Когато подводницата Титан, носеща петима туристи до останките на Титаник, се взриви на хиляди метри под повърхността на океана през юни, това подчерта защо човечеството знае повече за повърхността на някои други планети, отколкото за дълбините на океаните на Земята.
Океаните покриват повече от 70 процента от земната повърхност. И все пак този подводен свят е предизвикателно място за изследване, както показа катастрофата на Титан. Това е огромно пространство. Най-дълбоката точка под водата, Challenger Deep в Тихия океан, е дълбока 11 000 метра, повече от височината на връх Еверест.
Светлината не прониква на такава дълбочина. Все пак този малко познат свят е от решаващо значение за бъдещето на планетата. Океаните си взаимодействат силно с климата на Земята и по-доброто им разбиране би могло да предложи потенциални решения за изменението на климата. Нови животински и растителни видове също се откриват постоянно в голямата дълбочина.
Океанското дъно също е дом на акумулаторни метали като кобалт, мед и манган, които са критични за прехода на планетата към чиста енергия. И надпреварата към морските дълбини е в ход, като компаниите и страните гледат находища на ресурси на морското дъно за добив, въпреки че еколозите предупредиха за щети върху уязвимите океански екосистеми.
Правителството на Норвегия иска да отвори зона от океанското дъно, по-голяма от Германия за добив. Индия, която през август стана първата нация, приземила космически кораб близо до Южния полюс на Луната, обяви мисия, наречена Samudrayaan – морско превозно средство на санскрит – за подводница с трима души, която да пътува до дълбочина от 6000 метра до 2026 г. Китай е изграждане на ледоразбивач с подводница, която има за цел да достигне и изследва дъното на Арктика.
Твърде опасно ли е да се изследват тези дълбини? Къде стои технологията? И какво следва за подводниците?
Краткият отговор: Подводното изследване най-вероятно ще продължи, дори след провала на Титан. Въпреки това малките подводници, често без екипаж и управлявани от изкуствен интелект (AI), може да са бъдещето, използвайки нова технология за презареждане под вода и да работят месеци – дори години – наред. Преди да постигнем това обаче, все още остават някои технологични пречки.
Некартографирани дълбочини
Въпреки че десетилетията на научен и технологичен напредък са позволили на хората да изпращат изследователски мисии до далечни планети, само около 25 процента от океанското дъно на Земята са картографирани до момента.
Все пак това също представлява сериозна промяна: до 2017 г. само 6 процента от дъното на океана е било картографирано.
„И така, през последните няколко години видяхме огромно ускорение. Въпреки това има още дълъг път“, каза Джейми Макмайкъл-Филипс, директор на Seabed 2030, инициатива, която има за цел да картографира цялото морско дъно до 2030 г.
Seabed 2030 обикновено не прави това картографиране сам. Той претърсва архиви на правителства, изследователски институти и компании, които търсят карти на морското дъно, които все още не са публикувани. Освен това, той се опитва да убеди други кораби да използват своите сонарни системи, за да картографират морското дъно и да споделят тези данни с тях.
Сонарът е стара технология, изобретена за първи път през 1910 г. Той използва звукови вълни, за да определи какво има под водата и как изглежда морското дъно. С тази технология кораб на повърхността може грубо да картографира дори най-дълбоките точки на океана. Seabed 2030 превръща данни като тези в карта и ги прави публични.
„Има набор от океански процеси, които зависят от формата на океанското дъно“, каза Макмайкъл-Филипс. „Нуждаем се от тази информация, за да разберем по-добре изменението на климата и проблемите на биоразнообразието.“
Предизвикателството в процеса е, че е бавен и отнема много време. Корабите с пълен екипаж трябва да плават по света и да използват своя сонар, за да сканират океанското дъно.
„Това е бавен, бавен процес“, каза Макмайкъл-Филипс. „Промяната на играта ще бъде технология без екипаж, при която можете да управлявате плавателен съд почти 24/7, без хора на борда.“
ИИ е „бъдещето“
Ето защо изследователите на океана възлагат големи надежди на изкуствения интелект. Морски кораби, като подводници, които работят автономно сами, биха могли да отнемат голяма част от работната сила, необходима за изследване на обширните пространства на нашите океани.
„Дистанционно управлявано подводно превозно средство, управлявано от разстояние от човешки пилот, работи добре, когато трябва да инспектирате конкретен обект, като основата на офшорна вятърна турбина“, каза Хелге Ренкевиц, изследовател в германското изследване институт Фраунхофер работи върху подводна роботика. „Но ако искате да изследвате големи участъци от морското дъно, автономните превозни средства са бъдещето.“
Автономните, захранвани с изкуствен интелект подводници ще сведат до минимум рисковете за човешкия живот от дълбоководните изследвания и ще позволят по-бързо картографиране на океанските дъна. Но това, което изследователите в идеалния случай искат, е да отидат една крачка напред: да изградят подводници, които могат да изследват за неопределен период от време, като по този начин ускорят процеса на сканиране на най-дълбоките точки на планетата.
Това, според Ренкевиц, е трудно, защото дълбокото море идва с няколко инженерни предизвикателства.
Първо, това е корозивността на солената вода, която затруднява подводните апарати да оцелеят неповредени за дълго време, освен ако не са направени от високотехнологични материали като титанова стомана. След това има натиск. Колкото по-дълбоко навлизате под водата, толкова повече натиск е насочен към даден обект. Това се оказва фатално за подводницата Титан.
„На дълбочината на останките на Титаник, почти 4000 метра дълбочина, плавателен съд изпитва налягане от 5689 паунда [2580 кг] на квадратен инч“, каза Ренкевиц. Това е 400 пъти повече от средното налягане, което изпитваме на морското равнище.
След това идват предизвикателствата, пред които са изправени автономните превозни средства при навигирането на терена дълбоко под водата.
На пръв поглед самоуправляващата се кола може да използва сензори, за да се огледа и да разпознае нещата. Може също така да разчита на прецизни системи за сателитно позициониране като GPS. Автономната подводна лодка не предлага този лукс.
Поради незначителната светлина дълбоко в океана, той може да вижда само много близо до себе си. Сонарът може да му помогне да вижда по-далеч, но може да открива обекти само в много специфична посока. Освен това намирането на собствената си позиция е много трудно за подводница поради липсата на сателитни връзки под вода. Изследователите използват сложни изчисления, за да проследят къде се намира корабът, но те не винаги са точни.
„Винаги има процент грешки в тези алгоритми за оценка на позицията“, каза Ренкевиц. „И колкото по-дълго прекарвате под вода, толкова по-лоша става грешката. Само след няколко часа можете да сте на стотици метри от мястото, където смятате, че се намирате в зависимост от качеството на вашите сензори.“
Вечно изследване
Друго предизвикателство за дългосрочните потопяеми апарати е енергията. Тези кораби се нуждаят от електричество, за да работят, но под водата няма очевиден източник на енергия, който да се използва. Според Пол Кула, професор по океанско инженерство в Тексаския университет A&M, решаването на този проблем ще бъде един от ключовете за по-интензивно изследване на морските дълбини.
„Мечтата би била да имаме непрекъснато работещ автомобил, който използва възобновяема енергия, за да наблюдава океана и непрекъснато да ни информира за всякакви промени“, каза той.
Някои подводници са предприели стъпки към тази визия. Подводните планери абсорбират вода, за да ги накарат да се плъзгат надолу и я освобождават отново, за да се издигнат, като се управляват с крила. По този начин те могат да се клатят нагоре и надолу през океана с месеци. Но дори те в крайна сметка са ограничени от живота на батерията си.
За да преминете през това, има няколко опции. Въпреки че слънцето не прониква дълбоко под повърхността, автономна подводница може да изплува редовно, за да се запаси с енергия, преди да потъне отново. Но малкият размер на подводницата би ограничил количеството слънчева енергия, която може да събере, според Koola.
Плаващите зарядни станции през океана, където подводниците могат да акостират и презареждат, са друг сценарий, който изследователите обмислят. Проблемът? Това ще изисква голяма първоначална инвестиция.
„Първоначалното нарастване е много бавно“, каза Koola. „Нуждаете се от характер от типа на Илон Мъск, за да направите това и да стандартизирате конекторите за зареждане в морето.“
Друга възможност може да бъде използването на океански течения или хидротермални отвори на морското дъно, въпреки че те не винаги са налични навсякъде. Koola работи и върху система за генериране на енергия от топлинните разлики между водата на различни дълбочини. По този начин плавателен съд би могъл да се спусне и издигне във водата и да генерира необходимата енергия, за да се поддържа.
Да накараш такъв механизъм да работи в суровите условия на океана няма да е лесно. Въпреки това Koola е оптимист.
„Изглежда моментът е подходящ“, каза той. „Интересът и финансирането се увеличават, а технологиите напредват. Като се има предвид това, ако финансирахме дълбоководни изследвания, както финансираме космоса, вече щяхме да сме много по-далеч.“
Спасител на скаридите?
Как може да изглеждат тези бъдещи автономни подводници също се променя. В университета Браун екип сега разглежда как някои морски животни, като скариди и крил, могат да послужат като вдъхновение за бъдещи рояци подводни плавателни съдове.
„Искаме да разберем защо крилът и скаридите са толкова добри в маневрирането, ускоряването и спирането“, каза Сара Оливейра Педро Дос Сантос, докторант, който е част от екипа. „Това са всички качества, които искаме от една подводница за изследване на океана, но досега не знаем как тези животни се движат по този начин.“
Браун събира екип, за да направи нови подобни на скариди прототипи на потопяеми апарати, задвижвани със зъбни колела засега, но може би с помощта на макари в бъдеще. Корабът може да достигне размерите на голям омар.
„Въпреки че механизмите са прости, ние не знаем как да възпроизведем движението на тези малки животни“, каза Нилс Так, кандидат за постдокторски изследвания в университета Браун. „Това е основното предизвикателство за нас сега.“
Потопяемите апарати за скариди ще се сблъскат с някои от проблемите, с които се справят всички подводни плавателни съдове – от намирането на достатъчно енергия до комуникацията с повърхността. Тъй като тези машини са особено малки, те ще се нуждаят от дори по-малки батерии от другите подводници.
Все пак екипът на Brown се надява да намери отговори на тези въпроси през следващите пет години. И техните мечти са по-големи от този изследователски проект.
„Не сме изследвали голяма част от океана“, каза Оливейра Педро Дос Сантос. „Има толкова много, за да научим от него, ако успеем да го проучим повече.
„Все още не разбираме напълно какво може да ни предложи океанът.“
Източник: Ал Джазира