AD2CP-Glider

Unterwassergleiter bieten hervorragende Gelegenheiten genauer Strömungsmessungen in Ozeanen. Auf- und absteigende Kurse mit Profilen bis in Tiefen von 1000 m und Längen von hunderten von Kilometern liefern Daten mit hoher horizontaler und vertikaler Auflösung. Die Verwendung des Nortek-AD2CP-Glider bietet zusätzlich zu vorhandener Sensorik wesentlich erweiterte Interpretationsmöglichkeiten. Weiter unterstützen die erfassten Geschwindigkeiten die Korrektur mittels Koppelnavigation erhaltener Positionierungen und verbessern Gleiternavigation und Ortsbestimmung. Die Nutzung initialer Positionen an der Oberfläche mittels GPS und die gemessene Geschwindigkeit ermöglichen bei Integration der Geschwindigkeitsaufzeichnungen die Verortung während der gesamten Gleiterfahrt.

Nortek begann 2005 die Zusammenarbeit mit Forschern und Entwicklern zu spezialisierten Doppler-Strömungsprofilern und angepasster Datenprozessierung für gleiterbasierte Strömungsmessungen und entwickelte nach langen Testreihen die AD2CP-Glider-Plattform mit Broadband-Signalverarbeitung.

Abb. 1: SEAEXPLORER- Unterwassergleiter von Alseamar

Eine intensive Zusammenarbeit ergab sich mit dem französischen Meerestechnikunternehmen Alseamar für die Kombination eines ADCP mit seinem SEAEXPLORER-Gleiter. Alseamar stellt Hightech-Ausrüstung für die Schifffahrt und U-Boote her sowie Gleiter und UUVs - unbemannte Unterwasserfahrzeuge - mit langer Einsatzdauer.

Der SEAEXPLORER-Gleiter (Abb. 1) wird - ausgestattet mit einer speziell angepassten 1-MHz-OEM-Version (Original Equipment Manufacturer) eines Nortek ADCP (Abb. 2) - und einer großen Auswahl von Instrumenten sowohl von Alseamar als auch von Kunden weltweit eingesetzt. Er ist ein variables autonomes Fahrzeug, das für wissenschaftliche Untersuchungen, für militärische Einsätze und für kommerzielle Unterwasseroperationen wie die Öl- und Gasexploration geeignet ist.

Abb 2: In den SEAEXPLORER integrierter AD2CP-Glider

Die Geometrie der vier voneinander abgewinkelten ADCP-Schwinger ermöglicht dem Instrument auf seiner abgewinkelten Flugbahn mehr von der Wassersäule zu erfassen, als wenn alle Schwinger in dieselbe Richtung ausgerichtet wären. Damit können sowohl beim Auftauchen als auch beim Abtauchen Strömungsprofilmessungen durchgeführt werden (Abbildung rechts).

Wenn die Nase des Gleiters während der Abstiegsphase nach unten geneigt wird, bildet der vordere Schwinger zusammen mit dem rechten und dem linken Schwinger ein symmetrisches Dreistrahlsystem. In ähnlicher Weise bilden der hintere zusammen mit dem rechten und dem linken Schwinger ein symmetrisches Dreistrahlsystem, wenn der Gleiter aufsteigt.

Abb 3: Ab- und Aufstieg des SEAEXPLORER mit AD2CP-Glider

Die Abbildungen 4 und 5 stellen Ergebnisse einer Kooperation von SHOM und CNRS (Universität Perpignan) aus dem MELANGE-Projekt (ASTRID MATURATION) dar. Dabei wurden mit dem AD2CP die Gezeitenströmungen im Tiefenprofil des Atlantiks vor Nordwest-Frankreich detailliert gemessen (Abb. 4) und im gleichen Einsatz parallel Backscatter-Daten (Signalamplitude des AD2CP) sowie optisch die Trübung mit dem FLBBCD von Sea-Bird erfasst. Abbildung 5 veranschaulicht die große Übereinstimmung, was die hohe Qualität sowohl des AD2CP von Nortek als auch der Datenverarbeitung von Alseamar belegt.


Abb. 4: Gezeitenströmung im Atlantik vor der Bretagne. Ergebnis einer mehrtägigen Messung mit SEAEXPLORER und AD2CP-Glider.	Abb. 5: Vergleich von Backscatter-Daten des AD2CP (oben) mit optischen Trübungsmessungen (FLBBCD) während Gezeitenströmungsmessung.

Nortek kooperiert seit Langem mit Herstellern von Gleitern, was zu verschiedenen Integrationslösungen geführt hat. Eine Zusammenarbeit mit iRobot (später Kongsberg) wurde publiziert.


Abb. 6: Integration in Seaglider	Abb. 7: Lösung für Spray Glider	Abb. 8: Test mit Slocum Glider

Alseamar entwickelt und produziert Hightech-Ausrüstung für die Schifffahrt und für U-Boote sowie unbemannte Oberflächen- und Unterwasserfahrzeuge für lange Einsatzzeiten.

Der Unterwassergleiter SEAEXPLORER wird mit einer großen Auswahl optionaler Instrumente und Sensoren, u.a. dem AD2CP Glider von Nortek, weltweit für wissenschaftliche Untersuchungen, für militärische Einsätze und für kommerzielle Unterwasseroperationen bei Öl- und Gaserkundungen eingesetzt.

Der SEAEXPLORER ist eine leistungsstarke autonome Plattform für die dauerhafte Überwachung und Erforschung der Ozeane. Er liefert quasi in Echtzeit Datenprofile der Wassersäule in großem Maßstab. Angetrieben durch Auftriebsveränderungen gleitet das Fahrzeug lautlos auf und ab und erfasst je nach Sensorkonfiguration physikalische, chemische, biologische und/oder akustische Daten. Das benutzerfreundliche Softwarepaket ermöglicht eine gloable ortsunabhängige und ständige Überwachung und Kontrolle. Der SEAEXPLORER taucht regelmäßig auf um GPS-Positionen und aufgezeichnete Daten an Land zu senden und neue Befehle über Iridium-Telemetrie zu empfangen und ist damit eine äußerst kostengünstige Lösung zur Datenerfassung. Während seiner Mission wird an der Oberfläche kein Begleitfahrzeug benötigt, weshalb Unabhängigkeit von Schiffen mit hohen täglichen Kosten besteht. Der SEAEXPLORER ist einfach zu bedienen und wurde sowohl für Einsätze in flachen Gewässern als auch in der Tiefsee entwickelt.

Abb. 9: SEAEXPLORER- Unterwassergleiter von Alseamar

Wiederaufladbare Batterien: Erhebliche Einsparungen an Kosten und logistischem Aufwand sowie schneller Austausch.
Payloads: Große und modulare Abschnitte (9 L / 8 kg). Keine Öffnung und Neuballastierung des Fahrzeugs nötig. Reduzierte Werkstattstunden.
Großer Ballast: 1.000 ccm für eine erhöhte Geschwindigkeit und verbesserte Manövrierfähigkeit bei starken Strömungen und Dichtegradienten.
Robuste flügellose Konstruktion: Verringertes Risiko von Schäden während Einsatz und Bergung durch Verzicht auf bewegliche äußere Teíle.

Abb. 10: Modulare Funktionsabschnitte des SEAEXPLORER

Spezifikationen

Gewicht und Maße
Gehäuse Größe (D x L)	0,25 m × 2 m + 1 m faltbare Antenne
Flügelspannweite	56,5 cm Flügellose Konstruktion
Gewicht	59 kg in Luft
Ausstattung
Kommunikation	GPS / Satellit (Iridium) / Funk - Dreifachantenne
Navigations-Modi	Survey / Virtual mooring / Drifting / Bottoming
Sicherheit	Autonomes Fallgewicht & Stroboskoplicht. Optional: Ortungsgerät (Locator Pinger) und/oder Argos
Aufbau	2 unabhängige CPUs (Linux) für Nutzlast und Navigation
Einsatzmöglichkeiten
Maximale Tiefe	1000 m
Ballastvolumen	1.000 cm³ (± 500 ml)
Geschwindigkeit	Nominal 0,5 kn / Maximal 1 kn
Batterie	Lithium-Ionen-Akku
Typische Reichweite (Betriebsdauer)	1.700 km (110 Tage) mit CTD, DO und Fluorometer (in Abhängigkeit gewählter Sensoren, Probenahmestrategie und Einsatzgebiet)
Payload und Sensorik
Allgemeine Merkmale	Bis zu 6 Sensoren in zwei Abschnitten (nass und trocken): 9 L / 8 kg, Höhenmesser, API für die Integration von Sensoren durch den Endbenutzer, Komprimiertes CSV (nativ), Herunterladen der Daten über externes Ethernet-Kabel ohne Öffnen des Fahrzeugs.
Standardsensoren	CTD (gepumpt), Gelöster Sauerstoff (Optode oder elektrochemisch), Chlorophyll / Trübung / CDOM, ADCP, Fluorometer-Optionen (Puck), Lab-On-Chip, Underwater Vision Profiler (UVP).
Exklusive Sensoren	Kohlenwasserstoffe / Abwässer / Pestizide, μTurbulenz, Methan, Passiver akustischer Rekorder mit bis zu 8 Kanälen (anpassbar).
Sensoren auf Bestellung	Metallspuren & Mikronährstoffe, Nitrate, PAR, pCO2, Echolot, weitere auf Anfrage.

Abb. 11: Ab- und Aufstieg durch Größenänderung einer externen Schwimmblase nach erfolgter Datenübertragung und GPS-Positionsbestimmung an der Oberfläche

Abb. 12: Steuerung des SEAEXPLORER durch Masseverschiebung interner Batterien um die Neigung in Richtung nach oben oder unten zu ändern und durch Drehung der Masse nach Backbord oder Steuerbord Rollen zu beeinflussen.

Abb. 13: Stecker für externes Aufladen der Lithium-Ionen-Batterie und Ethernet-Verbindung.