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研究人员调谐北极冰下声音并测试冰上通信
这项工作是开发分布式传感器网络以中继从该关键区域收集的数据的多年努力的一部分。
来源:MIT新闻 _机器人天气灾难
Evans 和 David Whelihan 自 2022 年以来一直长途跋涉前往 OIC，推进他们的愿景，即在整个北极地区分布一组低成本传感器以进行持续监测。 OIC 由海军北极潜艇实验室 (ASL) 主办，每两年举办一次，为期三周，美国和盟军在此期间进行战备演习。 ASL 为 OIC 建立的临时基础设施——一片北极海冰漂浮层，上面有一条跑道和用于住宿、指挥和控制的隔热帐篷——同时使研究人员能够测试原型设备，并在不适合人类居住的环境中进行实验。这个机会特别有价值，因为北极监测系统的开发是为了支持美国战争部的优先事项。
今年的情况尤其具有挑战性，连续的暴风雪造成了白雪皑皑的条件。气温持续降至-25华氏度，风速为每小时25至30英里，阵风为每小时40英里。尽管该团队（还包括埃拉·瓦兹内克（Ella Wawrzynek）和瑞安·桑格（Ryan Saenger））原本打算在冰上完成两次任务——一次部署传感器，另一次在几周后取回传感器——但天气却另有计划。由于大风雪导致所有进出航班停止，他们最初的营地之旅推迟了一周。
当他们在阿拉斯加普拉德霍湾等待天气晴朗时，Whelihan 正在准备他们计划在 OIC 测试的另一项技术：来自行业合作伙伴 Havguard（一家挪威国防技术初创公司）的调制解调器，该调制解调器可以使用磁场（而不是会被海水迅速减弱的射频信号）通过冰进行通信。然而普拉德霍湾内外的恶劣条件导致了一些系统故障，他飞回实验室修复这些问题。 “为作战人员降低关键技术的风险并使其投入使用是我们工作的重要组成部分，”惠利汉说。
埃文斯、瓦兹内克和桑格于 3 月 7 日抵达营地后，接下来的五天没有任何航班进出。在伊斯兰会议组织的“正常”动员期间，通常每天有六到九次航班。 “有时，我们在距指挥帐篷约 100 英尺的旗杆上看不到参赛国的国旗，”埃文斯说。 “我们必须戴上帽子，有时还要戴上护目镜才能在帐篷之间走动，而在以前的伊斯兰会议组织活动中，我们则穿着秋裤和裤子四处走动。”
到达后的第二天，他们将传感器装载到雪橇上，并由一名现场小组领导（北极生存专家）驾驶一辆带履带的 4x4 车辆将他们拖到主营地区域外。在部署了他们计划的四分之一的传感器后，他们的领导接到了营地指挥部的电话，指示他们返回。风吹起的雪越来越大，他们很快就无法原路返回营地了。
一周后，团队在晴朗的一天取回传感器并飞出营地。 “我们笑了，因为我们可以很容易地从部署传感器的地方看到营地，”埃文斯补充道。
磁力通讯
在该设置的未来迭代中，数据可以通过无人机或卫星转发到北极之外。
社区联系
四月中旬在乌特恰维克待了一周，周末他们参加了 Piuraaġiaqta 一年一度的春节，观看了鱼叉投掷比赛并监督了儿童雪地摩托比赛。他们与当地中学的八年级学生讨论了他们的北极研发，并让他们参与了一个教授声纳概念的游戏。
当惠利汉带着固定通信调制解调器返回普拉德霍湾时，又一场暴风雪袭来。由于实验室团队已经露营过一次，而其他研究团队需要在下一个晴朗天气窗口期间有机会进入冰面，因此实验室与 UIC Science 签订了合同来进行现代实验。 UIC Science 是 Ukpeaġvik Iñupiat Corp. 的一个业务部门，为位于美国最北端城市阿拉斯加州乌特恰维克（巴罗）的北极研究提供后勤和技术支持。与公海中的流冰不同，乌特恰维克的冰主要是固定在陆地上的，这意味着它固定或锚定在海岸线或海底。
通过 UIC Science，Whelihan 和 Wawrzynek 学会了如何驾驶雪地摩托，然后开车驶入一个大泻湖，在 3.6 英尺的冰层上钻了一个 2x3 英尺的洞，部署了携带 Havguard 通信调制解调器的遥控潜水器 (ROV)。该调制解调器基于磁感应发射器（位于冰下方）和接收器（位于冰上方），它们安装在聚碳酸酯圆顶内，以保护敏感电子设备。两人于 2025 年秋季在挪威会见了 Havguard，讨论了在北极测试调制解调器的计划，而 Havguard 又根据测试规范构建了一个版本。在加入 OIC 之前，Havguard 和实验室团队在佛蒙特州的一个大型水库上部署了调制解调器。虽然不能代表盐水上的北极海冰，但这种环境使他们能够测试自己的程序和能力。
“我们在北极泻湖冰下放置了 ROV，它还配备了多普勒速度记录仪，这是一种测量车辆速度和方向的四波束声纳系统，”Whelihan 说。 “当 ROV 在冰下行驶时，我们使用这些测量数据，加上无人机航拍图像，将 ROV 的图片叠加在现场，以便我们可以跟踪它并计算调制解调器的测试数据传输速率。我们在从波士顿到阿拉斯加三趟的 alpha 原型系统上实现了每秒约 1.2 KB 的穿冰通信。这个结果非常令人鼓舞，该系统值得进一步开发。”
“当你接受这种社区文化时，你会遇到很多有趣的人，大门就会打开，”Whelihan 说。
“与北极社区建立联系是我们工作的一个重要方面，”埃文斯补充道。 “每次我们来到这里，我们都会遇到意想不到的人，了解他们的工作，并思考我们如何能够合作。”例如，在 OIC 2024 上，实验室团队会见了一位来自马里兰大学帕克分校的教授，他在收集和分析低温地震数据方面拥有丰富的经验；他们现在希望与他合作，应用机器学习来区分冰震和海洋哺乳动物的发声。
在 OIC 2028 之前，该团队计划设计、制作原型并测试一些传感器的空投版本，同时继续与 Havguard 合作开发穿冰通信调制解调器。他们的下一步是优化调制解调器的封装，以促进在北极的部署以及与实验室传感器套件的集成。
“所有这些工作的核心是尽量减少冰上靴子的数量，”Whelihan 说。 “特别是今年，我们了解到天气是我们进入北极的关键。即使在这些极具挑战性的条件下，我们也需要找到方法，轻松地将传感器放置在我们想要的地方并检索它们收集的数据。”
这项工作由实验室内部管理的关键任务技术（集成系统领域）研发组合和实验室先进概念委员会资助，该委员会资助高风险、高回报的早期研究，以解决国家安全技术的关键差距。