Navigace na arktickém ledu – bez GPS

Aby vědci pochopili, že měnící se prostředí v Severním ledovém oceánu hraje roli v globálních změnách klimatu, je nutné mapovat oceán pod ledem. Půjčka Troy Barnhart, náčelník štábu námořnictva Spojených států

Jeden tým S: Inženýři vyvinuli metodu navigace autonomních vozidel bez GPS pro přesnou navigaci v Severním ledovém oceánu.

V Arktidě je spousta aktivit pod obrovskými oblastmi ledu a sněhu. Změna klimatu dramaticky změnila ledový příkrov pokrývající většinu Severního ledového oceánu. Jsou oblasti, které byly dříve pokryty krabicí tvrdého ledu, nyní pokryty tenkými vrstvami, které jsou hluboké pouze 3 stopy. Pod ledem, který je součástí Beaufortovy čočky, změnila horká vrstva vody složení vodního prostředí.

Aby vědci pochopili, že toto měnící se prostředí v Severním ledovém oceánu hraje roli v globálních změnách klimatu, je třeba mapovat oceán pod ledem.

Tým námořních inženýrů MIT pod vedením Henrika Schmidtova, profesora strojírenství ve společnosti Ocean Engineering, se snaží porozumět změnám v prostředí, jejich vlivu na akustický přenos pod povrchem a tomu, jak tyto změny ovlivňují navigaci vozidel pohybujících se pod ledem .

„V podstatě chceme pochopit, jak toto nové arktické prostředí, vytvořené globální změnou klimatu, ovlivňuje využití podvodního zvuku pro komunikaci, navigaci a smysly.“ vysvětluje Schmidt.

Autonomní podmořské vozidlo systémů obecné dynamiky mise

Výzkumný tým plánuje nasadit autonomní podvodní vozidlo postavené společností General Dynamics Mission Systems, aby otestovalo jejich koncepci navigace. Půjčka: Daniel Goodwin LCDR, USN

Aby Schmidt odpověděl na tuto otázku, šel do Arctic Autonomous Maritime Accounting Laboratory (LAMSS) Laboratory, včetně Daniela Goodwina և Bradley Howarda, oceánografického institutu MIT-Woods Hole, docenta oceánografického inženýrství.

Tým financovaný Úřadem pro námořní výzkum se účastnil třídenního programu ICEX – nebo Ice Exercise 2020 -, ve kterém vojenský personál, vědci a inženýři paralelně pracují na různých výzkumných projektech a misích.

https://www.youtube.com/watch?v=80ZNm0vOqJU:

Strategická vodní cesta

Rychle se měnící prostředí v Arktidě má dalekosáhlé důsledky. Kromě toho, že poskytne vědcům hlubší vhled do dopadů globálního oteplování na mořské savce, mohl by tající led otevírat nové dopravní cesty, obchodní cesty v dříve nevratných oblastech.

Snad nejdůležitější věcí pro americké námořnictvo je pochopení změněného prostředí, má to také geopolitický význam.

„Pokud se arktické prostředí mění, nerozumíme tomu, mohlo by to mít dopad na národní bezpečnost,“ řekl Goodwin.

Před několika lety si Schmidt a jeho kolega Arthur Begeruer, profesor mechanického oceánského inženýrství, mezi prvními uvědomili, že část Beaufortovy čočky měla teplejší vodu v kombinaci s ledovým složením, které ovlivňovalo, jak zvuk prochází vodou.

Arktické autonomní podvodní vozidlo

Po sérii neúspěchů a výzev kvůli neodpustitelným podmínkám v Arktidě se týmu podařilo vzít zpět autonomní podvodní vůz a úspěšně dokázat, že jejich navigační myšlenka fungovala. Půjčka Dan McDonald, General Dynamics Mission Systems:

Pro navigaci v severní Arktidě musí americké námořnictvo և այլ Ostatní subjekty v regionu rozumět tomu, jak tyto změny šíření zvuku ovlivňují vozidlo ուն ուն ուն հաղորդ ուն ուն ուն ::::::::::::::::: :::

Pomocí neexperimentálního autonomního podvodního vozidla (AUV) vyrobeného společností General Dynamics-Mission Systems (GD-MS) համակարգ, systému senzorů kovaných na kancích vyvinutého oceánografickou institucí Woods Hole, se Schmidt a jeho tým připojili k Dan MacDonald De os Ossetia Společnost GD-MS DeLange, která uvedla na trh nový integrovaný koncept navigace hlasovou komunikací.

Rámec, který vyvinuli členové LAMSS Supun Randen, EeShan Bhatt, Rui Chen, Oscar Vickes, stejně jako absolvent LAMSS Toby Schneider z GobySoft LLC, umožní autům navigovat po vodě pomocí GPS. Přesnost: při použití oceánografických senzorů pro sběr dat.

„Abychom dokázali, že můžete tuto myšlenku navigace v Arktidě využít, musíme nejprve zajistit, abychom plně porozuměli prostředí, ve kterém pracujeme,“ dodal Goodwin.

Pochopení vnitřního prostředí

Po příchodu do ledového tábora Arctic Submarine Lab na jaře minulého roku nasadil výzkumný tým řadu sond hloubkové vodivosti a teploty pro sběr dat o arktickém vodním prostředí.

„Pomocí slanosti teploty և jako funkce hloubky vypočítáme profil rychlosti zvuku. To nám pomáhá pochopit, zda je pozice AUV dobrá pro komunikaci nebo špatná, “uvedl Howard, který byl zodpovědný za sledování změn prostředí v celém vodním sloupci ICEX.

Tým profesora Henrika Schmidta

Tým složený z profesora Henrika Schmidta, společného absolventa MIT-WHOI Daniela Goodwina և Bradley Howarda, Autonomous Marine Computing Laboratory և Arctic Submarine Laboratory – zamířil do Arktidy v roce 2020. V březnu, jako součást ICEX 2020, třítýdenního programu provozovaného americkým námořnictvem, kde vojenský personál, vědci a inženýři paralelně pracují na různých výzkumných projektech a misích. Půjčka: Mike Demello, Arctic Submarine Laboratory

Vzhledem k tomu, jak je zvuk ohýbán ve vodě, myšlenka známá jako Snellův zákon je, že sinusové tlakové vlny se shromažďují v některých částech vodního sloupce a rozptylují se do jiných částí. Pochopení šlechtitelských stop je klíčem k předpovědi dobrého a špatného umístění operací AUV.

K mapování oblastí s optimálními zvukovými vlastnostmi Howard upravil tradiční poměr signálu k šumu (SNR) pomocí metriky známé jako Multiplex Fine (MPP), která trestá oblasti, kde AUV reaguje na zprávy. Výsledkem je, že vůz upřednostňuje operace v oblastech s nízkou hlučností.

Tato data umožnila týmu zjistit, kde by mělo být auto umístěno ve vodním sloupci pro optimální komunikaci, která vede k přesné navigaci.

Zatímco Howard sbíral údaje o tom, jak voda ovlivňuje akustiku, Goodwin se zaměřil na to, jak se zvuk promítá a odráží od neustále se měnícího ledu povrchu.

Pro získání těchto údajů byl AUV vybaven zařízením, které měřilo pohyb vozidla vzhledem k ledu nahoře. Ten zvuk zachytilo několik přijímačů připojených k příkopům visícím na ledu.

Vědci použili údaje o příjemci vozidla հետազոտ k přesnému zjištění, kde se auto v té době nacházelo. Tyto informace o poloze spolu s údaji shromážděnými z akustického prostředí ve vodě nabízejí nové navigační nápady pro automobily cestující v Arktickém moři.

Chraňte Arktidu

Po sérii neúspěchů a výzev kvůli neodpustitelným podmínkám v Arktidě se týmu podařilo úspěšně prokázat, že jejich navigační nápad fungoval. Díky úsilí týmu mohou námořní operace և budoucí obchodní lodě využít změny arktických podmínek k maximalizaci přesnosti navigace և zlepšit komunikaci pod vodou.

„Naše práce může zlepšit schopnost amerického námořnictva dlouhodobě bezpečně a efektivně provozovat ponorky pod ledem,“ řekl Howard.

Howard připouští, že kromě fyzické změny klimatu se mění i geopolitické klima. To jen zhoršuje potřebu lepší navigace v Arktidě.

„Cílem amerického námořnictva je udržovat mír, chránit světový obchod zajištěním svobody plavby ve světových oceánech,“ dodal. „Náš osvědčený navigační koncept na ICEX bude sloužit námořnictvu při provádění této mise.“

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Houby mohou léčit bakterie a obohatit půdu o živiny

Aeroskulární mykorhizní houby se rozprostírají přes dlouhé vláknité struktury zvané krásně až k zemi. Krásy, menší než lidské vlasy, lze vidět mezi kořeny...

Světlo zapíná barvy a vzory objektů

Nový systém využívá ultrafialové světlo, které se promítá na objekty natřené barvou aktivující světlo, ke změně reflexních vlastností barvy a vytváření obrazů během několika...

Ne! Je pravděpodobnější, že žádosti o půjčku zpracované kolem poledne budou zamítnuty

Úředníci bankovních půjček pravděpodobněji budou schvalovat žádosti o půjčky dříve a později během dne, zatímco „únava z rozhodování“ kolem poledne je spojena s nedodržováním...

Náročné modely před oddělením v Bothnian Bay

19. dubna 2021 Mořský led na severu Baltského moře vykazuje některé přesvědčivé vzory, než se na jaře roztaví a setře. Na rozdíl od mořského ledu, který...

Výjimečná biologická rozmanitost ve 14,7 milionu let starém tropickém deštném pralese a osvětluje vývoj

Ekologická rekonstrukce bioty Zhangpu. Obrazový kredit: NIGPAS Nově objevený miocénní biom osvětluje vývoj deštného pralesa Mezinárodní výzkumná skupina vedená profesorem WANG Bo a profesorem SHI...

Newsletter

Subscribe to stay updated.