Изучение изменения климата с помощью ледового радиолокационного дрона

Эта бюджетная система исследует подо льдом, чтобы раскрыть свои секреты

В марте над норвежским ледником Слакбрин была испытана радарная система Peregrine, основанная на дронах.

Я'я стою сверху 100-метрового льда, наблюдая, как дрон пересекает ледник Слакбрин на норвежском архипелаге Шпицберген, более чем в 600 километрах к северу от материка. Я вхожу в команду, тестирующую Peregrine — беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с неподвижным крылом, оснащенный миниатюрным радаром, проникающим сквозь лед, который может отображать ледниковый лед на всем протяжении вплоть до коренной породы внизу.

Температура воздуха –27°C, температура опускается ниже –40°C при прохладном ветре — значительно ниже рабочей температуры большей части коммерческого оборудования, которое мы привезли в эту экспедицию. Наши телефоны, ноутбуки и камеры быстро выходят из строя. Последний из наших компьютеров, который еще работает, стоит на небольшой грелке внутри собственной маленькой палатки.

Несмотря на суровую погоду, мы намерены, чтобы Peregrine работал в еще более суровых условиях, регулярно обследуя ледяные щиты Антарктики и Гренландии. Эти огромные массы хранят достаточно воды, чтобы поднять глобальный уровень моря на 65 метров, если они полностью растают. Хотя ни один из ледниковых щитов, как ожидается, не растает полностью в ближайшее время, их невероятный масштаб делает даже небольшие изменения важными для будущего нашей планеты. А данные, которые соберет Перегрин, помогут ученым понять, как эти критически важные районы отреагируют на изменение климата.

Томас Тейсберг, доктор философии в области электротехники. Кандидат Стэнфордского университета запускает «Сапсан» на норвежский ледник Слакбрин.

Ученые уже давно изучают изменения высоты поверхности ледяных щитов, используя данные, собранные с помощью спутниковых лазерных высотомеров. Эти данные в значительной степени получены со спутника ICESat, запущенного в 2003 году, и его преемника ICESat-2, запущенного в 2018 году. Используя информацию с этих спутников НАСА, ученые измеряют изменение высоты, которое они используют, чтобы сделать вывод о чистом воздействии поверхности такие процессы, как снегопады и таяние снегов, а также скорость, с которой ледяные щиты выбрасывают айсберги в океан.

Эти измерения, конечно, важны, но лазерная альтиметрия не дает прямой информации о том, что происходит под поверхностью, в том числе о том, как лед деформируется и как он скользит по подстилающей породе.

И когда мы пытаемся понять, как ледниковые щиты реагируют на новые экстремальные климатические явления, эти процессы имеют ключевое значение. Как изменения температуры повлияют на скорость деформации льда под собственным весом? В какой степени жидкая вода, достигая дна ледника, будет смазывать его ложе и заставлять лед быстрее сползать в океан?

Чтобы получить ответы на эти вопросы, нужно заглянуть глубже. Введите ледопроникающий радар (IPR) — технологию, которая использует радиоволны для получения изображений внутренних слоев ледников и ложа под ними. В отличие от других, более трудоемких методов, таких как бурение скважин или установка групп геофонов для сбора сейсмических данных, системы IPR с первых дней своего существования использовались на самолетах.

Перегрин приземляется после испытательного полета в Норвегии.

В 1960-х годах в рамках международного сотрудничества транспортный самолет Lockheed C-130 Hercules ВМС США был переоборудован в самолет для сбора данных ПИС. Проект (о котором я расскажу подробнее в статье) показал, что можно быстро собирать данные такого типа даже из самых отдаленных частей Антарктиды. С тех пор инструменты интеллектуальной собственности становились все лучше и лучше, как и средства анализа данных и их использования для прогнозирования будущего повышения уровня моря.

Между тем, самолеты, используемые для сбора данных, изменились сравнительно мало. Современные приборы часто используются на двухмоторных турбовинтовых самолетах de Havilland Canada DHC-6 Twin Otters или на Basler BT-67, которые являются модифицированными самолетами Douglas DC-3. (Некоторые сегодняшние полеты Basler в Антарктиде в своей прошлой жизни выполняли миссии времен Второй мировой войны.) И хотя поддержка этих операций варьируется в зависимости от страны, спрос на новые данные опережает возможности самолетов с экипажем собирать их - по крайней мере, с учетом цены. тег, который не делает его недоступным для всех, кроме наиболее хорошо финансируемых операций.