Annons

Dags för en virtuell kolonisation

Nu installeras eluttag och bredbandskontakter i djuphavet.

Avancerade material, framsynta robotar, höga kostnader och några fåbemannade expeditioner. Utforskningen av djuphaven har mycketgemensamt med erövringen av rymden. Men medan rymden fortfarandetycks livlös är djuphavet fyllt av liv. I det evigt mörka havet påflera tusen meters djup finns miljontals arter som väntar på att bliupptäckta. Dessutom är de nära. Medan rymden kräver tonvis medraketbränsle för en expedition, ligger djuphavet inte långt frånstrandkanten.

Rymdresorna blickar bakåt

De mest uppmärksammade expeditionerna i rymden och i djuphavet ägderum på 1960-talet. Apollo landade på månen, och Trieste steg ner iChallengerdjupet, den lägsta platsen på jorden, belägen på drygt 11000 meters djup i Marianergraven öster om Filippinerna. Därefter togrobotarna över de spektakulära upptäcktsresorna. Robotar körde rallypå Mars, och en fjärrstyrd kamera upptäckte Titanic.Medan USA nu återigen satsar stora resurser på att flyga en människatill månen och Mars, finns inget motsvarande projekt för djuphavet.Här kommer i stället alltmer teknik och pengar från olje- ochgasindustrin och från gruvnäringen som vill börja bryta mineraler vidslocknade varma källor.

Djuphavsforskningen är på väg bort från de unika upptäcktsresornastid, till en era av virtuell kolonisation. En aktuell drivkraft idenna utveckling är klimatforskningen. Viktiga ledtrådar till hurklimatet fungerar finns i djuphavet, och de är kopplade tillgeologiska aktiviteter, havsströmmar och livet i det eviga mörkret.Det krävs tidsserier och mätningar på plats när det plötsligt händernågot extraordinärt: en jordbävning, en plötslig förändring ivattentemperaturen eller en algblomning.

Kontakt på 900 meter

En unik undervattenskabel rullas just nu ut i Monterey Bay iKalifornien. Projektet heter passande nog Mars, Monterey AcceleratedResearch System. I slutet på den fem mil långa kabeln placerasvärldens första universella kontakt på 900 meters djup. Kontaktenkommer att ha anslutningar för data och el. Här skaundervattensfarkoster kunna docka för att ladda sina batterier,överföra insamlade data och få nya instruktioner. Här kanvetenskapliga instrument kopplas in. Kontakten är förberedd förförlängningssladdar så att instrument också ska kunna placeras flerakilometer bort.

- Forskare på land är vana vid att kunna gå till labbet och göraexperiment när de behöver, nu kommer vi för första gången att kunnage den möjligheten också till biologer som forskar på djuphavet,säger James Bellingham, chefsingenjör vid Monterey Bay AquariumResearch Institute vid Moss Landing, strax söder om San Francisco.Att kabeln läggs i just Monterey Bay är ingen tillfällighet. Här ärnämligen djuphavet ovanligt nära. Det finns ingen kontinentalsockel,och bara några kilometer utanför kusten är vattnet flera tusen meterdjupt. Det betyder att expeditioner till unika djuphavsmiljöer kangöras över dagen och att den undervattenskabel som läggs ut snabbthamnar på mycket djupt vatten. Därför är den också extra billig somprototyp till framtida nät. Det går snabbt att åka ut och justeraeller reparera.

Hundratals farkoster

Runt om i världen planeras liknande djuphavskablar. Tillsammans medrobotfarkoster och sensorer ska de sedan styras från land ochregelbundet samla data, som ett slags virtuelltdjuphavsobservatorium. Likheterna med astronomernas virtuellaobservatorier är stor (se Gridd och Kluster tacklar terabyten, F&F4/05): forskarna sammanställer i sina datorer observationer frånflera olika slags källor.

Men hur hanterar man de gigantiska datamängderna, och hur sammanförman uppgifter från så olika källor som fartyg, satelliter, bojar,släpade ekolod, självgående undervattensfarkoster och fastainstallationer? En del mätningar är exakta, andra inte. Ett virtuelltobservatorium måste hantera osäkerhet av olika slag och ändå geforskarna möjlighet att finna samband mellan helt olika typer avobservationer.

Vid Monterey Bay Research Institute experimenterar man redan i dagmed att samla data från samtliga expeditioner som genomförs och göradem tillgängliga för forskare över hela världen via en och sammasökmotor på webben. Om en forskare letar efter uppgifter om förhöjdsalthalt i vattnet och vill se hur denna förhåller sig till mängdensjögurkor, går det nu att ta reda på vilka olika källor somtillsammans kan ge svaret. Samtidigt pågår arbete med att manuelltsätta ut namn på alla arter som underfarkosternas kameror har filmat. När arten inte kan bestämmas skickar man ut en förfråganvia internet.

- Förhoppningen är att forskare på andra ställen i världen ska hittasaker vi inte tänkt på att söka efter, säger James Bellingham.Om forskare i dag ska genomföra långtidsstudier placerar de ut ettinstrument och kommer sedan tillbaka ett år senare och hämtar uppdet. Med en kabel på bottnen kan de löpande följa utvecklingen hemmavid datorn. Om det dessutom finns en undervattensfarkost i närhetenkan den ges nya order om det händer något som kräver extra mätningar.

Gula torpeder

De flesta självgående undervattensfarkoster (AUV - autonomousunderwater vehicle) ser ut som gula torpeder. Men det finns ocksåmärkliga undantag, som Jaguar och Puma. Dessa djuphavskatter består istället av två sammankopplade torpeder, likt katamaraner, fast påhöjden, och med propellrar på tvärbalkarna.

De två håller just på att byggas vid Woods Hole OceanographicInstitution, 13 mil söder om Boston i USA. De är speciellt anpassadeför svåråtkomliga miljöer, som djupen under den arktiska isen. Pumaska göra kartläggningar med sofistikerade ekolod och lasermätare,medan Jaguar har en arm som kan ta prover och en bra kamera som filmarprovtagningsplatsen på ett sätt som annars bara mer avanceradefjärrstyrda farkoster kan.

De farkoster som ska dyka riktigt djupt - som den självgåendefarkosten Remus 6000 som kan gå ner på6 000 meters djup - är betydligt tjockare än farkosterna som går pågrundare vatten. Knubbigheten kommer av att de måste ha flytkropparsom klarar det höga trycket och ändå ger flytkraft. Remus 6000 drasner till flera tusen meters djup med hjälp av en järntyngd. Närfarkosten är på det djup där den ska utföra sitt uppdrag, släpper dentyngden. När sedan farkosten är färdig släpper den ytterligare entyngd och kan därmed av egen flytkraft ta sig upp till ytan.

Ett uppdrag för Remus kan vara i upp till 20 timmar, beroende på djupoch utrustning. Det kan handla om att kartlägga bottentopografin ellervariationer i vattensammansättningen över ett större område.Farkosten har en i förväg inprogrammerad färdväg. Antingen orienterarden sig helt själv med hjälp av död räkning och ekolod, eller såsimmar den fram och åter mellan utplacerade märken. Efter att Remustagit sig upp till ytan och bärgats tar det 8 timmar att laddabatterierna för nästa uppdrag.

Dockning i djuphavet

En poäng med de el- och datakontakter som nu installeras påhavsbottnen vid Monterey Bay är att Remus och andra farkoster skakunna docka nere i djupet och inte behöva slösa med järnvikter ochtid för upp- och nedstigning.Än så länge övar man med dockning på grundare vatten och med slankareversioner av Remus.

- Vi har lyckats i 100 procent av försöken, berättar Ben Allen,ingenjör vid Woods Hole Oceanographic Institution.Han visar en film av hur roboten, trots strömmar, grumligt vatten ochmissvisande ekon från bottnen, gång på gång hittar fram till sindockningsstation. Farkosten använder ekolod och styr mot enljudsignal från dockningsstationen som hörs på upp till tvåkilometers håll.

Kilometervis med kabel

Förutsättningarna för de fjärrstyrda farkosterna (ROV - remotelyoperated vehicle) är helt annorlunda. De har inga problem medelförsörjning eller överföring av data eftersom de hela tiden harkontakt via kablar med ett forskningsfartyg på havsytan.

Medan den självgående undervattensfarkosten är vackertströmlinjeformad ser den fjärrstyrda farkosten ut som en kubisksladdhärva. En fjärrstyrd farkost ska sällan tillryggalägga storaavstånd, utan går oftast till en förutbestämd plats där den tillexempel filmar, plockar upp prover eller placerar ut utrustning. Medstarka lampor lyser den upp den becksvarta djuphavsmiljön, synlig förpiloten via kameror som i direktsändning förmedlar vad som finnsframför farkosten. Flera propellrar driver farkosten, och robotarmarkan utföra arbete i djuphavet. Under farkosten finns en utdragbar lådamed plats för de prover som robotarmarna plockar upp. Är det bråttomatt få upp proverna kan man också ordna med en hiss upp till ytan.Eftersom elström och dataöverföring inte är någon flaskhals låter mande fjärrstyrda farkosterna vara i gång dygnet runt. Här blir istället personalen den trånga sektorn.

- Det krävdes åtta ingenjörer ombord bara för att hålla ordning påfarkosten Jason, berättar Anders Warén, förste intendent vidNaturhistoriska riksmuseet, från sin senaste expedition med enfjärrstyrd farkost. Nu i maj åker han på sin nästa forskningsresa, dåassisterad av den fjärrstyrda farkosten Tiburon.

Medan en självgående farkost fungerar bra för att kartlägga och mäta,måste det till en fjärrstyrd farkost för att ta prover, utföraservice och ställa ut eller hämta hem utrustning. Det är vanligt attman först karterar ett område med självgående farkoster och sedanundersöker utvalda områden närmare med fjärrstyrda.

Om något fynd är alldeles extra intressant, som den sjunkna Titaniceller den första heta källan (se artikeln Det våras på djupet), plockar manfram en bemannad farkost.

Japanskt rekord

Det finns just nu fem bemannade farkoster i världen som kan gå nertill över 4 000 meters djup. Det är rekordhållaren japanska Shinkai6500 (max 6 500 meter), franska Nautile (6 000 meter), ryska Mir Ioch II (6 000 meter) och amerikanska pionjären Alvin (4 500 meter).Bortsett från att Alvin är en betydligt äldre konstruktion - byggd på1960-talet, övriga är från 1980-talet - är de fem mycket likavarandra. De tar tre personer och dyker i omkring nio timmar. Alvinklarar sig med en pilot och har plats för två forskare, medan övrigadyker med två piloter och en forskare. Alvin tar sig ner på djupetmed hjälp av vikter, likt den självgående Remus ovan, de övrigautnyttjar pumpar och ballasttankar för att sjunka och stiga.

Väl på plats i djuphavet klarar de bemannade farkosterna ungefärsamma uppdrag som de fjärrstyrda, med den stora skillnaden att denforskare som vill ta prover eller fotografera ett fenomen faktiskt ärpå plats. Dudley Foster, som är en erfaren Alvinpilot och ingenjör,berättar att flera erfarna piloter av fjärrstyrda farkoster blivitförvånade när de för första gången fått följa med Alvin ner idjuphavet. Det är inte ovanligt att de spontant utbrister: "Jagförstod aldrig att det ser ut så här."

Men även Alvin har sina begränsningar. Även om varenda skruv ochmutter har bytts ut under årens lopp, är det ett gammalt koncept.Snart ska efterföljaren börja byggas. Förbättringarna är små menkommer framför allt att ge den nya farkosten möjlighet att stiga nerpå samma djup som de övriga fyra bemannade undervattensfarkosterna.Det blir också något bekvämare ombord och bättre placerade titthål.Men det är knappast något gigantiskt kliv framåt.

Nej, den mest extrema tekniken finns hos de obemannade farkosterna.Till exempel den märkliga hybrid som just nu växer fram i Woods Hole.Här samsas rymdindustrins keramer med millimetertunn fiberoptik ochavancerade styrprogram.

En extrem hybrid

Hybriden som man just nu bygger, kallad HROV, är tänkt att kombineradet bästa från fjärrstyrda och självgående farkoster. Och detdessutom i en form som kan klara de allra största djupen: ner till 11000 meter. Med några enkla handgrepp ska den kunna växla mellan attvara självgående och fjärrstyrd.

Men riktigt som fjärrstyrda Jason och Tiburon blir den ändå inte. Föräven när den styrs via tråd ska den gå på egna batterier. Bara entunn fiberoptisk kabel ska förmedla data till piloten på ytan ochsända styrsignaler åter till farkosten. Tråden kan rullas ut flerakilometer.

Andy Bowen, en av ingenjörerna som arbetar med den nya hybriden,håller upp den enkla tråden i nypan. Att en så bräckligkabel inte omedelbart kommer att brista i djuphavets ogästvänligamiljö verkar ofattbart för en lekman. Men Andy Bowen försäkrar:

- Det är lugnt där nere. Tekniken är väl beprövad. Den används redani dag, bland annat för att styra torpeder.

I stället talar Andy Bowen om utmaningen att bygga en farkost somklarar extrem miljö utan att vara extremt dyr. Det finns enligt honomavskräckande exempel, som japanernas farkost Kaiko. Den byggdes förde största djupen, och år 1995 slog den rekord och tog prover frånhavsbottnen i Challengerdjupet. Men priset var högt, drygt 100miljoner kronor, och resurserna som krävdes för att hålla den i gångvar enligt Andy Bowen "imponerande".

Kaiko förlorades i en storm 2003, och efter det finns det ingafarkoster som kan gå djupare än 7 000 meter. Ingen tycks heller viljabetala för att bygga en efterföljare.

- Djupare än 6 000 meter är det bara i 2 procent av världshaven, sådet vore oansvarigt att bygga en farkost som var avsedd enbart fördet. I stället blir det fjärrstyrda hybridfarkoster.

Inte titan

Stora delar av hybridfarkosten som nu byggs vid Woods Hole utförs ien ny keram i stället för i titan, som är ett vanligt material idjuphavsfarkoster. Keramen är lika stark men betydligt lättare,faktiskt så lätt att den ger flytkraft. Lättare farkost ger mindretröghet, vilket betyder att man kan använda mindre batterier, vilketytterligare minskar vikten.

- Nackdelen med keramen, erkänner Andy Bowen villigt, är attmaterialet är sprödare än titanet.

Ytterligare en förbättring i den nya farkosten är att man ska användalysdioder som strålkastare. Det betyder att man kan spara vikt bådepå själva strålkastarna och på batterierna. En lysdiod drar mindreström och kan dessutom tändas och släckas extremt kvickt. Medan envanlig strålkastare är tänd och drar ström kontinuerligt, blinkarlysdioderna till för varje bildruta som tas med filmkameran.

Trots bottenkablarna som ska göra djuphavsforskningen merrutinmässig, slutar det ändå med en fantastisk rymdskeppsliknandefarkost - likt Nasas senaste skapelser dessutom en budgetvariant -som ska ta sig till de mest svåråtkomliga platserna.

Du har just läst en artikel från tidskriften Forskning & Framsteg. Prenumerera här.

Kommentera:

Dela artikeln:

TIDNINGEN FÖR DIG SOM ÄR NYFIKEN PÅ ALLVAR
11 nummer 779 kr
2 nummer 99 kr
Du vet väl att du kan läsa Forskning & Framsteg i din läsplatta? Ladda ned appen från App Store eller Google Play. (Läsplatteutgåvan ingår i alla prenumerationer.)

Lägg till kommentar