На отдаленном участке ветреного, замерзшего моря Бофорта к северу от Аляски инженеры из Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии сгрудились вместе, заглядывая в узкую дыру в толстом слое морского льда. Под ними цилиндрический робот собирал данные научных испытаний в холодном океане, соединенный тросом со штативом, который опустил его через скважину.
Этот тест дал инженерам возможность запустить прототип робота в Арктике. Это также стало шагом к окончательному видению их проекта под названием IceNode: флот автономных роботов, которые отправятся под шельфовые ледники Антарктиды, чтобы помочь ученым рассчитать, насколько быстро замерзший континент теряет лед и насколько быстро это таяние может привести к повышению уровня мирового океана.
Теплые воды, опасная местность
Если ледяной щит Антарктиды полностью растает, уровень мирового океана поднимется примерно на 200 футов (60 метров). Его судьба представляет собой одну из самых больших неопределенностей в прогнозах повышения уровня моря. Так же, как повышение температуры воздуха вызывает таяние на поверхности, лед также тает при контакте с теплой океанской водой, циркулирующей ниже.
Для улучшения компьютерных моделей, предсказывающих повышение уровня моря, ученым нужны более точные скорости таяния, особенно под шельфовыми ледниками — многокилометровыми пластами плавающего льда, которые простираются от суши. Хотя они не способствуют повышению уровня моря напрямую, шельфовые ледники существенно замедляют движение ледяных щитов к океану.
Задача: Места, где ученые хотят измерить таяние, являются одними из самых недоступных на Земле. В частности, ученые хотят нацелиться на подводную область, известную как «зона заземления», где встречаются плавающие шельфовые ледники, океан и суша, и заглянуть глубоко внутрь некартированных полостей, где лед может таять быстрее всего. Коварный, постоянно меняющийся ландшафт наверху опасен для людей, а спутники не могут заглянуть в эти полости, которые иногда находятся под милей льда. IceNode разработан для решения этой проблемы.
«Мы годами размышляли над тем, как преодолеть эти технологические и логистические проблемы, и, как нам кажется, нашли способ», — сказал Ян Фенти, климатолог JPL и научный руководитель IceNode. «Цель — получать данные непосредственно на границе таяния льда и океана, под шельфовым ледником».
Плавучий флот
Используя свой опыт в проектировании роботов для исследования космоса , инженеры IceNode разрабатывают аппараты длиной около 8 футов (2,4 метра) и диаметром 10 дюймов (25 сантиметров) с трехногим «посадочным шасси», которое выскакивает с одного конца, чтобы прикрепить робота к нижней стороне льда. Роботы не имеют какой-либо формы движения; вместо этого они будут позиционировать себя автономно с помощью нового программного обеспечения, которое использует информацию из моделей океанских течений.
Выпущенные из скважины или судна в открытом океане, роботы будут плыть по этим течениям в долгом путешествии под шельфовым ледником. Достигнув своих целей, каждый робот сбросит свой балласт и поднимется, чтобы закрепиться на дне льда. Их датчики будут измерять, как быстро теплая соленая океанская вода поднимается вверх, чтобы растопить лед, и как быстро опускается более холодная и пресная талая вода.
Флот IceNode будет работать до года, непрерывно собирая данные, включая сезонные колебания. Затем роботы отсоединятся ото льда, вернутся в открытый океан и передадут свои данные через спутник.
«Эти роботы — платформа для доставки научных инструментов в самые труднодоступные места на Земле», — сказал Пол Глик, инженер-робототехник JPL и главный исследователь IceNode. «Он призван стать безопасным и сравнительно недорогим решением сложной проблемы».
Арктические полевые испытания
Хотя IceNode еще предстоит дополнительная разработка и тестирование, работа на данный момент многообещающая. После предыдущих развертываний в заливе Монтерей в Калифорнии и под замерзшей зимней поверхностью озера Верхнее, поездка в море Бофорта в марте 2024 года стала первым полярным испытанием. Температура воздуха минус 50 градусов по Фаренгейту (минус 45 градусов по Цельсию) бросила вызов как людям, так и роботизированному оборудованию.
Испытание проводилось в рамках двухгодичного ледового лагеря Арктической подводной лаборатории ВМС США. Это трехнедельная операция, которая предоставляет исследователям временный базовый лагерь для проведения полевых работ в арктических условиях.
Когда прототип опустился примерно на 330 футов (100 метров) в океан, его приборы собрали данные о солености, температуре и течении. Команда также провела испытания, чтобы определить корректировки, необходимые для того, чтобы в будущем робота можно было отключить от привязи.
«Мы довольны прогрессом. Надежда — продолжить разработку прототипов, вернуть их в Арктику для будущих испытаний подо льдом и в конечном итоге увидеть весь флот развернутым под шельфовыми ледниками Антарктиды», — сказал Глик. «Это ценные данные, которые нужны ученым. Все, что приближает нас к достижению этой цели, захватывает».
