在冰下探索（和将您的AUV保持一身）
自塔斯马尼亚大学将ISE建造的AUV nupiri muka作为南极网关合作伙伴计划的一部分发送至南极洲以来，这一年已是2019年12月。在那里，它成功地完成了在Sørsdal冰川之下的许多勘测任务。庆祝这一成就，没有比今年将其送回胜利圈更好的方法了！
在冰雪下执行任务非常困难，自从开始向极地地区运送车辆以来，ISE在25多年的时间里积累了丰富的经验。除了最新的南极任务外，ISE的AUV还多次前往北极。值得注意的是，为加拿大的基石计划（Cornerstone）创建的ISE的两个AUV在2010年完成了1000公里的冰底勘测，由ISE建造的These修斯（Projectus）为大三角帆计划铺设了100公里的光缆。
多种因素促成这些成功的运营，在本文中，我们将讨论在极地冰下工作的固有风险以及如何缓解这些风险。
为什么在AUV任务下具有挑战性？
每次AUV下降探索未知区域时，都会有一个
照片：国际潜水艇工程有限公司可能会丢失。即使对于AUV，海洋也不是一个友好的地方。它所导航的地形仅以高分辨率部分映射。我们对火星表面的了解比对海床的了解要多。这就是说，有一些方法可以将风险降到最低。例如，表面始终有安全性。如果将AUV设计为带有紧急跌落物的轻微浮力以使其更大，则在发生紧急情况时它可以简单地漂浮到水面。 AUV还具有一套传感器，可帮助避开障碍物和海床本身，因此它可以对下方和前方的地形做出反应.AUV的位置几乎总是通过USBL跟踪知道，并且可以通过整个操作过程中的声音交流。这使飞行员可以做出重要决定，以帮助确保AUV的安全。
为什么在冰下任务具有挑战性？
在极地冰下，失败的后果要高得多。您再也没有可以返回地面的安全网了，对地形的了解越来越少，并且与AUV的联系也受到限制。每当遇到困难时，它都必须具有能够在没有人工干预的情况下自行恢复的系统。
最重要的是，USBL跟踪效果不佳。如果出问题了，您将不知道AUV在哪里，而且很可能无法恢复。您不仅损失了数百万美元的资产，而且无法找出问题所在，以便下次进行改进。
即使执行了成功的任务，恢复也不是一件确定的事情，因为nupiri muka在其南极洲旅行中发现了这种情况。每天，它必须通过充满汽车大小的漂浮冰山的水域返回戴维斯车站。
有时，如基石任务中所经历的那样，唯一进入调查地点的途径是通过冰上的小洞，该洞每天移动数公里。
这给确保任务计划正确以及AUV可以对所有情况做出适当反应施加了很大压力。
照片：国际潜水艇工程有限公司。 我们如何减轻额外的风险？
高级自治：没有表面的相对安全性，这是ISE用于保持其AUV安全的主要工具。它使AUV能够在任务计划的不同阶段做出上下文决策。有许多情况可能会中断任务并改变AUV的目标，例如，如果发生紧急情况并且需要通过最安全的路线中止任务。根据设置的参数，AUV可以确定最适合的位置。在手术初期，这可能很简单，因为可能会出现最小的障碍物，但是在冰下的未知区域中，最安全的选择可能是返回原路，而不是其他可能更短的选择。在Sørsdal冰川之下，这恰恰是nupiri muka所配备的那种自治。由于冰川是沿海的，因此在许多地方浅水可能会限制其运动，因此能够根据水深来改变其行为至关重要。
此外，如果AUV传感器之一发生故障，则可以根据故障的严重程度以多种方式做出反应：可以切换到备用传感器或返回原位。其他重要的自主功能包括监测能量水平，并确保AUV在电池耗尽之前返回家中。此外，为任务的每个部分设置地理范围和计时器，可确保AUV在完成任务的时间过长或驶离任务区域时花费时间。
强大的硬件：拥有合适的硬件是降低风险的另一种重要方法。例如，努皮里·穆卡（nupiri muka）配备了多光束避障声纳，使它不仅可以看到其前方的事物，还可以看到其下方和上方的事物。它的回避算法旨在根据障碍物的位置做出适当的反应，因为简单地上升和转弯右舷并不总是安全的选择。
为了提高导航精度，nupiri muka还配备了DVL，用于跟随海冰，以及跟随海床的一艘。如果没有此功能，它将很快失去位置精度，并且可能无法回家。车辆还具有一个向下指向的额外的声音调制解调器，以帮助在AUV靠近地表冰的情况下改善通讯。飞行员对AUV的帮助越多，成功的机会就越大。
对于基石计划，AUV通过一个每天移动数公里的冰洞进行部署。这些车辆配备了寻的系统，即使在100公里以外也可以帮助他们找到回家的路。他们还配备了可变压载系统，使他们能够在冰下停放并等待ROV将其运输到冰洞的最终距离。为了最大程度地降低发射和恢复的风险，这些AUV还配备了水下连接器以进行充电和数据下载。
所有这些硬件都必须经过实践检验，它们是成熟的设计，已经使用了多年，以确保其可靠性。甚至一个故障的系统也可能完成或中断任务。
走向成功。
如我们所见，在冰任务下有许多成功的贡献者。讨论的最多的是车辆本身，但是记住计划和经验也很重要。每次将车辆送出时，其任务计划应由具有极地经验的人员仔细审查。考虑到这一点-再加上一些鲜血，汗水，眼泪和一点运气-没有理由为什么将来不会有更多成功的极地任务。
作者
Luke Alden International Submarine Engineering Ltd.机械设计学士学位。Luke拥有10多年的工程经验。在ISE工作期间，他参与了许多设计项目，包括在AUV上集成摄像头。
Luke Alden Alex Johnson国际潜水艇工程有限公司的机械部门经理。Alex在ISE工作的12年中，管理着3000m和6000m额定的Explorer AUV建造，并设计了多个AUV系统。
亚历克斯·约翰逊
