروفيسور كنا راجان

ناسا الجودة المشرف
أدخل النرويجيين. إن التمويل الذي يصعب فهمه بالنسبة للبعض ، وتجربة تخزين ومعالجة كميات هائلة من البيانات (مثل نتائج المسوحات السيزمية) جزء من مساهمة النرويج في الأبحاث التي تستند إلى AUV و AUV.

أضف إلى ذلك ، كلية SmallSat المتنامية ، واثنين من أقمار AIS وحفنة من أجهزة "الفضاء" ، بما في ذلك بعضها بعلاقات عسكرية. في حين أن الباحث يسافر في جميع "المدارس" الثلاث - بورتو وناسا و NTNU - هو كبير ودولي ، فإن النرويجيين ومواهبهم المدعومة هي التي ستوفر دفعة الجانب الفضائي في سمولساتس. هناك أيضًا طلاب من NTNU يتمتعون بتجربة إطلاق الأقمار الصناعية ، ثم هناك إشراف على الأستاذ راجان من خلال تجربته المركبة في مجال الفضاء والروبوتات. راجان مدرج كموظف في NTNU ، وموظف في وكالة ناسا وشريك في U. of Porto. لقد أجرى تجربة نايلون ديب سبيس وان للتجارب عن بعد في عام 1999 الجديدة من الألفية الجديدة للباحثين عن الفضاء (RAX) ، وكان الباحث الرئيسي في وحدة التحكم في استكشاف المريخ لعام 2003 لنظام Mars Exploration Rovers MAPGEN لجهازي التوأم - "أطول نظام AI قيد التشغيل في أي مكان وما زال مسؤولاً عن روفر الفرص في مارس "، وفقا لنص NTNU. كان أيضًا باحثًا رئيسيًا في الاستقلال الذاتي بمعهد أبحاث مونتيري للأحياء المائية ، حيث قام بتصميم وبناء ونشر جهاز التحكم المستقل المدمج T-REX القائم على AI على AUVs ، فضلاً عن نظام دعم قائم على الشاطئ!

كومس فعالة من حيث التكلفة

في حين أن مختبر AUV النرويجي في NTNU يستعد لتسجيل الإنجاز الكبير لإطلاق SmallSat في البحر ، لا يمكن المبالغة في تقدير تمويل النرويجيين. يتفوق التمويل على أموال الاتحاد الأوروبي ، وهو يفعل بالنسبة لبحوث AUV والأبحاث الأوقيانوغرافية في النرويج ما فعله معهد شميدت لدراسة جبهات المحيط في بورتو وعمل باحثين آخرين في علم المحيطات.

يقول الأستاذ راجان: "يمثل التمويل مشكلة خطيرة في ممارسة الروبوتات البحرية و / أو علوم المحيطات". في الولايات المتحدة ، لدينا العديد من الوكالات وأصحاب المصلحة الذين يعتقدون أنهم بحاجة إلى القيام بشيء ما تجاه المحيط. وهذا يشمل NSF ، NOAA ، DARPA ، ONR ، وجميعهم لديهم اهتمامات تتقاطع وتتنافس. في النرويج ، هذا أقل من ذلك ، لكن (مجلس البحوث النرويج) قام بعمل جيد في تبسيط عملية التمويل. ليس كذلك في الولايات المتحدة. قارن هذا مع الذهاب إلى الفضاء - هناك حقًا نقطة دخول واحدة. وهذا هو ناسا. وبالتالي فإن عملية إرسال مركبة فضائية مفهومة أكثر وضوحًا وأكثر وضوحًا وعقلانية (عبر الأكاديميات الوطنية الأمريكية) من الذهاب إلى البحر ، في كثير من الأحيان. "

يقول البروفيسور راجان إن وكالات الفضاء تميل أيضًا إلى هندسة جهنم من مركباتها بينما تنفق "مبالغ هائلة من المال" على الازدواجية والمتانة. هذا ليس تماما النهج SmallSats النرويجية. في الورقة البيضاء لـ SmallSats ، تقر NTNU بالحاجة إلى التركيز على الأقمار الصناعية الصغيرة المخصصة للكاميرات وأجهزة coms بدلاً من طلب النطاق الترددي الدوري على قمر صناعي أكثر قوة ولكنه مكلف. على الرغم من إعطاء الأبحاث ، تعرف NTNU أن تمويل الدولة ليس دائمًا وشيكًا. لذا ، فقد ركزوا على برنامج SmallSat الذي سيتكلف ما بين 100000 دولار و 7 ملايين دولار أمريكي.

النقد هو الملك ، حتى بالنسبة لهذه الشبكة من العمالقة. ومع ذلك ، فإن AUVs تجعل أبحاث المحيطات ذات الحجم الكبير ميسورة التكلفة. في رسالة موجزة لمعهد المحيط شميت ، كتب البروفيسور جواو بورخيس دي سوزا ما يلي: "نحن بحاجة إلى تطوير دراسات المحيطات المستدامة مع القرار المكاني والزماني غير مسبوق. لا يمكن للسفن وحدها أن تساعد في تحقيق هذه المستويات من الدقة والحجم والجدوى الاقتصادية. "ربما كان يفكر بالفعل في" SmallSats "، والأستاذ Rajan التابع لناسا مرتبط بكل من NTNU للعمليات البحرية والأنظمة المستقلة (AMOS) وبورتو مختبر نظم وتكنولوجيا تحت الماء.
في وقت ما بين هذا الربيع وعام 2020 ، سيرسل المشغّل النرويجي جهاز SmallSat ، ومن المتوقع أن يتوسع الاستخدام جنبًا إلى جنب مع

انتشار AUVs. يشرف مركز الفضاء النرويجي بالفعل على إطلاق الأقمار الصناعية في النرويج ، بما في ذلك تلك التي يقوم بها طلاب نرويجيون يصممون سواتلهم الصغيرة الخاصة (أقل من 1 كجم). تتمثل الرؤية المعلنة لـ NTNU في أن تكون رائدة في SmallSats ، بدءًا من الكاميرا الفائقة الطيفية التي قاموا بإنشائها باستخدام الأجزاء الجاهزة والأجزاء التي طبعوها بأنفسهم بطريقة ثلاثية الأبعاد.
بصرف النظر عن NTNU ، مركز الجزيرة الفضائي في النرويج ، يستعد لتوسيع برنامج إطلاق SmallSat. يقال إن جماعة الدفاع ، نورسك نامو ، تعد صاروخًا صديقًا للبيئة لحمل سمول ساتس إلى مدارات محددة مسبقًا.

الجوي وتحت الماء: تم ربط مجموعة من الطائرات بدون طيار والطائرات بدون طيار خلال مسح معهد المحيط شميت لجبهات المحيط. الصورة: معهد المحيط شميدت