Узлы регионального масштаба

Национального научного фонда (NSF) Инициативы океанских обсерваторий (OOI) региональных масштабных узлов (RSN) Компонент представляет собой электрооптическим подводную обсерваторию с кабелем , которая напрямую подключается к глобальному Интернету . Это крупнейшая , подключенная по кабелю морского дна обсерватория в мире , а также первая в своем роде в Соединенных Штатах .

Расположенная в южной части плиты Хуан де Фука , у побережья Вашингтона обсерватория , и Орегона , это первая океанская охватывающая тектоническую плиту .

RSN использует несколько мощных называемых с высокой пропускной способностью, подводных терминалов первичными узлами, которые соединены между собой оптоволоконным кабелем и обеспечивают поддержку океанографических датчиков в ключевых точках .

По завершении строительства сети в 2014 году РСН покроет расстояние более 900 километров на глубинах до 3000 метров. Внедрение узлов регионального масштаба OOI возглавляют Вашингтонского университета (UW) Школа океанографии , Лаборатория прикладной физики UW и L-3 MariPro .

Данные RSN в реальном времени от более чем 100 приборов морского дна и толщи воды будут доступны в режиме реального времени в Интернете. Это позволит как ученым, так и широкой общественности изучать долгосрочные изменения в океанских системах в течение следующих 25 лет.

Строительство RSN будет завершено в 2014 году. В этих усилиях существенную помощь оказывают экипажи ROPOS (дистанционно управляемой платформы для наблюдательных наук) . 83-дневная экспедиция VISIONS '14 на борту 274-футового научно-исследовательского судна глобального класса Thomas G. Thompson отвечает за окончательную реализацию обсерватории.

Обзор

Узлы регионального масштаба (RSN) являются компонентом Инициативы океанических обсерваторий (OOI) Национального научного фонда (NSF). OOI NSF управляется и координируется Проектным офисом OOI Консорциума по океанскому лидерству (COL) в Вашингтоне, округ Колумбия. UW, расположенный в Сиэтле , штат Вашингтон, является организацией, реализующей RSN для COL.

Целью RSN является начало новой эры научных открытий и понимания океанов.

RSN состоит из двух инфраструктур : первичной и вторичной. Сеть первичной инфраструктуры, которая была спроектирована, квалифицирована, изготовлена и установлена в 2012 году компанией L-3 Maripro , состоит из берегового объекта, расположенного в Пасифик-Сити, штат Орегон ; две волоконно-оптические кабельные линии протяженностью 800 километров и семь узлов первичной науки.

Система RSN обеспечивает 200 киловатт мощности и 240 Гбит/с интернет -передачи данных TCP/IP семи основным научным узлам. RSN рассчитан на 25 лет и может быть значительно расширен для удовлетворения будущих научных потребностей.

История

До появления подводных кабельных обсерваторий океанографы и другие исследователи, изучающие мировой океан, обычно полагались на использование исследовательских судов и обитаемых подводных аппаратов для сбора данных. За этим последовал сдвиг в сторону аппаратов с дистанционным управлением (ROV) и космических исследовательских спутников . Ограничением этих методов было то, что они либо были нерентабельны, либо данные можно было собирать только в течение короткого периода времени. Хотя важность экспедиционных исследований была признана, решение было необходимо.

В 1987 году возникла концепция использования мощных подводных кабельных обсерваторий с высокой пропускной способностью как долгосрочное и экономически эффективное решение для проведения мониторинга океанических систем в реальном времени.

В начале 1990-х годов США и Канада заключили соглашение о разработке подводной океанской обсерватории с электрооптическим кабелем в северо-восточной части Тихого океана. В этом регионе находится самая маленькая из тектонических плит Земли – плита Хуан де Фука. Небольшой размер и непосредственная близость плиты Хуан де Фука к побережью предоставляют уникальную возможность наблюдать динамические системы в регионах подводных вулканов.

Партнерство между США и Канадой переросло в план строительства канадской кабельной сети, которая охватывала бы верхнюю 1/3 плиты Хуан-де-Фука, и системы США, охватывающей нижние 2/3 плиты (цитата). В совокупности эта обсерватория в масштабе плиты будет называться НЕПТУН (Подводные сетевые эксперименты с временными рядами в северо-восточной части Тихого океана) и будет обеспечивать непрерывные наблюдения в течение 25 лет.

К середине 2000-х годов NEPTUNE Canada получила полное финансирование, и к 2009 году их кабельный массив был завершен и подключен к сети. Он был передан под зонтичную сеть Ocean Networks Canada (ONC). Тем временем NEPTUNE US был переименован в узлы регионального масштаба и стал компонентом OOI. Его планируется завершить в 2014 году. И NEPTUNE Canada, и RSN будут интегрированы через цифровую инфраструктуру ONC и киберинфраструктуру OOI, обеспечивающую доступ в режиме реального времени для всех, кто подключен к Интернету.

«Цель программы — начать эру научных открытий и понимания в океанских бассейнах и внутри них с использованием широко доступного интерактивного телеприсутствия. Это новый мир. Мы будем присутствовать по всему объему океана по своему желанию, общаясь в режиме реального времени... Так что же мы на самом деле можем сделать завтра? Мы собираемся оседлать волну технологических возможностей. В области океанографии появляются новые технологии, которые мы включим в океанографию, и благодаря этой конвергенции мы это сделаем. превратить океанографию в нечто еще более волшебное».

Джон Делани , директор программы RSN и главный исследователь

Научная мотивация

Научные цели RSN значительны. огромное количество природных явлений, которые происходят в мировом океане и на морском дне В северо-восточной части Тихого океана наблюдается . В целом, миссия RSN состоит в том, чтобы обеспечить человеческое телеприсутствие в океане, которое будет служить исследователям, студентам, преподавателям, политикам и общественности. Ученые смогут проводить локальные исследования таких глобальных процессов, как основные океанские течения , зоны активных землетрясений, образование нового морского дна и богатая среда обитания морских растений и животных .

RSN также призван помочь предвидеть как краткосрочные, так и долгосрочные угрозы и возможности, связанные с океаном. Примечательно, что RSN сможет отслеживать тектоническую активность вдоль границы плиты . Есть надежда, что сейсмические датчики можно будет установить в ключевых районах вдоль центра распространения , которые будут служить системой раннего предупреждения о землетрясениях и цунами .

Существование долгосрочной кабельной обсерватории позволит проводить долгосрочные измерения биологических сообществ . В частности, расходящаяся граница плиты Хуан-де-Фука привела к существованию экосистем гидротермальных жерл на морском дне и других подобных групп. Эти глубоководные сообщества , процветающие в чрезвычайно суровых условиях, ставят ряд нерешенных научных вопросов, которые RSN сможет исследовать.

Инфраструктура

Карты станций узлов регионального масштаба

Первичная инфраструктура

Первичная инфраструктура RSN состоит из семи основных узлов, установленных в 2012 году компанией L-3 Maripro . Это конечные точки, которые помогают распределять мощность и пропускную способность сетей развернутых датчиков.

Для соединения основных узлов вместе было использовано около 900 километров кабеля (называемого магистральным кабелем). Эти кабели выходят на берег на береговой станции в Пасифик, Сити, штат Орегон .

В 2005 году более 175 ученых со всей территории Соединенных Штатов откликнулись на просьбу Национального научного фонда о помощи в разработке кабельной обсерватории на плите Хуан де Фука. Узлы расположены на заранее выбранных экспериментальных участках по всей плите Хуан-де-Фука. Осевая подводная гора , Гидратный хребет на окраине Каскадии и мелководные участки к западу от Ньюпорта, штат Орегон (Endurance Array) — все имеют установленные первичные узлы. Все основные узлы расположены в экологически чистых районах.

Узлы также преобразуют напряжение 10 кВ постоянного тока из магистрального кабеля в напряжение 375 В постоянного тока, которое затем направляется во вторичную инфраструктуру. Системы коммутации 375 В и системы телеметрии Node были разработаны и изготовлены компанией Texcel Technology Plc, расположенной в Англии. Программное обеспечение для управления портами и системами защиты телеметрии также было предоставлено компанией Texcel в качестве менеджера элементов, находящегося в системе сетевого управления (NMS).

Основные узлы имеют ряд дополнительных портов, которые открывают потенциал для крупномасштабного расширения в будущем (> 100 километров).

Вторичная инфраструктура

Преобразованное напряжение 375 В постоянного тока от первичных узлов затем направляется на узлы малой и средней мощности и распределительные коробки. Узлы и распределительные коробки (похожие на удлинители) обеспечивают прямое питание и связь с приборами на экспериментальных площадках. В совокупности эти части составляют вторичную инфраструктуру RSN. Удлинительные кабели используются для связи первичных узлов со вторичной инфраструктурой, обеспечивая питание и связь.

Оборудование подключается с помощью соединителей «мокрого типа». В зависимости от требований к нагрузке устанавливались различные типы кабелей. Пропускная способность этих кабелей варьируется от 10 Гбит/с до 1 Гбит/с.

Во время экспедиции VISIONS '13 по продолжению строительства РСН на дне океана было проложено более 22 000 метров удлинительных кабелей. Все кабели успешно подключены к сети.

По завершении проекта в 2014 году будут введены в эксплуатацию более 100 кабельных приборов морского дна и толщи воды. Эти инструменты позволят отслеживать биологические, химические, геологические и геофизические процессы в океане. Вторичная инфраструктура также будет включать шесть причальных систем для профилометров водной толщи.

Кабели часто прокладываются по всему миру в океанских бассейнах и на окраинах. Они имеют значительно большую продолжительность жизни. Магистральный кабель был проложен летом 2011 года. коммерческое судно-кабелеукладчик TE SubCom Dependable Этот этап проекта выполняло .

Также были учтены особые экологические требования. Некоторые кабели существенно хорошо бронированы, особенно те, которые проложены в вулканических районах, таких как Осевая подводная гора.

Снимки, сделанные ROPOS во время строительства РСН и исследовательских погружений.

Инструменты

Чтобы полностью понять сложные океанские системы, необходимо широкое разнообразие сенсорных матриц, способных выдерживать длительные периоды времени в суровых условиях. Набор датчиков (более 100) был выбран и стратегически размещен по всей РСН. Они расположены на осевой подводной горе, Гидратном хребте, а также на причалах толщи воды.

К приборам, подключенным к RSN, относятся:

Температурная глубина проводимости (расположена на профилометрах)
Растворенный кислород,
3-D одноточечный измеритель тока
Температура
Флуорометры
ЦДОМ,
Хлорофилл-а,
Оптическое обратное рассеяние

Приборы являются конечной точкой каждого филиала региональной сети.

Киберинфраструктура

Узлы регионального масштаба подключены к киберинфраструктуре OOI.

Компонент «Киберинфраструктура» OOI связывает морскую инфраструктуру с учеными и пользователями. Киберинфраструктура OOI управляет и интегрирует данные со всех различных датчиков OOI. Он обеспечит общую операционную инфраструктуру — Интегрированную сеть обсерваторий (ION), соединяющую и координирующую работу морских компонентов (глобальных, региональных и прибрежных массивов). Он также будет обеспечивать управление ресурсами, командование и контроль миссий обсерваторий, производство продукции, управление и распространение данных (включая надежные источники данных), а также централизованно доступные инструменты для совместной работы.

Интегрированная сеть обсерваторий (ION) соединяет и координирует работу морских компонентов OOI с научными и образовательными мероприятиями океанографических исследовательских сообществ. Киберинфраструктура проектируется и строится Калифорнийским университетом в Сан-Диего .

Статус

Строительство РСН продолжается. По состоянию на 19 сентября 2014 г. основная инфраструктура и большая часть вторичной инфраструктуры были успешно установлены, а бригады OOI RSN и UW APL работали над завершением вертикальных швартовок для мелкого профилографа.

Информационно-пропагандистская деятельность

Вашингтонский университет приветствовал участие студентов в реализации RSN. По состоянию на 2014 год было проведено восемь экспедиций, в которых студенты имели возможность поработать на борту научно-исследовательского судна «Томас Дж. Томпсон» и стать свидетелями строительства кабельной обсерватории. Во время этих круизов студенты разрабатывают проекты, используя множество технологий и научного оборудования на борту.

Студенты, которые участвуют в этих экспедициях, делятся своим опытом с другими.

В 2014 году более 30 аспирантов и студентов работали вместе с исследователями, инженерами, преподавателями и командой во время 83-дневной экспедиции VISIONS '14.

Ссылки

Карр, Джеффри (15 ноября 2007 г.). «В гостях у царства Нептуна» . Экономист . Проверено 17 сентября 2014 г.
Делани, Джон; Алан Чав (январь 2000 г.). «НЕПТУН: оптоволоконный телескоп во внутренний космос» . Океан . Проверено 17 сентября 2014 г.
Томсон, Эшли (7 марта 2014 г.). «Канадский научный погружной комплекс и Вашингтонский университет подписывают в 2014 году соглашение на установку кабельной обсерватории с узлами регионального масштаба США» . Канадский научный погружной комплекс . Проверено 18 сентября 2014 г.

Делани, Джон; Дебора Келли; С. Ким Джунипер (20 марта 2014 г.). «Открытие новой эры подводных вулканических обсерваторий: Осевая подводная гора Каблинг и сегмент Индевор хребта Хуан-де-Фука». Морская геология . 352 : 426–450. Бибкод : 2014МГеол.352..426К . дои : 10.1016/j.margeo.2014.03.010 .
Капотосто, Дэвид (16 июня 2014 г.). «Глубоководная плавучесть выбрана для инициативы океанских обсерваторий» (PDF) . Глубоководная плавучесть . Проверено 18 сентября 2014 г.
Хики, Ханна (18 сентября 2013 г.). «Кабели и приборы, установленные в глубоком море у северо-западного побережья Тихого океана» . УВ сегодня . Проверено 18 сентября 2014 г.
Сопер, Тейлор (18 сентября 2013 г.). «Подводная лаборатория: исследователи Университета Вашингтона прокладывают 14 миль кабелей, камер и датчиков на дне океана» . GeekWire . Проверено 18 сентября 2014 г.
Хики, Ханна (1 июля 2013 г.). «Работы этим летом расширяют возможности кабельной глубоководной обсерватории» . УВ Дейли . Проверено 18 сентября 2014 г.
Ахерн, Эшли (17 апреля 2013 г.). «Готовимся к созданию крупнейшей в мире подводной обсерватории» . КУОВ.орг . Проверено 18 сентября 2014 г.
Теодорих, Мейер (7 сентября 2012 г.). «UW возглавляет амбициозные усилия по мониторингу океана» . Сиэтл Таймс . Проверено 18 сентября 2014 г.
Браун, Молли (31 июля 2012 г.). «Команда UW развертывает электроэнергию и Интернет на морском дне» . GeekWire . Проверено 18 сентября 2014 г.
Ярдли, Уильям (4 сентября 2007 г.). « Открыв миру океан» в высоком разрешении» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 18 сентября 2014 г.
Витце, Александра (25 сентября 2013 г.). «Морская наука: детище океанографии стоимостью в миллиард долларов» . Природа . 501 (7468): 480–482. Бибкод : 2013Natur.501..480W . дои : 10.1038/501480a . ПМИД 24067695 . S2CID 1312130 .
«Зеносс выбран для передового 25-летнего исследовательского проекта в Тихом океане» . MarketWired. 6 апреля 2011 года . Проверено 18 сентября 2014 г.
Бароне, Дженнифер (25 июня 2012 г.). «Как только мы подключим его, что скажет нам океан?» . Откройте для себя журнал . Проверено 18 сентября 2014 г.
Боа, Сьюзен (17 мая 2007 г.). «Контракты на наблюдение за океаном заключены с Калифорнийским университетом в Сан-Диего и Вашингтонским университетом» . Совместные океанографические институты . Проверено 18 сентября 2014 г.
Боа, Сьюзен (17 мая 2007 г.). «Контракты на наблюдение за океаном заключены с Калифорнийским университетом в Сан-Диего и Вашингтонским университетом» . Совместные океанографические институты . Проверено 18 сентября 2014 г.
Труитт, Джек (30 апреля 2013 г.). «UW помогает проложить путь океанографии следующего поколения» . Вашингтонский университет — The Daily . Проверено 18 сентября 2014 г.
«Океаны, проложенные исследовательским кабелем» . Новости Би-би-си. 2 октября 2007 г. Проверено 18 сентября 2014 г.
«Морские перемены в океанографии США» . Институт морских наук Ближневосточного технического университета. 3 октября 2013 года . Проверено 18 сентября 2014 г.
Хоффманн, Линн Дж.; Эйке Брейтбарт; Филип В. Бойд; Кейт А. Хантер (6 декабря 2012 г.). «Влияние потепления и закисления океана на биогеохимию микроэлементов подводной горы и сегмента Индевор хребта Хуан-де-Фука» . Серия «Прогресс в области морской экологии» . 470 : 191–205. дои : 10.3354/meps10082 .
Сабина, Кристофер; Фили, Ричард А.; Грубер, Николас; Ки, Роберт М.; Ли, Китак; Буллистер, Джон Л.; Ваннинхоф, Рик; Вонг, CS; Уоллес, Дуглас В.Р.; Тилбрук, Бронте; Миллеро, Фрэнк Дж.; Пэн, Цунг-Хунг; Козырь, Александр; Оно, Цуэно; Риос, Аида Ф. (2004). «Океанический поглотитель антропогенного CO2» (PDF) . Наука . 305 (5682): 367–71. Бибкод : 2004Sci...305..367S . дои : 10.1126/science.1097403 . hdl : 10261/52596 . ПМИД 15256665 . S2CID 5607281 .

Внешние ссылки