Under-isliga arktiska observatorier: Data, kraft och TDY

Vikten av Arktis

Arktiska regionen har länge varit mestadels förbisedd, på grund av att den är nästan obefolkad, extremt kall och svår att nå. Den är dock en avgörande del av världen av flera skäl.

Den första anledningen är att teknologisk utveckling och mänsklighetens hunger efter resurser har gjort Arktis ekonomiskt viktigare idag än någonsin. Global uppvärmning gör också dessa resurser mer tillgängliga och öppnar nya handelsvägar.

Det är också en region som gränsar till många nationer, var och en med sina egna strategiska intressen, och ökande spänningar mellan Ryssland och NATO-länder (Kanada, Norge, USA och Danmark, via Grönland, har alla direkt närvaro i Arktis).

Källa: Geological Survey Of Norway

Även med klimatförändringarna är förståelse och övervakning av Arktis en enorm teknisk och vetenskaplig utmaning.

Av den anledningen skapas en ny generation av undervattensprober och drönare för att analysera isbeläggningen, kartlägga undervattensresurser och övervaka regionen.

Uppvärmning av Arktis: Handelsvägar, klimat och nya resurser

Nya handelsvägar

Arktiska regionen värms upp fyra gånger snabbare än det globala genomsnittet.

Det har lett till att den arktiska sommaren har mycket mer isfritt vatten än tidigare, och den återstående isen är också mycket tunnare, vilket hjälper isbrytare att göra den navigerbar under fler månader.

Källa: BBC

Som ett resultat blir den så kallade Polar Silk Road, som förbinder Europa med Kina via Ryssland, en strategisk handelsväg. Den kan förbinda Kina och Storbritannien på drygt 20 dagar med ett vanligt icke-polart containerskepp, tack vare Rysslands isbrytare som rensar isen på vägen.

“Rutt kan hjälpa Kina att öka exporten av litiumelektronik, fotovoltaiska produkter och fordon med ny energi.

Sea Legend, som listar en flotta på 18 fartyg på sin webbplats, sade att de nya tjänsterna tog tre år att planera. De var tvungna att övervinna utmaningar, inklusive uppgradering av fartygets utrustning, personalutbildning och certifiering, samt utveckling av exakta väder- och navigationsprognoser.

Betydelse för klimatet

Mängden kall luft i Arktis är en viktig faktor i globala vädermönster.

En förändring i det regionala klimatet kan också påverka havsnivåerna. Smältande is i havet påverkar inte havsnivån direkt, eftersom den redan är flytande is. Men den arktiska iskapen över den enorma ytan av Grönland kan orsaka en betydande havsnivåhöjning om den smälter.

Dessutom innebär mer smält is att ytan, istället för högreflekterande is, blir mycket mörkare och absorberar mer av solens energi, vilket potentiellt kan orsaka ytterligare uppvärmning, både lokalt och globalt.

Slutligen kan för mycket issmältning störa havsströmmarna, särskilt i Nordatlanten, som är en nyckelregulator för det globala klimatet.

Nya ekonomiska zoner

Förutom handelsvägar skapar den uppvärmda arktiska vattnet nya möjligheter för ekonomisk verksamhet. Till exempel kommer enklare navigering och varmare vatten sannolikt att öppna nya fiskeområden.

Under ett scenario med hög klimatförändring förväntades den framtida (2091–2100) kanadensiska fiskepotentialen öka till 6,95 (±5,07) miljoner ton fångst.

Arktiska regionen är också rik på mineraler och energi:

• 97 % av Rysslands platinareserver ligger i Arktis.
• 93 % av järnmalmen som används i EU produceras i Sverige.
• 50 % av Northwest Territories i Kanada kommer från gruvdrift.
• Regionen kan innehålla 13 % av världens oupptäckta konventionella olja och 30 % av dess oupptäckta konventionella naturgas.

Samtidigt innehåller den mestadels outnyttjade resursen i Grönland betydande reserver av sällsynta jordartsmetaller som neodym och dysprosium, tillräckligt för att täcka minst en fjärdedel av framtida global efterfrågan med 38,5 miljoner ton.

En situation som lockade uppmärksamhet från en stormakt, mest känt med Donald Trumps avsikt att köpa Grönland vid någon tidpunkt.

Grönland har också reserver av guld, järn, aluminium, uran, zink, bly, olja, gas osv.

Källa: Geological Survey Of Norway

Undervattensresurser kan också bli ett nytt omtvistat territorium, då Arktis är särskilt rik på undervattensmineralavlagringar som innehåller metallrika sulfider och mineralrika hydrotermala platser.

Varför Arktis behöver ny under-isliga data

Svårt & dyrt att samla in

Arktiska observatorier ger datagrunden för säker utveckling och miljöskydd. En bättre förståelse av de tillgängliga resurserna och det omgivande ekosystemet är verkligen det enda sättet att använda dessa resurser ansvarsfullt.

Men traditionella datainsamlingsverktyg sätts på prov i arktiska väderförhållanden:

• Ytflöjter förstörs av förskjutande is.
• Satelliter kan inte se igenom tjocka isflak.
• Bemannade uppdrag är dyra och farliga.

Det betyder inte att ingen av dessa används. Till exempel såg den multidisciplinära driftningsobservatorien för studier av arktiskt klimat (MOSAiC) 2019‑2020 mer än 600 personer arbeta i centrala Arktis för att samla in data under vintern, när isbrytare inte kunde tränga igenom den för tjocka isen.

Forskare från MOSAiC‑expeditionen studerade atmosfären, snö, havsis, havet och det lokala ekosystemet. Men med en budget på 140 M $, är en sådan expedition en kuriositet.

På liknande sätt är “Staden under isen” i Camp Century, Grönland, ett arv från kalla kriget. USA:s arméingenjörkorps byggde den militära basen 1959 genom att gräva ett nätverk av tunnlar i den närliggande ytliga islagret.

Källa: NASA

Anläggningen övergavs 1967 på grund av komplexiteten och kostnaderna för att etablera en permanent bosättning i dessa hårda förhållanden.

Autonomt alternativ

Framsteg inom autonoma fordon och batterisystem har helt förändrat hur Arktis kan studeras.

Med autonoma undervattensfordon (AUV) som använder batterisystem med lång varaktighet kan forskare placera observationspunkter under isen på mycket längre avstånd än tidigare.

De kan också använda nya typer av sonar- och LiDAR‑arrayer som både är kraftfullare och mindre energikrävande.

Slutligen möjliggör realtids‑satellituppkopplingar och AI‑drivna detektionsmodeller att dessa drönare blir mycket mer kapabla och självständiga än tidigare, utan att behöva vara kopplade till ett observationsfartyg eller en landbaserad station för att utföra sin uppgift.

Som ett resultat är kontinuerlig helårsövervakning av Arktis äntligen möjlig.

Geopolitik

Bättre övervakning är också ett strategiskt imperativ för militären att övervaka regionen och säkerställa att varje nation ser sina territoriella rättigheter respekteras.

“Det har skett så mycket förändring de senaste 10 till 20 åren, med klimatförändringar som driver ökad aktivitet, geopolitisk förändring och teknologisk förändring i Arktis.

Uppvärmningstrenden gör också att våra motståndare får en större närvaro och tillgång till regionen.

Iris Ferguson  – biträdande assisterande försvarssekreterare för Arktisstrategi och global motståndskraft.

Dålig kartografi och ingen direkt närvaro kan leda till att ett lands anspråk på regionens resurser utmanas av ett annat.

Sammanfattningsvis kommer under‑isliga observatorier att avgöra framtida territoriella tvister och resursbedömningar.

Detta gör under‑isliga drönare och observationsprober till ett nyckelprojekt för 2000‑talet inom geostrategisk megaprojekt.

Hur under‑isliga arktiska observatörsnätverk fungerar

Swipe to scroll →

Autonoma under‑isliga drönare

Medan mycket fokus på drönarteknik ges till flygande drönare, delvis på grund av deras ökande roll i militära konflikter, som illustrerat av kriget i Ukraina, utvecklas undervattensdrönare också snabbt.

MOSAiC‑expeditionen använde redan en tidig version av denna teknik för att analysera gränssnitten mellan havsis och hav.

Källa: Nature

Den samlar in prover av is, alger, zooplankton och mäter isens tjocklek med hjälp av sonar, bildbehandling, kemiska prover och uppåtriktad radar för att kartlägga smältande is från undersidan.

Permanenta havsbottenstationer

Rörliga under‑isliga drönare är ett utmärkt alternativ för dynamisk analys av den arktiska regionen och regelbunden provtagning.

Dock kräver andra datapoäng en mycket mer kontinuerlig observationsform, vilket kan uppnås med havsbottenmätningsstationer.

De kan integrera olika instrument för att övervaka olika fenomen:

• Mikroseismometrar för att upptäcka geologisk aktivitet.
• Havskemikaliesensorer för att mäta biologiska och miljömässiga förändringar.
• Metan‑ och CO₂‑detektorer för att bedöma områdets bidrag till klimatförändring.
• Hydrofoner för att upptäcka rörelser av fartyg och ubåtar.

Traditionellt har sådana havsbottenstationer drivits av kabel från ett närliggande fartyg eller markstation. Till exempel använde MOSAiC‑uppdraget levererad kraft (6 kW) från fartyget Polarstern via kabel för att värma installationerna och driva havsbottenstationerna.

Men för långsiktig observation av djupa Arktis krävs en annan lösning. Istället kan havströmmar eller tidvattenkraft användas för att generera en liten men stabil strömförsörjning till dessa sensorer.

Om kraftgenereringen är tillräcklig kan dessa undervattensstationer även användas som undervattenskraftverk och laddningspunkt för autonoma undervattensdrönare.

Akustiska kommunikationsnätverk

Eftersom GPS inte tränger igenom vatten och is blockerar möjligheten till enkel åtkomst till ytan med en flytande antenn, triangulerar under‑isliga drönare via akustiska modem och havsbotten‑“beacons”.

Detta kan vara en extra funktion för en under‑isliga havsbottenstation, som fungerar som en fast punkt som drönarna kan använda för att orientera sig.

Satellitintegration

Akustisk kommunikation kan användas för att samla in och centralisera data, men den måste fortfarande ta sig ut ur havet och under isen för att nå forskarna.

Lösningen är att använda en datanod som koncentrerar den akustiska signalen till en punkt, och sedan använda en kabel för att ansluta till ett ytligt data‑uplink‑system.

Källa: ResearchGate

Data‑uplinkarna kan anslutas till en polär omloppssatellit, Iridium‑nätverket eller framtida arktiskt inriktade konstellationer.

AI‑klimatmodeller

All data som samlas in i realtid och året runt måste sedan integreras i användbara prediktiva modeller.

Troligen kommer nästa generations arktiska klimatmodeller i stor utsträckning att använda AI‑teknik för att förbättra sina förutsägelseförmågor. De kommer i sin tur att användas av meteorologer, rederier, militära/marina operatörer, fiskeregulatorer och miljömyndigheter.

Slutsats: Varför under‑isliga arktiska observatorier är viktiga

Den nya generationen av under‑isliga observatörssystem, från undervattensdrönare till undervattensstationer, kommer att revolutionera vår förståelse av Arktis. Detta blir första gången vi kan få kontinuerlig observation av regionen under vintermånaderna, och med en mycket mer detaljerad bild av sommarperioden.

Detta är inte bara ett vetenskapligt projekt, utan kommer att ha enorma konsekvenser för både ekonomisk aktivitet och de geopolitiska & militära förhållandena i Arktis.

Så oavsett om det handlar om att övervaka metanutsläpp, isens tjocklek, lokala ekosystem och fiske, upptäcka värdefulla mineralavlagringar eller övervaka kommersiella och militära fartygsaktiviteter, är det sannolikt att under‑isliga observationer blir en mycket viktig teknik under slutet av 2020‑talet och in i 2030‑talen.

Investera i arktisk övervakning

Teledyne Technologies

Grundades 1960, Teledyne Technologies (TDY ) är ett teknikkonglomerat som leder inom undervattensdrönare och generell marin instrumentering.

Det inkluderar hydrofoner, sonar, fiskspårning, mätning av is och vågor osv. Det kan användas för alla typer av vetenskapliga program till havs.

Källa: Teledyne

Teledynes undervattensfordon används av initiativ som Real-Time Aquatic Ecosystem Observation Network (RAEON), ett kanadensiskt forskningsnätverk som distribuerar Teledyne Slocum‑glidare och andra autonoma plattformar för att övervaka akvatiska ekosystem i realtid.

Bland Teledynes AUV finns den självförsörjande, låglogistiska Gavia Platform (500 m–1 000 m djup), Osprey Platform (2 000 m djup) och SeaRaptor Platform (3 000 m eller 6 000 m djup), som kan användas för både civila och militära tillämpningar (inklusive minröjning).

Den har också tillhandahållit förnödenheter och instrumentering till kanadensiska och europeiska polarforskningsexpeditioner.

Källa: Teledyne

Under de mest anmärkningsvärda andra vetenskapliga projekten som företaget deltagit i finns NASAs uppdrag till Jupiters måne Europa, Habitable Worlds Observatory (HWO) som ska lanseras i slutet av 2030‑talet, eller Mars-rovern Perseverance.

Företaget är också aktivt inom digital avbildning & sensorer, rymd- och försvarselektronik och avancerade maskiner och system. Dessa sensorer och system kan användas av många industrier, från sjukvård till försvar eller energi.

Källa: Teledyne

Företaget har vuxit genom en blandning av nya FoU‑projekt och förvärv, med 74 förvärv sedan 2001.

Källa: Teledyne

Denna strategi har drivit snabb omsättningstillväxt, med intäkter som stigit från cirka 875 miljoner $ år 2004 till över 4,6 miljarder $ år 2020 och en uppskattad ~5,6 miljarder $ år 2024, enligt senaste investerarpresentationer.

Företagets största marknad är USA (lika fördelad mellan offentliga och kommersiella sektorer), följt av Europa.

Källa: Teledyne

Dagens Teledyne är en ledare i att föra autonoma och automatiserade system till verkligheten, även under de extremt krävande förhållandena i öppet hav eller Arktis. När väst återindustrialiseras och lokalanpassar sin leveranskedja kommer företag som Teledyne sannolikt att dra nytta av trenden och bli en ännu viktigare industriell nationell champion för USA.

Detta gör Teledyne till en solid “picks & shovels”-aktie för undervattens- och rymdforskning, perfekt anpassad till detta megaprojekt.

Senaste Teledyne (TDY) aktienyheter och utvecklingar