Trent Lukaczyk lotsar FlightWave Edge UAS när det kommer in för en landning på forskningsfartyget Paragon. Upphovsman:Steve Haddock/MBARI 2017
Drönare är inte bara för amatörer, de har en ny vetenskaplig tillämpning - som indikerar förändringar under havsytan. MBARI -forskare undersöker möjligheterna att använda obemannade luftfartyg (UAV) för att följa och förbättra havsvetenskap och teknik. Antennplattformar som UAV, eller drönare, som de är mer allmänt kända, gör framsteg i vetenskapliga tillämpningar på grund av de olika fjärranalysmöjligheter de erbjuder. Dock, på grund av svåra miljöförhållanden - vatten, vind, och vågor - marina vetenskaper har varit långsammare att anta denna teknik. Lyckligtvis förändras detta, eftersom det nu finns minst två UAV -utvecklare som har bestämt sig för att möta denna utmaning och designa flygbilar för marina applikationer.
En sådan leverantör, FlightWave Aerospace Inc., grundat av luftfartsingenjör och MBARI -samarbetspartner Trent Lukaczyk, har utvecklat en UAV som kan lyfta och landa vertikalt som en helikopter och sedan flyga horisontellt som ett flygplan för upp till 100 kilometers räckvidd. Denna UAV, del av ett obemannat luftsystem (UAS) som levereras med anpassningsbara nyttolaster, kan arbeta i vindhastigheter upp till 40 knop och är till och med vattenbeständig till ett meters djup.
Intresserad av den föreslagna mångsidigheten hos detta antennesystem, MBARI Biologiska Oceanograf Francisco Chavez var nyfiken på att se om dess sensorer kunde upptäcka en uppåtgående front på havets yta från luften, och bjöd in Lukaczyk till MBARI för att testa sitt "hybrid trikopter fastvingade flygplan system, "enligt beskrivningen på FlightWaves webbplats.
Uppväxtfronter är plommon av kallt vatten som ger ett överflöd av näringsämnen från djupet till ytan. Detta, i tur och ordning, orsakar en uppsjö av biologisk aktivitet, från blommande växtplankton upp i livsmedelsbanan till valar. Ett sätt för forskare att hitta en uppåtgående front är genom att mäta den termiska infraröda strålningen/temperaturen som avges från havets yta. En dramatisk temperaturförändring kan indikera förekomsten av en front och den exakta platsen finns mellan de kallaste och varmaste områdena av ytvatten.
Denna sekvens av termiska infraröda satellitbilder av Monterey Bay visar utvecklingen av en uppåtgående front som indikeras av skillnader i havsytans temperatur. Den svarta linjen är frontens läge mellan varmt och kallt vatten. Områdena mörkblå och lila indikerar det kallaste vattnet som kommer från en frekvent uppväxtplats nordväst om viken. Denna kyla av kyla, uppvärmd vattenfrö biologisk aktivitet för Monterey Bay. Kredit:NOAA
Satelliter kan upptäcka termisk infraröd strålning, men en grumlig dag hindras deras förmåga att göra det. Ett flygfordon har fördelen av att kunna flyga under molnen. Dock, UAV:er kan fortfarande ha svårt att registrera havsytemperaturer på grund av störningar av dimma, dimma, och vattenånga. För närvarande, det bästa sättet att ta den exakta temperaturen i havet är direkt från forskningsfartyg.
Under MBARIs CANON -experiment 2017 gick Lukaczyk och hans team med MBARI -forskare för att distribuera sin UAV från forskningsfartyget Paragon för att flyga över en känd uppväxtfront. FlightWave Edge UAS var utrustad med två kameror - en termisk infraröd kamera för att registrera temperatur, och en vanlig visuell kamera för att upptäcka färgförändringar på havsytan som kan indikera växtplanktonblommor.
En flotta av långväga undervattensautonoma fordon (LRAUV) användes också under CANON-experimentet för att flyga under vattnet över fronten. Efter att LRAUV:n upptäckt frontens position, drönaren var utplacerad för att se hur dess termiska infraröda strålningsdata skulle jämföra med data från LRAUV:erna och andra ytfordon.
Denna satellitbild i äkta färg av havet utanför centrala Kaliforniens kust visar stora virvlande gröna virvlar som indikerar växtplanktonblommor. Bilden skyms något av ett disigt molntäcke. Ett obemannat antennsystem skulle kunna fånga bilder i äkta färger medan de flyger under molntaket. Upphovsman:NASA Ocean Biology Processing Group
Efter Federal Aviation Administration föreskrifter, den licensierade piloten ombord på R/V Paragon var skyldig att alltid hålla UAV i sikte. Detta innebar att när UAV:n lanserades vertikalt och började horisontellt flyga fick Paragon jaga den över havet med hastigheter på 25–30 knop för att hänga med i den snabbflygande drönaren.
Under en vecka flög UAV tio transekter vinkelrätt mot en ihållande uppåtgående front för att se om dess sensorer kunde upptäcka skillnader i vattenfärg och temperatur på båda sidor av fronten. Flyger 50 till 100 meter över havet, UAV förblev säkert ovanför alla fartyg i havet, men fortfarande under molntaket.
Resultaten från CANON -experimentet var tillräckligt lovande för MBARI -forskare att överväga att använda UAV i efterföljande experiment. Att ha förmågan att autonomt studera och samla in data från både under och ovanför havets yta skulle förbättra och avrunda MBARIs oceanografiska forskningskapacitet.
Ombord på forskningsfartyget Paragon, Trent Lukaczyk (nere till höger) tittar upp på sin återvändande FlightWave Edge UAV. Upphovsman:Steve Haddock/MBARI 2017
Förutom FlightWave, MBARI -forskare undersöker också andra UAV -utvecklingsföretag, inklusive en vars drönare inte bara är avsedd att lyfta från och landa på ett fartyg i rörelse till sjöss, men kan spåra det rörliga fartyget när det slår och rullar på det ständigt rörliga havet. Nu när marinvetenskapen uppmärksammas av UAV -designföretag, det kommer förmodligen att finnas fler möjligheter för MBARI -forskare att ta sin havsvetenskap och teknik i luften.
