AUV сеть SmallSat

Уильям Стойчевский • 28 марта 2019

Фото: Океанский институт Шмидта

Добавление глубины: полный спектр видов на океан. Иллюстрации предоставлены профессором Канной Раджан

Изменение мира AUV: видение SmallSat NTNU включает гиперспектральное зондирование поверхности океана, визуализацию этого для наземного контроля и маршрутизации сетевых AUV. Изображение: НТНУ

В глобальной сети есть нечто большее, чем спутниковая связь, и, тем не менее, эксперты по удаленным операциям, работающие по принципу спутниковой связи, могут накопить огромный научный и технический прогресс в мире. Это то, что происходит на заднем плане - небольшая сеть лучших ученых со всего мира организует связь и робототехнику, которые дадут революционные достижения в сетевом использовании автономных подводных аппаратов, или AUV.

Если вы свяжетесь с профессором Канной Раджаном, как мы это сделали, он скажет вам, что он не самый выдающийся исследователь «дронов» в мире, хотя он запрограммировал как минимум две миссии на Марс и консультирует трансатлантическую сеть ученых по использованию АНПА и спутников. Профессор Раджан предлагает, чтобы гуру контроля AUV-сети, профессор Жоао Тассо Де Фигейреду Борхес де Соуза из Университета Порту, был непревзойденным парнем, если вы размышляете над тем, что возможно в мире AUV. Доктор Раджан связан с португальским «Порту», и его подробно цитируют (около 50 раз) в заявлении о видении, написанном норвежским университетом NTNU об их запланированном использовании малых спутников или SmallSats для управления AUV. Постдокументалисты NTNU, аспиранты и магистранты приближаются к своему дню запуска SmallSat, после чего AUV в Северном море сделают шаг к возможности передавать данные ученым на суше в течение длительных периодов времени. Как SmallSats, так и AUV будут иметь гиперспектральные камеры, способные обнаруживать химические вещества, металлы, планктон или выполнять съемочные работы.

Профессор Раджан из Калифорнии - старший научный сотрудник, известный планированием, выполнением и созданием автономных систем и робототехники в Исследовательском центре Эймса НАСА. Профессор Де Соуза возглавляет международную сеть ученых, увлеченных AUV, сродни NTNU. Оба имеют высоко развитые лаборатории AUV. Три исследовательских сообщества объединились, чтобы воплотить в жизнь длительные операции AUV, контролируемые или увеличиваемые с помощью микро- или нано-спутников - SmallSats весом 10-100 кг или 1-10 кг. Помимо командования и контроля сетевых AUVS (и других беспилотников) в массовом порядке, что является специальностью профессора Де Соуза, есть надежда, что SmallSats сделает для понимания океана и морских операций то же, что Интернет сделал для маркетинга и мгновенных знаний.

AUV контроль
«Большая часть нашей работы является совместной, и стратегически мы все (NTNU, Porto, NASA) движемся в одном направлении», - говорит д-р Раджан, добавляя: «Так что это как институциональный, так и коллективный подход». Раджан допускает переход с марсоходов «пилотировать» АНПА на море оказалось сложнее, чем ожидалось. «Инфраструктура сопровождалась задачами, связанными с командованием« Ровера »в 2004 году и космического корабля« Глубокий космос-1 »в 1999 году. Но мимолетное затруднение в том, чтобы добраться до прибрежной зоны на приемлемом судне в погодных условиях, с которыми можно работать жестко и не тривиально, это то, что большинство людей не понимают ... Так что да, и Rover, и AUV являются расширением человеческих чувств как таковых, но гораздо больше работы требуется, чтобы добраться до моря и заставить вещи работать ».

Вот почему профессор Раджан, профессор Де Соуза (с которым нам не удалось связаться) и их коллеги по NTNU с нетерпением ждут запуска SmallSats: подробные, длительные исследования океана. Этот фокус революционизирует исследования океана. В сетях этой тяжеловесной научной сети ограничения AUV хорошо известны, и исследователи от Гавайев до Гонконга подтвердят, что общаться с AUV труднее, чем с космическими зондами и их «инфраструктурой Deep Space Network для космический корабль ». Хотя« сила - это важный недостаток », проблема коммуникаций не дает этой триаде исследователей бодрствовать по ночам.

Сотрудник сети AUV: профессор Жоао Тассо де Соуза на борту судна Института океана им. Шмидта, Фалькор. Фото: Океанский институт Шмидта

Португальский исследователь
Раджан прав в отношении профессора Тассо: «Сверхдержавой в области AUV и морской робототехники является наш близкий друг и сотрудник, Жоао Тассо (Де Суза)».
Фактически, Португалия является двигателем развития и исследований AUV. Помимо проводимого раз в два года Автономного симпозиума по подводному транспортному средству IEEE OES, в стране имеются Лаборатория подводных систем и технологий Тассо, или LSTS, и исследователи INESCTEC. Профессор Де Соуза недавно возглавил экспедицию Института океана им. Шмидта на борту их исследовательского судна «Фалкор», которое исследовало фронты солености океана с использованием нескольких наземных и подводных роботов. Также известно, что он читает лекции военно-морских сил НАТО о совместных операциях АНПА.

Де Суза является пионером и продолжает работать над управлением несколькими автономными транспортными средствами одновременно. Он помог разработать коммерческое и исследовательское программное обеспечение, которое включает в себя мобильные устройства для удобного управления сетевыми AUV. Хотя в один прекрасный день приложения могут включать в себя массовое наблюдение за океаном, массовый осмотр, массовое обследование или массированную атаку, в исследовании океана участвуют AUV (и воздушные беспилотники), контактирующие друг с другом через диспетчер океана на борту судна. SmallSats может предоставить этим экспедициям собственную выделенную полосу пропускания для исследователей (пока что только NTNU).

Сетевые AUV нуждаются в программном обеспечении с открытым исходным кодом, подобном тому, которое разработано в LSTS США. Несколько AUV, обменивающихся данными через свой собственный спутник, могут со своей бортовой отсчетной нагрузкой передавать в режиме реального времени точную картину драматических изменений, происходящих в обширной океанской зоне, или они могут подтвердить, обнаруживая, отбирая образцы или фотографируя, что ощущают или видят SmallSats , Институт Шмидта ведет хронику команд профессора Де Соузы, использующих «несколько автономных транспортных средств для поиска, отслеживания и выборки различных физических, химических и биологических особенностей океана в пространственно-временных масштабах, которые ранее были невозможны только с помощью исследований на кораблях или самолетах». Учитывая их собственные спектральные камеры, SmallSats добавит еще один слой данных в реальном времени.

Во время путешествия Шмидта «бортовой ИИ», общая область интересов Раджана с профессором Де Соузой, использовалась для координации AUV, беспилотных летательных аппаратов и автономных надводных кораблей, выполняющих «сложные задачи по отбору проб». Говорят, что несколько транспортных средств «время от времени» работали в «объединенных усилиях», которые контролировались и контролировались программным обеспечением под названием Ripples и Neptus. Для этого вам понадобится выделенная полоса пропускания для ожидаемого потока данных об океане. Чтобы получить это, ваши AUV нуждаются в собственных SmallSats в космосе.

Добавление глубины: полный спектр видов на океан. Иллюстрации предоставлены профессором Канной Раджан

НАСА-качественный руководитель
Введите норвежцев. Финансирование, которое трудно понять, для некоторых, и опыт хранения и обработки огромных объемов данных (таких как результаты сейсмических исследований) являются частью вклада Норвегии в исследования AUV и AUV.

Добавьте к этому растущий факультет SmallSat, два спутника AIS и несколько «космических» нарядов, в том числе с военными связями. Несмотря на то, что исследовательская группа из всех трех «школ» - Порту, НАСА и NTNU - является крупной и международной, именно норвежцы и их приглашенный талант обеспечат космическую поддержку триады SmallSats. Есть также студенты NTNU с опытом запуска спутников, а затем есть наблюдение профессора Раджана с его совмещенным космическим и робототехническим опытом. Раджан числится сотрудником NTNU, сотрудником НАСА и сотрудником Университета Порту. Он выполнил эксперимент НАСА «Новый тысячелетий в дальнем космосе один» в 1999 году (RAX) и был главным исследователем контроллера Mars Exploration Rovers MAPGEN 2003 года для двухместных вездеходов - «самой длинной в мире системы искусственного интеллекта, которая все еще находится под командованием марсохода Opportunity на Марсе». », Согласно тексту NTNU. Он также был главным исследователем автономии в Научно-исследовательском институте аквариума Монтерея, где он спроектировал, построил и развернул встроенный автономный контроллер T-REX на базе AI на AUV, а также систему поддержки на берегу!

Экономичные связи

В то время как норвежская лаборатория AUV в NTNU готова зарегистрировать большое достижение запуска SmallSat в море, финансирование норвежцев невозможно переоценить. Финансы превосходят фонды ЕС, и это делает для AUV и океанографических исследований в Норвегии то, что Институт Шмидта сделал для исследования океанических фронтов Порту и работы других океанографических исследователей.

«Финансирование - серьезная проблема в морской робототехнике и / или науке об океане», - пишет профессор Раджан. «В США у нас есть несколько агентств и заинтересованных сторон, которые считают, что им нужно что-то делать с океаном. Это включает в себя NSF, NOAA, DARPA, ONR, которые имеют интересы, которые пересекаются и конкурируют. В Норвегии это не так, но (Исследовательский совет Норвегии) проделал хорошую работу по рационализации процесса финансирования. Не так в США. Сравните это с выходом в космос - здесь действительно одна точка входа. И это НАСА. Таким образом, процесс отправки космического корабля гораздо лучше понят, понятнее и разумнее (через Национальные академии США), чем выход в море довольно часто ».

Профессор Раджан говорит, что космические агентства также стремятся спроектировать свои машины, затрачивая «огромные суммы денег» на дублирование и надежность. Это не совсем норвежский подход SmallSats. В своем техническом описании SmallSats NTNU признает необходимость сосредоточиться на небольших выделенных спутниках с камерами и com, а не запрашивать периодическую полосу пропускания на более надежном, но дорогостоящем коммерческом спутнике. Несмотря на исследования, НТНУ знает, что государственные финансы не всегда поступают. Таким образом, они сосредоточились на программе SmallSat, которая будет стоить от 100 000 до 7 миллионов долларов США.

Деньги - это король даже для этой сети гигантов. Тем не менее, AUVs делают доступными исследования масштаба океана. Профессор Жоао Борхес де Соуза в своем кратком изложении для Института океана Шмидта написал следующее: «Нам необходимо развивать устойчивые исследования океана с беспрецедентным пространственным и временным разрешением. Сами по себе корабли не могут помочь в достижении этих уровней разрешения, масштаба и экономической целесообразности ». Возможно, он уже думал о« SmallSats », а профессор НАСА Раджан связан с Центром автономных морских операций и систем NTNU (AMOS) и Порту Лаборатория подводных систем и технологий.
Где-то между этой весной и 2020 г. норвежская пусковая установка отправит SmallSat, а затем ожидается расширение использования в сочетании с

распространение АНПА. Норвежский космический центр уже контролирует запуск спутников в Норвегии, в том числе норвежскими студентами, которые разрабатывают свои собственные микроспутники (до 1 кг). Заявленное NTNU видение - быть лидером SmallSats, начиная с гиперспектральной камеры, которую они построили, используя готовые детали и детали, которые они сами напечатали в 3D.
Помимо NTNU, почти арктического норвежского, островной космический центр готовится расширить свою программу запуска SmallSat. По сообщениям, военное подразделение Norske Nammo готовит экологически чистую микро-ракету для доставки SmallSats на заранее определенные орбиты.

Антенна и под водой: ряд AUV и воздушных беспилотников были объединены в сеть во время исследования океанских фронтов Институтом океана им. Шмидта. Фото: Океанский институт Шмидта