En avlägsen och obesatt forskningsstation i Antarktis har, för första gången, samlat in viktiga vetenskapliga mätningar av klimatet, ozon och rymdväder tack vare banbrytande teknologi utvecklad av British Antarctic Surveys (BAS) ingenjörer.

Tekniken utvecklades för att säkerställa fortsatta mätningar under vintermånaderna vid Halley Research Station. Stationen är för närvarande endast i drift under sommaren och har varit tom sedan februari i år. Ett innovativt kraftsystem baserat på en mikroturbin som arbetar i temperaturer lägre än -40⁰C har samlat in data för 123 dagar.

Sprickor i Brunt Ice Shelf, där Halley Research Station ligger, har lett till oro över ishyllans stabilitet och beslutet att inte förplikta personalen att övervintra på stationen förrän stabiliteten i ishyllan kan säkerställas. Sommarteamet som lämnade stationen den 25 februari installerade ett innovativt autonomt kraftsystem som kan generera upp till 30 kW kraft och driva en serie vetenskapliga instrument.

Hjärtat i kraftsystemet är en Capstone C30 mikroturbin, liknar en jetmotor, som är inrymd i en specialdesignad temperaturkontrollerad behållare, med en kontinuerlig bränsle- och datamatning. Detta kan styras från BAS huvudkontor i Cambridge, och har gett kontinuerlig effekt på cirka 9kW sedan den först slogs på i januari.

Thomas Barningham, Projektledare för Halley Automation Project vid British Antarctic Survey (BAS), säger:

"Detta är första gången en mikroturbin har använts i Antarktis för att driva instrumentering autonomt. Vi är glada över att vår design fungerar och vi kan samla in data under de kalla och mörka vintermånaderna. Vi var övertygade om att vi hade en bra design, men vinterförhållandena i Antarktis är brutala, så man vet aldrig exakt vad som kan hända. Hittills har systemen fungerat i temperaturer så låga som -43ºC och klarat vindhastigheter på upp till 43 knop."

David Vaughan, Science Director på BAS säger:

"Detta är ett verkligt innovativt projekt och det faktum att det har fortsatt felfritt fram till mitten av vintern är en stor bedrift för våra ingenjörer och forskare. Jag är överlycklig över att det avgörande programmet för långsiktig mätning av klimatet, ozon och rymdväder fortsätter idag på grund av våra ingenjörers skicklighet och uppfinningsrikedom. Utsikten att leverera så komplex vetenskap från avlägsna platser utan krav på att ha människor på marken året runt öppnar så många möjligheter. Även om det kommer att dröja innan vi har ett helt motståndskraftigt system, Jag håller tummarna för att systemet fortsätter snurra fram till slutet av vintern så att vi kan registrera bildningen och återhämtningen av det årliga antarktiska ozonhålet i september till oktober – det skulle vara en stor triumf!"

Mike Rose, Ingenjörschef på BAS, säger:

"Även om det är på isen, vi har närmat oss detta på ett liknande sätt som att designa en satellit i rymden, med flera redundanta komponenter, med stora mängder datainsamling och kontroll – det har varit riktigt intressant för alla inblandade.

"De stora utmaningarna för oss var att upprätthålla en kontinuerlig tillförsel av bränsle till mikroturbinen och att säkerställa en stabil temperatur inuti dess hölje. När vi väl uppnått proof of concept var vi glada över att se data komma in, och vi hoppas att det kommer att fortsätta under resten av vintern."

Teamen kommer att återvända till Halley Research Station i november för starten av den antarktiska fältsäsongen.

Ta en rundtur på automationsplattformen med vår nya uppslukande virtuell verklighetsupplevelse här

Halley Automation fakta i korthet:

• 81 obemannad, automatisk, tankningsevenemang hittills (sedan senaste start, 19 februari till 24 juni 19)
• 136 dagars drifttid (sedan senaste start, 19 februari till 24 juni 19)
• ~30 MWhrs el (sedan senaste start, 19 februari till 24 juni 19)
• Tål omgivningstemperaturer ner till—43ºC
• Tål vindhastigheter upp till 43 knop
• Snurrar vid 70, 000 rpm dag och natt
• Förbrukar cirka 10 % av det bränsle som normalt förbränns under samma period när människor är närvarande
• Bränsleförbrukningen är cirka 6 liter per timme under den antarktiska vinterns 280 dagar

Den fullständiga listan över vetenskapsutrustning som automatiseras inkluderar:

Lågeffektfältsystem

• 3 x automatiska väderstationer (meteorologi och klimat)
• 1 x autonom troposfärisk ozonmonitor (troposfärisk kemi)
• 1 x Autonom VLF-mottagare (rymdväder och övre atmosfäriska observationer)
• 1x Auto MOSAIC (Mesosfärisk kemi)
• 1x LPM (rymdväder)
• Hela GPS-nätverket över Brunt Ice Shelf

Utrustning som drivs från mikroturbinen

• AutoDobson – en helautomatiserad version av instrumentet som var ansvarigt för att upptäcka hålet i ozonskiktet. I år representerar det första året av obemannade mätningar (Stratosfärisk ozonövervakning)
• En rad instrument i Halley's Electromagnetic Quiet Area som används globalt i samarbete för att förstå rymdväder och, till exempel, inkludera globala belysningsdetekteringsmöjligheter i realtid. 7x experiment, inklusive VLF-mottagare, magnetometrar och en Riometer (rymdväder och övre atmosfäriska observationer)
• Meteorologisk instrumentering som övervakar lokalt väder (t.ex. molntäcke) och långsiktigt klimat (meteorologi och klimat)
• 1x troposfärisk ozonmonitor (troposfärisk kemi)
• 1x halogenoxidmonitor (troposfärisk kemi)
• Datalänk som överför 1 GB vetenskap och övervakningsdata tillbaka till Cambridge per dag