Una red AUV de SmallSat

William Stoichevski • 28 marzo 2019

Foto: Schmidt Ocean Institute

Adición de profundidad: la gama completa de vistas al océano. Ilustraciones cortesía de la profesora Kanna Rajan.

Mundo AUV cambiante: la visión SmallSat de NTNU incluye la detección hiperespectral de la superficie del océano, la visualización de esto para el control de tierra y el enrutamiento de los AUV conectados en red. Imagen: NTNU

Hay más en una red global que enlaces satelitales y, sin embargo, los expertos en operaciones remotas vinculados por satélite pueden acumular enormes ganancias científicas y tecnológicas en el mundo. Eso es lo que está sucediendo en el fondo: una pequeña red de los mejores científicos de todo el mundo está orquestando las comunicaciones y la robótica que proporcionarán logros innovadores en el uso en red de vehículos submarinos autónomos, o AUV.

Si se comunica con la profesora Kanna Rajan, como lo hicimos, él le dirá que no es el investigador de "aviones no tripulados" más importantes del mundo; sin embargo, programó al menos dos misiones a Marte y asesora a una red transatlántica de científicos sobre el uso de AUV y satélites. El profesor Rajan sugiere que el maestro de control de la red de AUV, el profesor João Tasso De Figueiredo Borges De Sousa de la Universidad de Oporto, es el hombre de referencia si está contemplando lo que es posible en el mundo de los AUV. El Dr. Rajan está afiliado a Oporto en Portugal, y es citado en forma extensa (unas 50 veces) en una declaración de visión escrita por la universidad noruega NTNU sobre su uso planeado de satélites pequeños, o SmallSats, para controlar los AUV. Los postdoctorales, doctores en doctorado y maestros de NTNU se acercan a su día de lanzamiento de SmallSat, después de lo cual los AUV del Mar del Norte darán un paso hacia la posibilidad de transmitir datos a los científicos en tierra durante largos períodos. Tanto SmallSats como AUV tendrán cámaras hiperespectrales capaces de detectar sustancias químicas, metales, plancton o realizar trabajos de inspección.

El Prof. Rajan, con sede en California, es un científico de renombre conocido por planificar, ejecutar y crear sistemas autónomos y robótica en el Centro de Investigación Ames de la NASA. El Prof. De Sousa lidera una red internacional de científicos entusiastas de la AUV, similar a la NTNU. Ambos tienen laboratorios AUV altamente evolucionados. Las tres comunidades de investigación se han combinado para realizar operaciones AUV duraderas controladas o aumentadas por satélites Micro o Nano: SmallSats de 10-100 kilogramos o 1-10 kg, una realidad. Además del comando y control de AUVS en red (y otros drones) en masa, que es la especialidad del Prof. De Sousa, se espera que SmallSats haga por la comprensión de los océanos y las operaciones marítimas lo que Internet hizo por marketing y conocimiento instantáneo.

Control de AUV
"La mayor parte de nuestro trabajo es conjunto, y estratégicamente todos (NTNU, Oporto, NASA) se están moviendo en la misma dirección", dice el Dr. Rajan, y agrega: "Esto es tanto institucional como colectivo". Rajan admite el cambio de los rovers de Marte “Pilotar” los AUV en el mar fue más difícil de lo esperado. “La infraestructura vino con las tareas asociadas con comandar el Rover en 2004 y la nave espacial Deep Space 1 en 1999. Pero lo esencial es llegar a una zona costera en un barco razonable en un clima que puede ser duro y no trivial para trabajar, es algo que la mayoría de la gente no comprende ... Entonces, sí, tanto el Rover como el AUV son una extensión de los sentidos humanos per se, pero hay mucho más trabajo involucrado en llegar al mar y hacer que las cosas funcionen ".

Es por eso que el Prof. Rajan, el Prof. De Sousa (a quienes no contactamos) y sus colegas de NTNU están tan ansiosos por lanzar SmallSats: exámenes oceánicos detallados y de larga data. Ese enfoque revolucionará la investigación oceánica. En las redes de esta red científica de peso pesado, se conocen las limitaciones de los AUV, y los investigadores de Hawai a Hong Kong darán fe de que es más difícil comunicarse con los AUV que con las sondas espaciales y su "infraestructura de Deep Space Network for nave espacial ". Si bien" el poder es un defecto importante ", también, es el problema de las comunicaciones lo que mantiene a esta tríada de investigadores despierta por las noches.

Networker de AUV: el profesor Joao Tasso de Sousa a bordo del buque Schmidt Ocean Institute, Falkor. Foto: Schmidt Ocean Institute

Explorador portugués
Rajan tiene razón sobre el Prof. Tasso: "La superpotencia en AUV y robótica marina es nuestro amigo cercano y colaborador, Joao Tasso (De Sousa)".
De hecho, Portugal es una potencia del desarrollo e investigación de AUV. Además de ser sede del Simposio Autónomo de Vehículos Subacuáticos IEEE OES, el país cuenta con el Laboratorio de Tecnología y Sistemas Submarinos de Tasso, o LSTS, y los investigadores del INESCTEC. El profesor De Sousa dirigió recientemente una expedición del Schmidt Ocean Institute a bordo de su embarcación de investigación Falkor que exploró los frentes de salinidad del océano utilizando múltiples robots de área y submarinos. También se le conoce por dar conferencias a las armadas de la OTAN en operaciones combinadas de AUV.

De Sousa es un pionero y continúa trabajando en el manejo de múltiples vehículos autónomos simultáneamente. Ha ayudado a desarrollar un software comercial e investigador que incorpora dispositivos móviles para un fácil control de los AUV en red. Si bien las aplicaciones podrían algún día incluir vigilancia oceánica masiva, inspección masiva, reconocimiento masivo o ataque masivo, el estudio oceánico involucró AUV (y drones aéreos) en contacto entre sí a través de un controlador oceánico basado en buques. SmallSats podría proporcionar estas expediciones con el ancho de banda dedicado de los propios investigadores (se entiende que solo es NTNU, por ahora).

Los AUV de redes necesitan un software de control de código abierto como el desarrollado por la UTS de Porto de LSTS. Varios AUV que se comunican a través de su propio satélite pueden, con sus cargas útiles de rastreo a bordo, transmitir en tiempo real una imagen precisa de los dramáticos cambios que se están desarrollando en una vasta área oceánica: o pueden confirmar detectando, muestreando o fotografiando lo que SmallSats siente o ve . El Instituto Schmidt realizó una crónica de los equipos del Prof. De Sousa que desplegaron "varios vehículos autónomos para encontrar, rastrear y muestrear varias características físicas, químicas y biológicas del océano, en escalas de tiempo y espacio que antes no eran posibles solo con estudios de barcos o aeronaves". Dadas sus propias cámaras espectrales, los SmallSats luego agregarían otra capa de datos en tiempo real.

Durante el viaje de Schmidt, "a bordo de la IA", el área de interés compartido de Rajan con el Prof. De Sousa, se usó para coordinar AUV, vehículos aéreos no tripulados y buques de superficie autónomos que realizan "complejas tareas de muestreo". Se dijo que varios vehículos "a veces" trabajaron en "esfuerzo combinado", monitoreados y controlados por el software denominado Ripples and Neptus. Para hacer eso a largo plazo, necesita un ancho de banda dedicado para el torrente esperado de datos del océano. Para conseguir eso, sus AUV necesitan sus propios SmallSats en el espacio.

Adición de profundidad: la gama completa de vistas al océano. Ilustraciones cortesía de la profesora Kanna Rajan.

Supervisor de calidad de la NASA
Entra en los noruegos. La financiación es difícil de comprender, para algunos, y la experiencia de almacenar y procesar grandes volúmenes de datos (como los resultados de estudios sísmicos) son parte de la contribución de Noruega a la investigación basada en AUV y AUV.

Agregue a eso una facultad creciente de SmallSat, dos satélites AIS y un puñado de trajes "espaciales", incluidos algunos con vínculos militares. Si bien el investigador de las tres "escuelas" (Oporto, NASA y NTNU) es grande e internacional, son los noruegos y su talento invitado los que proporcionarán el impulso del lado espacial de la tríada SmallSats. También hay estudiantes de NTNU con experiencia de lanzamiento satelital, y luego está la supervisión del Profesor Rajan con su experiencia combinada de espacio y robótica. Rajan está catalogado como empleado de NTNU, empleado de la NASA y asociado de la U. de Porto. Ejecutó el Experimento de Agentes Remotos New Millennium Deep Space One (RAX) de 1999 de la NASA y fue el investigador principal del controlador MAPGEN de los exploradores Mars Exploration Rovers 2003 para los rovers gemelos: “el sistema de IA más antiguo del mundo y aún está al mando del roedor Opportunity en Marte ”, Según un texto de NTNU. También fue investigador principal de autonomía en el Monterey Aquarium Research Institute, donde diseñó, construyó y desplegó el controlador autónomo T-REX integrado en la IA en AUV, ¡además de un sistema de soporte en tierra!

Comunicaciones rentables

Si bien el laboratorio noruego de AUV en NTNU está preparado para registrar el gran logro de un lanzamiento de SmallSat en el mar, la financiación de los noruegos no puede ser exagerada. La financiación supera a los fondos de la UE, y hace para AUV y la investigación oceanográfica en Noruega lo que hizo el Instituto Schmidt para el estudio de los frentes oceánicos de Oporto y el trabajo de otros investigadores oceanográficos.

"La financiación es un problema serio en la robótica marina y / o la ciencia oceánica", escribe el Prof. Rajan. “En los EE. UU., Tenemos varias agencias y partes interesadas que creen que deben hacer algo con respecto al océano. Esto incluye NSF, NOAA, DARPA, ONR, todos los cuales tienen intereses que se entrecruzan y compiten. En Noruega, esto no lo es tanto, pero (el Consejo de Investigación de Noruega) ha hecho un buen trabajo en la racionalización del proceso de financiación. No es así en los Estados Unidos. Contrasta esto con ir al espacio: realmente hay un punto de entrada. Y eso es la NASA. Así que el proceso de envío de una nave espacial es mucho mejor comprendido, más claro y más razonable (a través de las Academias Nacionales de los Estados Unidos) que ir al mar, con bastante frecuencia ".

El profesor Rajan dice que las agencias espaciales también tienden a manipular el infierno de sus vehículos mientras gastan "enormes sumas de dinero" en la duplicación y la solidez. Ese no es el enfoque de SmallSats en Noruega. En su documento técnico SmallSats, NTNU reconoce la necesidad de centrarse en satélites dedicados pequeños con cámaras y comunicaciones en lugar de solicitar un ancho de banda periódico en un satélite comercial más robusto pero costoso. Sin embargo, para la investigación, NTNU sabe que las finanzas del estado no siempre están disponibles. Entonces, se han centrado en un programa SmallSat que costará entre USD 100,000 y USD 7 millones.

El efectivo es el rey, incluso para esta red de gigantes. Sin embargo, los AUV hacen que la investigación oceánica de escala sea asequible. En un resumen de la misión para el Schmidt Ocean Institute, el profesor Joao Borges de Sousa escribió lo siguiente: “Necesitamos desarrollar estudios oceánicos sostenidos con una resolución espacial y temporal sin precedentes. Los barcos solos no pueden ayudar a alcanzar estos niveles de resolución, escala y viabilidad económica ". Es posible que ya haya estado pensando en" SmallSats ", y el Prof. Rajan de la NASA está afiliado al Centro de Operaciones y Sistemas Marinos Autónomos (AMOS) de NTNU y al Puerto de Porto. Laboratorio de Sistemas y Tecnología Subacuática.
En algún momento entre esta primavera y 2020, un lanzador noruego enviará un SmallSat, y luego se espera que el uso se expanda junto con

La proliferación de AUVs. Un Centro Espacial Noruego ya supervisa los lanzamientos de satélites en Noruega, incluidos los de estudiantes noruegos que diseñan sus propios microsatélites (menos de 1 kg). La visión declarada de NTNU es ser un líder de SmallSats, comenzando con la cámara hiperespectral que construyeron utilizando piezas listas para usar y piezas que ellos mismos imprimieron en 3D.
Además de NTNU, el centro espacial de la isla de Noruega, cerca del ártico, se está preparando para expandir su programa de lanzamiento SmallSat. El equipo de defensa, Norske Nammo, está preparando un micro cohete ecológico para llevar a SmallSats a órbitas predefinidas.

Aéreo y bajo el agua: una serie de AUV y drones aéreos se conectaron en red durante una encuesta de los frentes oceánicos del Instituto Schmidt Ocean. Foto: Schmidt Ocean Institute