NASAジェット推進研究所、極地の氷の深部まで潜る水中ドローンを開発

アラスカ北部の風が強く凍りついたボーフォート海の人里離れた一角で、南カリフォルニアにあるNASAジェット推進研究所のエンジニアたちが集まって、厚い海氷の層の狭い穴をのぞき込んでいた。彼らの下では、円筒形のロボットが、掘削孔から降ろした三脚に紐でつながれ、極寒の海で試験科学データを収集していた。

このテストにより、エンジニアたちは北極でプロトタイプのロボットを運用する機会を得た。これはまた、IceNode呼ばれるプロジェクトの最終ビジョンに向けた一歩でもあった。

IceNodeは、南極の氷棚の下に潜り込み、凍った大陸の氷がどれだけ速く失われているのか、そしてその氷の融解がどれだけ速く世界の海面上昇を引き起こす可能性があるのか​​を科学者が計算するのを支援する自律型ドローンの艦隊である。

温暖化する海、危険な地形

もし南極の氷床が完全に溶けたら、世界の海面は推定200フィート（60メートル）上昇するだろう。その運命は、海面上昇の予測において最も不確実なことの一つだ。

気温の上昇が表面の氷を溶かすのと同じように、氷もその下を循環する暖かい海水と接触して溶ける。海面上昇を予測するコンピュータモデルを改良するために、科学者たちは、特に陸地から伸びる何マイルにも及ぶ浮氷の板である棚氷の下でのより正確な融解速度を必要としている。棚氷は海面上昇に直接寄与するわけではないが、海に向かう氷床の流れを決定的に遅らせる。

課題: 科学者が融解を測定したい場所は、地球上で最もアクセスしにくい場所の1つだ。特に科学者は、浮遊する棚氷、海洋、陸地が接する「接地帯」と呼ばれる海底領域をターゲットにし、氷が最も速く融解している可能性のある、地図に載っていない空洞の奥深くを覗き込みたいという。

上空の危険で常に変化する地形は人間にとって危険であり、衛星は、時には 1 マイルの氷の下にあるこれらの空洞を見ることができません。IceNodeは、この問題を解決するために設計されています。

JPLの気候科学者でIceNodeの科学リーダーであるイアン・フェンティ氏は、次のようにコメントする。

浮遊艦隊

宇宙探査用ロボットの設計に関する専門知識を生かし、IceNodeのエンジニアは、長さ約8フィート（2.4メートル）、直径約10インチ（25センチ）の乗り物を開発している。

この乗り物は、片方の端から飛び出してロボットを氷の下側に取り付ける3本足の「着陸装置」を備えている。このロボットには推進力は一切なく、代わりに海流モデルからの情報を利用する新しいソフトウェアの助けを借りて自律的に位置を決める。

外洋の掘削孔または船から放出されたドローンは、海流に乗って棚氷の下を長い旅をする。目的地に到着すると、ドローンはバラストを落として浮上し、氷の底に固定する。ドローンのセンサーは、暖かく塩分を多く含む海水が氷を溶かすために上昇する速度と、より冷たく新鮮な融解水が沈む速度を測定する。

IceNode 艦隊は最長1年間稼働し、季節変動を含むデータを継続的に収集する。その後、ドローンは氷から離脱して外洋に戻り、衛星経由でデータを送信する。

JPLのロボット工学エンジニアでIceNodeの主任研究員であるポール・グリック氏は、次のようにコメントする。

北極フィールドテスト

IceNodeにはさらなる開発とテストが待ち受けているが、これまでの成果は有望だ。カリフォルニア州モントレー湾と冬の凍ったスペリオル湖の水面下でのこれまでの展開に続き、2024年3月のボーフォート海航海は初の極地テストとなった。気温マイナス50度は、人間にとってもドローンハードウェアにとっても厳しいものだ。

このテストは、米海軍北極潜水艦研究所が2年に1度実施するアイスキャンプを通じて行われた。アイスキャンプは、研究者に北極環境での現地調査を行うための一時的なベースキャンプを提供する3週間の活動である。

試作機が海中約330フィート（100メートル）に潜ると、搭載機器が塩分濃度、温度、流れのデータを収集した。チームはまた、将来ロボットをロープから外すために必要な調整を判断するためのテストも実施した。

IceNodeは、JPLの内部研究および技術開発プログラムと地球科学技術局を通じて資金提供を受けている。JPLは、カリフォルニア州パサデナのCaltechによってNASAのために管理されている。

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