Järgnevas tuletame meelde, miks enamus veealust maailma on läbi uurimata, ja vaatame, kuidas on kulgenud autonoomse veealuse uurimisroboti Autosub ning selle suurendatud sügavustaluvusega järglase Autosub 6000 arendamine.
Üks peamine raskusmoment peale selle, et inimene pole õppinud vee all ilma abivahenditeta hingama, on ookeanisügavustes valitsev rõhk ja pimedus. Kahtlemata on ulmekirjanikud probleemi ammu lahendanud. Näiteks võib tuua Richard Setlowe'i teose "Eksperiment" või "Seiklusjutte maalt ja merelt" sarjast tuntud Aleksandr Beljajevi "Amfiibinimese", kus inimesele siirdati vee all toimetulekuks hai lõpused. Lisaks hingamise ebamugavusele on enamus vett ookeanide sügavamates kihtides inimesele ebamugavalt külm, umbes 2-4 ºC, ning isegi parima läbipaistvusega vees jätkub fotosünteesiks piisavalt päikeseenergiat vaid kuni 200 meetri sügavuseni. See ei tähenda siiski, et fotosünteesi sügavamal ei leiduks - 2005. aastal leidsid Arizona osariigi ülikooli teadlased Mehhiko ranniku lähedalt 2400 meetri sügavuselt kuumaveeallikad, kus ülikuuma (u 350 ºC ) ja külma (u 2 ºC ) vee kokkupuutepiiril tekkiva valguse kasutavad ära fotosünteesi tarvitavad bakterid. Siit lähtub kolmas ning ka tehisaparaatidele kõrgeid nõudmisi seadev ja inimese füsioloogiaga vastuoluline asjaolu: vee sügavuse suurenedes rõhk suureneb väga kiiresti. Nimelt lisandub iga 10 meetri sügavusega ligikaudu üks atmosfääri normaalrõhk, ehk kümne meetri sügavusel on rõhk kaks korda suurem kui merepinnal, 20 meetri sügavusel kolm korda suurem jne. Seega on kuue kilomeetri sügavusel rõhk 600 korda suurem kui merepinnal! Võrdluseks tuleb kosmoseaparaatidel kaitsta meeskonnaruumides normaalrõhku vaakumi eest, mis tähendab, et taluda sama suur rõhuvahet kui on veepinnal ja kümne meetri sügavusel vee all.
Veealused aparaadid
Aristotelese aegadest on jälgi tuukrikella põhimõtete teadmisest. Leonardo da Vinci tegi esimesed siiani säilinud joonised algelisest liikuvast allveelaevast. Hollandi leiutaja Cornelius van Drebbel olla 1620. aastal ehitanud esimese veekindlaks töödeldud nahaga kaetud puupaadist allveemasina. Seda varustasid õhuga õhkujukitega voolikud ja liigutati edasi läbi nahkpolstri torgatud aerudega. Mõnevõrra hiljem, põhiliselt 20. sajandil, hakati ehitama batüskaafe, mille sees säilitatakse inimesele sobivat õhurõhku ning mille kere ja illuminaatorid suudavad vastu seista suurte sügavuste rõhule.
1960. aastatel avastati, et päris palju saab ära teha ka ilma inimest vee alla saatmata. Nimelt töötati siis välja esimesed kaugjuhitavad allveerobotid ROV (Remotely Operated Undewater Vehicle), mida sai kasutada vee all ringi vaatamiseks ja ka keerulisemateks töödeks. Selline masin on pinnal ujuva uurimislaevaga ühendatud kaabliga, mille abil operaator aparaati videosignaali ja anduritelt laekuvate andmete põhjal juhib. Teine liik erinevate veekihtide uurimiseks pruugitavatest seadmetest on laeva järel veetavad robotid TUV (Towed Underwater Vehicle), mis peavad automaatselt säilitama näiteks teatud sügavuse ja koguma parasjagu vajalikke andmeid. 1980. aastatel hakati laialdasemalt uurima autonoomsete allveemasinate AUV (Autonomous Underwater Vehicle) võimalusi, kuid siis jäid need riiklike programmide raames arendatud aparaadid reeglina juhtme otsa.
Veealune kosmos
Teatavasti sumbuvad raadiolained vees väga kiiresti, seega raadioühendus on juhtmeta allveerobotitega võimalik vaid viimase pinnal olles. Kui allveerobot laskub sügavustesse, siis on side sama raskesti teostatav nagu kosmoseaparaatide puhul. Ainus teadaolev vee all kaugsidet võimaldav ühendus on sonaritehnoloogial põhinev, mille korral edasiantav info kodeeritakse helilaineteks. Info helilainetega vee all edasiandmine on aga väga aeglane, Autosub 6000-l kasutatav seade võimaldab vahetada 2400 bitti sekundis kuni 11 kilomeetri kaugusele. Kaugemal on allveerobot täielikult omapead või paremal juhul kuuleb juhtlaeva majakasignaale, kuid tema vastused juhtlaevani ei jõua. Sellised tingimused esitavad lisaks allveeroboti mehaanikale ja elektroonikale kõrged nõudmised ka tarkvarale. Juba ainuüksi asukoha määramine hoovuste ja eri temperatuuride ning soolasisaldusega veekihtides on väga keeruline ülesanne, sest GPS on kasutatav vaid veepinnal. Lisaks ei ole sugugi alati selge, mida tuleks teha, kui programmis esineb ettenägematu veasituatsioon. Näiteks võib tuua jääalused uuringud, kus pinnale tõusmine tähendab jää alla kinnijäämist ja allveeroboti kaotsiminekut.
Samas on veealusest maailmast korralikult ja kättesaadavalt kaardistatud ehk vaid paar-kolm protsenti ja arvatakse, et salastatud sõjaväelisi andmeid kaasates vahest kuni kümnendik. Teaduslikult on uuritud ehk vaid miljondik maailmamere põhjast.
Autosub jää all
Aastakümnete pikkune arendustöö, arenenud akutehnoloogia ja oluliselt kasvanud arvutusvõimsused ning edasiarendatud juhtimisalgoritmid on muutnud autonoomsed robotid kättesaadavaks ka teadlastele. Järgnevalt vaatame, kuidas on kulgenud Autosub-nimelise autonoomse allveeroboti arendus Briti Rahvuslikus Okeanograafiakeskuses Southamptonis ehk NOCS-is (National Oceanography Centre Southampton).
"Autosub jää all" oli Briti looduskeskkonna uurimise nõukogu ehk NERC (Natural Environment Research Council) toetatud ning aastatel 2000-2005 kestnud projekt, mille eesmärgiks oli uurida arktilise ja antarktilise jää all toimuvaid protsesse. Juba varasemast ajast arendamisel olnud Autosubi sukeldumissügavust suurendati 2500 meetrini ja tegevusraadiust 1000 kilomeetrini.
Autosubiga mõõdeti jää paksust Gröönimaal ja Antarktikas. Autonoomse allveerobotiga saadud andmete saamiseks puurimise teel oleks pidanud tegema tuhandeid puurauke. Lisaks uurisid teadlased jäätumis- ja sulamisprotsesse liustike all, mõõtsid vee soolsust erinevates kihtides, avastasid uue hoovuse, ja kasutasid mõõtmisandmeid kolmemõõtmelise pildi saamiseks Kangerdlugssuaqi fjordisüsteemist Edela-Gröönimaal, kus on selgelt näha jäljed, kus liustikust lahti murdunud jäämäed on põhja kriipinud.
Viimasel projektiplaanis olnud missioonil 2005. aastal Antarktikas jäi Autosub kadunuks. Kuna missioone peeti seadmele niikuinii ohtlikuks ning arvestati 50 protsendi võimalusega aparaat kaotada, siis ei tulnud halb uudis täiesti ootamatult. Juba 2005. aasta suveks oli asendus valmis. Uue roboti ehitamine läks maksma poolteist miljonit naela ehk praeguse kursiga umbes 30 miljonit krooni. Seejärel muudeti Autosub kättesaadavaks teadusprojektidele üle Ühendkuningriigi. Samal ajal alustati suuremaid sügavusi uurida võimaldava Autosub 6000 arendusega, mille esimesed katsetused toimusid 2007. aasta sügisel.
Autosub 6000
Autosub 6000 maksimaalne sukeldumissügavus on 6000 meetrit, mis tähendab sisuliselt peaaegu kogu maailmamerd, sest 6000 meetrist sügavamal on vaid üksikud lõhed ja süvikud, nagu näiteks Mariaani süvik, ja selliste sügavuste uurimiseks on tarvis ületada veel rohkem rõhust tingitud füüsikalisi takistusi.
Autosub 6000 avastas oma esimesel missioonil Kanaari saarte juurest 4000 meetri sügavuselt suured veealused augud maakoores ja jälgi veealustest maalihetest. Artikli kirjutamise hetkel suundus Autosub 6000-ga varustatud uurimislaev RRS James Cook uurima Lissaboni 1755. aasta maavärina võimalikke põhjusi Portugali ranniku lähedal. 1755. aasta maavärin oli üks Euroopa teadaoleva ajaloo rängimaid, sest Lissabonis hukkus 10 000 inimest ja maavärina põhjustatud hiidlaine jõudis ka Lõuna-Inglismaa rannikuni.
Autosub 6000 on 5,5 meetri pikkune sigaritaoline seade, mille propellereid ajab ringi elektrimootor. Viimane omakorda saab energiat spetsiaalsetelt rõhkutaluvatelt liitium-polümeerakudelt. Pinnale tõustes saadab robot oma GPS-koordinaadid uurimislaevale raadio teel, kuid vee all juhindub see lähestikku paigutatud vastuvõtumoodulitega sonarist USBL (Ultra-Short Baseline), mille transponder on robotil, ning mõõteseade ehk transiiver laeva küljes. Seade töötab põhimõttel, et laevalt saadetakse signaal, millele roboti transponder vastab. Vastuse saabumise viite järgi arvutatakse roboti kaugus laevast ning signaali saabumise nurk leitakse mitmesse lähestikku paigutatud vastuvõtumoodulisse saabunud signaali faasivahest. Arvutuse tulemused saadetakse sonariga allveerobotile.
Kindlasti kuuleme Autosub 6000 abil saadud teadustulemustest tulevikuski, sest projekti üheks eesmärgiks on aastaks 2012 välja töötada iseseisvalt ülipikki vahemaid ehk tuhandeid kilomeetreid läbida suutev Autosub.
Teaduse teenistuses allveerobotid Eestis
Ka Eestis tegeletakse autonoomsete allveerobotitega. Näiteks Tallinna Tehnikaülikooli Biorobootika Keskuses on koostöös TÜ Tehnoloogiainstituudiga üheks uurimissuunaks "tehiskala" ehitamine, millega saaks jälgida põhjataimestiku arengut madalas rannikuvees. 1980. aastate alguses töötati Eesti TA Termofüüsika Instituudis välja ja valmistati Eesti TA Spetsiaalse Konstrueerimise Büroos laeva järel veetav mõõteseade, mida kasutati termokliini ehk järsult muutuva temperatuuri ja soolsusega veekihi uurimiseks Läänemeres. Aparaat suutis sukelduda kuni 150 meetri sügavusele ja kanda kahte sondi.
Kindlasti võiksid autonoomsed allveerobotid tulevikus olla rohkem abiks ka teadlastele, kes tegelevad maailma ühes saastatumas meres - Läänemeres - toimuvate protsesside uurimise ja olukorra jälgimisega.
JUHAN ERNITS (1974) on õppinud Tallinna Tehnikaülikoolis arvutiteadust, tehnikateaduste doktor. Töötab Tallinna Tehnikaülikooli arvutiteaduse instituudis ja TTÜ Küberneetika Instituudis teadurina. Uurimistemaatikaks on tarkvaramahukate süsteemide mudelipõhine testimine.
LOE VEEL
Autosub6000 - UK Robot submarine successfully completes first science mission
