W lodowatej przestrzeni Morza Beauforta, NASA’S JPL inżynierowie przetestowali IceNode, prototypowego robota zaprojektowanego do pomiaru szybkości topnienia pod lodowcami szelfowymi Antarktydy – kluczowego czynnika w prognozach globalnego poziomu morza.
Ostatecznym celem jest rozmieszczenie floty tych autonomicznych robotów w celu przechwytywania kluczowych danych z najbardziej niedostępnych regionów świata przy użyciu innowacyjnej technologii pierwotnie opracowanej z myślą o eksploracji kosmosu. Sukces tej inicjatywy może zrewolucjonizować nasze rozumienie wzrostu poziomu morza w wyniku zmiany klimatu.
Na odległym skrawku smaganego wiatrem, zamarzniętego obszaru Morza Beauforta na północ od Alaski inżynierowie z Laboratorium Napędów Odrzutowych (JPL) NASA w południowej Kalifornii skupili się, zaglądając w wąską dziurę w grubej warstwie lodu morskiego. Pod nimi cylindryczny robot zbierał dane naukowe z testów w lodowatym oceanie, połączony liną ze statywem, który opuścił go przez odwiert.
Test ten dał inżynierom szansę na obsługę prototypowego robota w Arktyce. Był to także krok w kierunku ostatecznej wizji ich projektu, tzw IceNode: flota autonomicznych robotów, które zapuszczają się pod szelfy lodowe Antarktyki, aby pomóc naukowcom w obliczeniach jak szybko zamarznięty kontynent traci lód – i jak szybkie topnienie może spowodować podniesienie się poziomu mórz na świecie.
Ocieplenie wód, zdradliwy teren
Całkowite stopienie pokrywy lodowej Antarktydy podniosłoby poziom mórz na świecie o około 60 metrów. Jego los jest jednym z największych niepewności W prognozy wzrostu poziomu morza. Tak jak rosnące temperatury powietrza powodują topnienie powierzchni, tak lód topi się również w kontakcie z ciepłą wodą oceaniczną krążącą poniżej. Aby ulepszyć modele komputerowe przewidujące wzrost poziomu morza, naukowcy potrzebują dokładniejszych szybkości topnienia, zwłaszcza poniżej półki lodowe — długie na kilometry płyty pływającego lodu wystające z lądu. Chociaż nie przyczyniają się bezpośrednio do wzrostu poziomu morza, szelfy lodowe znacznie spowalniają przepływ pokrywy lodowe w kierunku oceanu.
Wyzwanie: Miejsca, w których chcą naukowcy zmierzyć topienie należą do najbardziej niedostępnych na Ziemi. W szczególności naukowcy chcą obrać za cel podwodny obszar znany jako „strefa uziemienia”, w którym spotykają się pływające szelfy lodowe, ocean i ląd, a także zajrzeć głęboko do niezbadanych na mapach zagłębień, w których lód może topnieć najszybciej. Zdradziecki, ciągle zmienny krajobraz powyżej jest niebezpieczny dla ludzi, a satelity nie mogą zajrzeć do tych zagłębień, które czasami znajdują się pod milą lodu. IceNode został zaprojektowany, aby rozwiązać ten problem.
„Od lat zastanawiamy się, jak pokonać te wyzwania technologiczne i logistyczne i uważamy, że znaleźliśmy sposób” – powiedział Ian Fenty, klimatolog z JPL i kierownik naukowy IceNode. „Celem jest uzyskanie danych bezpośrednio na styku topnienia lodu i oceanu, pod lodowcem szelfowym”.
Innowacyjny projekt robota
Wykorzystując swoją wiedzę w projektowaniu robotów do eksploracji kosmosu, inżynierowie IceNode opracowują pojazdy o długości około 8 stóp (2,4 metra) i średnicy 10 cali (25 centymetrów), z trójnożnym „podwoziem”, które wyskakuje z jednego końca w celu zamocowania robota na spód lodu. Roboty nie mają żadnego napędu; zamiast tego zajmowałyby autonomiczne pozycje za pomocą nowatorskiego oprogramowania wykorzystującego informacje z modeli prądów oceanicznych.
Projekt IceNode firmy JPL został zaprojektowany dla jednego z najbardziej niedostępnych miejsc na Ziemi: podwodnych jam głęboko pod szelfami lodowymi Antarktyki. Celem jest uzyskanie danych o szybkości topnienia bezpośrednio na styku lód-ocean w obszarach, w których lód może topnieć najszybciej. Źródło: NASA/JPL-Caltech
Strategia operacyjna i gromadzenie danych
Wypuszczone z odwiertu lub statku na otwartym oceanie roboty miałyby podróżować z prądami w czasie długiej podróży pod lodowcem szelfowym. Po dotarciu do celu roboty zrzucały balast i unosiły się, aby przyczepić się do dna lodu. Ich czujniki mierzyłyby, jak szybko ciepła, słona woda oceaniczna krąży w górę, powodując stopienie lodu, oraz jak szybko opada zimniejsza i świeższa woda z roztopów.
Flota IceNode miałaby działać przez okres do jednego roku, stale rejestrując dane, w tym wahania sezonowe. Następnie roboty odłączą się od lodu, dryfują z powrotem na otwarty ocean i przesyłają swoje dane przez satelitę.
„Te roboty stanowią platformę umożliwiającą dostarczanie instrumentów naukowych do najtrudniej dostępnych miejsc na Ziemi” – powiedział Paul Glick, inżynier robotyki JPL i główny badacz IceNode. „Ma to być bezpieczne i stosunkowo tanie rozwiązanie trudnego problemu”.
Test pola arktycznego
Chociaż IceNode ma przed sobą dalsze prace rozwojowe i testy, dotychczasowe prace są obiecujące. Po poprzednich wdrożeniach w zatoce Monterey w Kalifornii i pod zamarzniętą zimą powierzchnią jeziora Superior, wyprawa do Morza Beauforta w marcu 2024 r. umożliwiła pierwszy test polarny. Temperatury powietrza minus 50 stopni Fahrenheita (minus 45 Celsjusz) stanowiło wyzwanie zarówno dla ludzi, jak i sprzętu robotycznego.
Test przeprowadzono w ramach odbywającego się co dwa lata obozu lodowego Arctic Submarine Laboratory należącego do US Navy Arctic Submarine Laboratory – trzytygodniowej operacji, która zapewnia badaczom tymczasową bazę do prowadzenia prac terenowych w środowisku arktycznym.
Gdy prototyp zanurzył się w oceanie na głębokość około 100 metrów, jego instrumenty zebrały dane dotyczące zasolenia, temperatury i przepływu. Zespół przeprowadził także testy, aby określić zmiany niezbędne do odłączenia robota w przyszłości.
„Jesteśmy zadowoleni z postępów. Mamy nadzieję na dalsze prace nad prototypami, przewiezienie ich z powrotem do Arktyki w celu przyszłych testów pod lodem morskim i ostatecznie rozmieszczenie całej floty pod szelfami lodowymi Antarktyki” – powiedział Glick. „To cenne dane, których potrzebują naukowcy. Wszystko, co przybliża nas do osiągnięcia tego celu, jest ekscytujące”.
IceNode został sfinansowany w ramach wewnętrznego programu badań i rozwoju technologii JPL oraz Dyrekcji Nauki i Technologii o Ziemi. JPL jest zarządzany dla NASA przez Caltech w Pasadenie w Kalifornii.
