Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Macher auf Eis

Das TAISU-Carbon-Sensing-Gerät des Teams mit einer WLAN-Beobachtungskamera befindet sich oben am Bonney Riegel in den antarktischen Trockentälern.

Dieser Artikel erschien zuerst in MAKE-Band 38 auf Seite 26.

Die Antarktis bricht Dinge. Sachen, die kugelsicher sein sollten, sterben einfach, und das nächstgelegene Ersatzteil ist mehr als 2.000 Meilen entfernt, auf einem viel wärmeren und zivilisierteren Kontinent. Während meiner sechs Reisen in die Antarktis (2001–2006) als Teil eines Prototyping-Teams für alternative Energieversorgungen im Team, haben wir schnell gelernt, dass es unerlässlich ist, mit einem kompletten Satz von Werkzeugen und einem vollständigen Satz von Ersatzteilen zu reisen.

Vier meiner Einsätze erfolgten an verschiedenen Orten in den antarktischen Trockentälern, so genannt, weil es seit 25 Millionen Jahren keinen nennenswerten Niederschlag gab. In diesen abgelegenen Feldlagern haben Sie nur das, was Sie mitgebracht oder angefordert haben, und das Gesetz von Murphy ist mehr als nur Pech - es ist die Lebensweise.

Sie reparieren also immer Dinge oder stellen fest, dass Sie etwas tun müssen, das Sie zu Hause nie geplant haben. Sie können beispielsweise Wege finden, um Ihre Lasten an einem Generator zu kalibrieren, ohne dass ein digitales Voltmeter in der Nähe ist (z. B. eine 60-W-Glühlampe in einem 120-V-Schaltung = 0,5A rein ohmsche Last, wenn Sie tatsächlich eine Glühbirne finden können). Oder einen Schraubendreher abfeilen, um daraus einen Inbusschlüssel zu machen. Geschieht jeden Tag.

Ich habe einmal die Rettungsleine eines Tauchers mit einem Leatherman und schwarzem Isolierband repariert, damit er unter einem Gletscher einen Tauchgang absolvieren konnte (die Jungs waren wirklich mutig). Die Linie hielt, der Taucher erwachte zurück und das autonome Unterwasserkameramann Jeff Blair entworfen und gebaut zu Hause war im Meer 90 Fuß unter dem Eis gesichert. Die Kamera mit dem Namen ROMEO („ferngesteuertes Unterwasser-Mikroumweltobservatorium“) verbrachte ein ganzes Jahr lang mit der Aufnahme des Meereslebens für den Biologen Dr. Sam Bowser und lieferte die ersten Winterbilder der Unterwasserwelt der Antarktis.

Das ROMEO-Unterwasserobservatorium wurde zusammen mit einem Taucher durch ein Loch im Eis bei Cape Evans, Antarktika, bei seinem Shakedown-Test geschickt.

Das, was wir heute als „grünen Strom“ bezeichnen, für verschiedene wissenschaftliche Programme auf dem Eis zu produzieren, war angeblich der Zweck unseres kleinen Teams. Unser Teamleiter, Dr. Tony Hansen, war ein atmosphärischer Wissenschaftler, der ein Gerät namens Aethalometer zur Messung luftgetragener Partikel erfunden hat. Seine Prämisse war, dass, wenn Wissenschaftler ihre Geräte mit Strom versorgen könnten, ohne die Luft zu verschmutzen, die sie zu studieren versuchten, die Daten wären genauer.

Die meisten Laborgeräte für den Einsatz in Nordamerika erfordern eine 110 V 60 Hz-Quelle. Ihr typischer Atmosphärenwissenschaftler kümmert sich nicht allzu sehr darum, woher diese Kraft kommt. Als er seine Datensammelexpedition plant, fordert er einen Hubschrauber, Zelte, Schlafsäcke, Lageröfen, Lebensmittel an - alle Voraussetzungen, um das Leben zu erhalten. Schließlich fordert er irgendwann einen 30-kW-Dieselgenerator an, um seine Vakuumapparatur und seine Spektroskopiegeräte anzutreiben, ohne sich jemals vorzustellen, dass der vom Generator gespeiste Dieselabgas einen massiven Heisenberg-Effekt erzeugt. Du wirst das, was du misst.

Alle Daten, die er erfasst, werden anhand des massiven chemischen Rauschens gemessen, das sein Generator erzeugt. Sie haben also einen großen DC-Offset (um einen elektrischen Ausdruck zu verwenden) für die Daten, und alle kleinen Signale werden vollständig abgedeckt.

Also haben wir ein Gerät nachgebildet, das Dr. Hansen eine TAISU (transportable autonomous instrumentation support unit) nannte, die den ganzen Sommer über mit Solarleistung 50 W und noch mehr mit Wind erzeugte. Unterwegs stellten wir fest, dass wir zeitweise etwas Strom hatten, und fügten verschiedene Remote-Webcams hinzu. Wir haben das erste 801.11-Netzwerk im Taylor Valley fertiggestellt, indem wir einen drahtlosen Cisco Access Point und einige Hochleistungsantennen an der TAISU installiert haben, wodurch Wissenschaftler über die McMurdo Station mit dem Hauptnetz der US-Regierung verbunden werden. Wörtlich konnten Wissenschaftler ihre Laptops in einem Zelt öffnen und bei REI neue Wanderschuhe bestellen.

Das TAISU-Gerät wird mit einem Hubschrauber in die antarktischen Trockentäler gebracht.

Wir hatten Live-Cams, auf die die Öffentlichkeit zugreifen konnte, aber sie wurden aus zwei Gründen geschlossen. Grund 1: Nach dem 11. September mochte Homeland Security die Tatsache nicht, dass Live-Daten aus einem Regierungsnetzwerk aus irgendeinem Grund in die zivile Welt gesendet wurden. Vergessen Sie die Tatsache, dass die Bandbreite zum Mars Observer höher war, als wir von einem tatsächlichen Ort auf der Erde bekommen könnten - Sicherheit ist Sicherheit. So können Sie keine Live-Bilder mehr aus unserem umweltfreundlichen Netzwerk erhalten. (Es gibt andere, die das Konzept kopierten, aber zu Iridium als Rückgrat statt des Regierungsnetzes gingen. Diese Geräte senden zwar immer noch, jedoch mit einer fürchterlich reduzierten Bandbreite.) Grund 2: Kein Wissenschaftler - oder sonst jemand - will arbeiten unter dem neugierigen mikroskop einer aktiven webcam.

Unser Team baute eine Reihe anderer Geräte für die wissenschaftliche Gemeinschaft. Dr. Blair entwarf und implementierte eine autonome Kamera, mit der Wissenschaftler eine gestrandete Pinguinkolonie beobachten konnten, nachdem ihr Zugang zum Meer durch einen riesigen Eisberg unterbrochen worden war. Die Kameras von Blair, sowohl Penguin Cam als auch ROMEO, waren Standard-Überwachungskameras von Sony, die in speziell entwickelten Acrylgehäusen untergebracht waren. Wir verwendeten PIC-Mikrocontroller, um sowohl den Stromverbrauch zu regulieren als auch die Kameras entweder über die Netzwerksteuerung oder durch vorprogrammierte Aufnahmen zu steuern und die Bilder auf einer Speicherkarte zu speichern. Unsere Philosophie bestand immer darin, Standardteile aus dem Regal zu verwenden. Wir entwarfen und bauten die Geräte in unseren Häusern und hatten den Nervenkitzel, sie an Orten zu beobachten, die so abgelegen und feindselig (manchmal) wie die Oberfläche des Mars waren.

Wir haben eine Miniaturversion der TAISU-Box entwickelt und eingesetzt, die mit einer Nutzlast eines wissenschaftlichen Instruments aus Flugzeugen geworfen werden sollte. Das Gerät würde über eine automatisierte Iridium-Modemverbindung mit niedriger Bandbreite (300 Baud) mit der Welt kommunizieren.

Die Vorbereitungen für New Harbour, Antarktis, laufen: Ein riesiger Graben im Eis, der dafür sorgt, dass das optische Kabel Unterwasserfotos von ROMEO erhält.

Das letzte, was wir 2006 versuchten, war die Entwicklung eines Mittels, um einen Fernbedienungssensor durch den langen und kalten antarktischen Winter zu versorgen. Im Gegensatz zu Planetensonden, die mit kleinen Atombomben angetrieben werden können, mussten wir einen Weg finden, um mit handelsüblichem Material etwas warm zu halten und zu laufen. Tony entschied sich schließlich für die Verwendung von normalem organischen PCM-Paraffin (Phase-Changing-Material), das wir erhitzten und in einen großen Dewar-Kolben gossen, der in Laboratorien zur Aufnahme von flüssigem Stickstoff verwendet wurde. Wir legten die Instrumente in diese inerte Flüssigkeit und vergruben sie dann im Eis nahe der Südpolstation. Die Instrumente (einfache Temperatur- und Stromverbrauchszähler) liefen in der 9-monatigen Wintersaison etwa 6 Monate, bevor sie starben. Als unser Programm endete, gingen wir zurück zum Reißbrett.

Ich war seitdem nicht mehr auf dem Eis. Dr. Hansen arbeitet weiterhin an Polarprojekten sowie an seinem eigenen Carbon-Sensing-Unternehmen. Jeff Blair hat seine eigene Firma gegründet, die verschiedene Formen der Instrumentierung durchführt.

Aber der Machergeist lebt in der Antarktis weiter. Unsere Kollegen auf dem Eis haben bemerkenswerte Dinge entworfen und gebaut: Unterwasser-ROVs mit Kameras und Sensortechnologien, die klein genug sind, um durch enge Löcher im Eis zu rutschen, Geräte, die die großen Eisberge, die sich vom Kontinent abkühlen, aufspüren, und Sensoren zum Aufnehmen die gasförmigen NOx-Komponenten, die aus schmelzendem Eis stammen.

All diese Dinge beginnen in einer Garage oder einem kleinen Labor. Nur wenige Hersteller können es überwältigen, wie ein Hubschrauber das auf einem abgelegenen Hügel in der Antarktis gebaute Gerät aufstellt, während der Lötkolben an Ihren Händen immer noch heilt.

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