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Aug 10, 2023

Untersuchung des Klimawandels mit einer Eisradardrohne

Dieses preisgünstige System erkundet das Eis, um seine Geheimnisse zu entdecken. Peregrine, ein drohnenbasiertes Eisdurchdringungsradarsystem, wurde im März über dem norwegischen Slakbreen-Gletscher getestet. Ich stehe oben drauf

Dieses Budgetsystem erforscht das Eis, um seine Geheimnisse zu entdecken

Peregrine, ein drohnenbasiertes Eisdurchdringungsradarsystem, wurde im März über dem norwegischen Slakbreen-Gletscher getestet.

ICH'Ich stehe oben aus 100 Metern Eishöhe und beobachtete, wie eine Drohne den Slakbreen-Gletscher auf dem norwegischen Spitzbergen-Archipel, mehr als 600 Kilometer nördlich des Festlandes, kreuz und quer überquerte. Ich gehöre zu einem Team, das Peregrine testet – ein unbemanntes Starrflügelflugzeug (UAV), das mit einem miniaturisierten Eisdurchdringungsradar ausgestattet ist, das das Gletschereis bis hinunter zum Grundgestein abbilden kann.

Die Temperatur beträgt –27 °C und sinkt bei Windkälte auf unter –40 °C – deutlich unter der Betriebstemperatur der meisten kommerziellen Geräte, die wir für diese Expedition mitgebracht haben. Unsere Telefone, Laptops und Kameras versagen schnell. Der letzte unserer Computer, der noch funktioniert, steht auf einem kleinen Heizkissen in seinem eigenen kleinen Zelt.

So rau das Wetter hier auch ist, wir beabsichtigen, Peregrine unter noch härteren Bedingungen einzusetzen und regelmäßig die Eisschilde der Antarktis und Grönlands zu untersuchen. Diese großen Massen speichern genug Wasser, um den globalen Meeresspiegel um 65 Meter anzuheben, wenn sie vollständig schmelzen. Obwohl erwartet wird, dass keiner der Eisschilde in absehbarer Zeit vollständig schmelzen wird, sind aufgrund ihres unglaublichen Ausmaßes selbst kleine Veränderungen von Bedeutung für die Zukunft unseres Planeten. Und die Daten, die Peregrine sammeln wird, werden Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie diese kritischen Gebiete auf den Klimawandel reagieren werden.

Thomas Teisberg, promovierter Elektroingenieur. Kandidat an der Stanford University, startet Peregrine am norwegischen Slakbreen-Gletscher.

Wissenschaftler untersuchen seit langem Veränderungen in der Oberflächenhöhe von Eisschilden mithilfe von Daten, die von satellitengestützten Laserhöhenmessern gesammelt wurden. Diese Daten stammen zum großen Teil von ICESat, der 2003 gestartet wurde, und seinem Nachfolger, ICESat-2, der 2018 gestartet wurde. Mit Informationen von diesen NASA-Satelliten messen Wissenschaftler die Höhenänderung, aus der sie die Nettoauswirkungen der Oberfläche ableiten Prozesse wie Schneefall und Schmelzen sowie die Geschwindigkeit, mit der die Eisschilde Eisberge in den Ozean entlassen.

Diese Messungen sind zwar wichtig, aber die Laseraltimetrie liefert keine direkten Informationen darüber, was unter der Oberfläche passiert, einschließlich der Art und Weise, wie sich das Eis verformt und wie es über das darunter liegende Gestein gleitet.

Und während wir versuchen zu verstehen, wie Eisschilde auf neue Klimaextreme reagieren, sind diese Prozesse von entscheidender Bedeutung. Wie wirken sich Temperaturänderungen auf die Geschwindigkeit aus, mit der sich Eis unter seinem eigenen Gewicht verformt? Inwieweit wird flüssiges Wasser, das den Boden eines Gletschers erreicht, dessen Bett schmieren und dazu führen, dass das Eis schneller in den Ozean rutscht?

Um Antworten auf diese Fragen zu erhalten, muss man unter die Oberfläche blicken. Hier kommt das Eisradar (IPR) zum Einsatz, eine Technologie, die Radiowellen nutzt, um die inneren Schichten von Gletschern und das darunter liegende Bett abzubilden. Im Gegensatz zu anderen arbeitsintensiveren Methoden wie dem Bohren von Bohrlöchern oder dem Aufstellen von Geophonen zur Erfassung seismischer Daten wurden IPR-Systeme seit ihren Anfängen in Flugzeugen geflogen.

Peregrine landet nach einem Testflug in Norwegen.

In den 1960er Jahren wurde im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit ein Lockheed C-130 Hercules-Transporter der US Navy in ein IPR-Datenerfassungsflugzeug umgebaut. Das Projekt (auf das ich in einem etwas ausführlicher eingehen werde) hat gezeigt, dass es möglich war, diese Art von Daten selbst aus den entlegensten Teilen der Antarktis schnell zu sammeln. Seitdem sind die IPR-Instrumente immer besser geworden, ebenso wie die Mittel zur Analyse der Daten und deren Nutzung zur Vorhersage des künftigen Anstiegs des Meeresspiegels.

Mittlerweile haben sich die Flugzeuge, mit denen die Daten erfasst werden, vergleichsweise wenig verändert. Moderne Instrumente werden häufig auf DHC-6 Twin Ottern von de Havilland Canada geflogen, bei denen es sich um zweimotorige Turboprops handelt, oder auf Basler BT-67, bei denen es sich um modifizierte Douglas DC-3 handelt. (Einige Basler, die heute Missionen in der Antarktis fliegen, haben in ihrem früheren Leben Einsätze im Zweiten Weltkrieg geflogen.) Und obwohl die Unterstützung für diese Einsätze von Land zu Land unterschiedlich ist, übersteigt die Nachfrage nach neuen Daten die Fähigkeit bemannter Flugzeuge, diese zu sammeln – zumindest mit einem Preis Etikett, das es nur für die am besten finanzierten Betriebe unerreichbar macht.

Heutzutage sollte es nicht mehr so ​​schwierig sein, solche Daten zu sammeln.

Aus diesem Grund entwickeln ich und andere Studenten im Stanford Radio Glaciology-Labor von Dustin Schroeder mehrere neuartige Eisdurchdringungsradarsysteme, darunter Peregrine.

Peregrine ist ein modifiziertes UAV mit einem miniaturisierten Eisdurchdringungsradar, das wir rund um ein softwaredefiniertes Radio entwickelt haben. Das Radarsystem wiegt weniger als ein Kilogramm – ein Federgewicht im Vergleich zu herkömmlichen IPR-Systemen, die in bemannten Flugzeugen ganze Geräteschränke beanspruchen. Das Gesamtpaket – Drohne plus Radarsystem – kostet nur ein paar tausend Dollar und lässt sich in einem einzigen robusten Koffer verstauen, der etwa die Größe eines großen aufgegebenen Gepäckstücks hat.

Aber um wirklich zu verstehen, warum wir das Gefühl hatten, dass wir Peregrine jetzt in die Welt bringen müssen, müssen Sie etwas über die Geschichte der Datenerfassung mit Eisradar wissen.

Die ersten groß angelegten IPR-Erkundungen der Antarktis begannen Ende der 1960er Jahre, als eine Gruppe amerikanischer, britischer und dänischer Geowissenschaftler eine Reihe von Radarantennen unter den Tragflächen einer C-130 montierte. Vor GPS zeichnete das Projekt Flugrouten mithilfe interner Navigationssysteme und bekannter Bodenwegpunkte auf. Das System zeichnete Radarechos mithilfe einer Kathodenstrahlröhre auf, die so modifiziert wurde, dass sie eine vorbeiziehende Rolle optischen Films abtastete, die die Forscher durch handschriftliche Notizen ergänzten. Dabei entstanden Hunderte Filmrollen und Stapel Notizbücher.

Nach dem Ende des Projekts im Jahr 1979 begannen verschiedene nationale Programme mit der Durchführung regionaler Untersuchungen sowohl in der Antarktis als auch in Grönland. Obwohl ihr Umfang anfangs begrenzt war, wuchsen diese Programme und begannen, was entscheidend war, mit der Erfassung digitalisierter Daten, die mit GPS-Koordinaten versehen waren.

Der Slakbreen-Gletscher im norwegischen Spitzbergen-Archipel [vergrößerte Ansicht] im kältesten Teil des Landes wurde zum Testen von Peregrine ausgewählt, da er wahrscheinlich kein flüssiges Wasser enthält, das die Abbildung des Grundgesteins darunter beeinträchtigen würde.

In den späten 2000er Jahren erlebte die IPR-Erhebung einen unerwarteten Aufschwung. ICESat verlor nach nur 36 Tagen Datenerfassung im Jahr 2003 einen Laserhöhenmesser, und Ende 2009 funktionierten alle Laser des Satelliten nicht mehr. Die Probleme der Laseraltimetrie scheinen in keinem Zusammenhang mit flugzeuggestützten IPR-Erhebungen zu stehen. Doch da ICESat-2 noch Jahre vom Start entfernt ist und ein günstiges politisches Umfeld für die öffentliche Finanzierung der Erdwissenschaften in den Vereinigten Staaten herrscht, organisierte die NASA die Operation IceBridge, eine groß angelegte flugzeuggestützte Kampagne, um die Datenlücke bei der Laseraltimetrie in Grönland und Umgebung zu schließen Antarktis.

Obwohl der Hauptzweck darin bestand, Laseraltimetrie zu sammeln, bedeutete der Einsatz von Flugzeugen anstelle von Satelliten, dass andere Instrumente problemlos hinzugefügt werden konnten. Zu dieser Zeit hatten zwei US-Institutionen – das University of Texas Institute for Geophysics und das Center for Remote Sensing and Integrated Systems (CReSIS) an der University of Kansas – verbesserte IPR-Instrumente entwickelt, sodass IPR bereit war, mitzumachen.

Zwischen 2009 und 2019 flogen die Flugzeuge der Operation IceBridge mehr als 350.000 Kilometer über die Antarktis und sammelten dabei IPR-Daten. Im selben Zeitraum finanzierte das Programm Investigating the Cryospheric Evolution of the Central Antarctic Plate (ICECAP) der National Science Foundation mehr als 250.000 Kilometer zusätzlicher antarktischer IPR-Daten.

Die Operation IceBridge ermöglichte einen enormen Anstieg der Menge der weltweit gesammelten IPR-Daten. Während andere Organisationen auf der ganzen Welt ebenfalls Daten zu geistigen Eigentumsrechten sammelten und weiterhin sammeln, insbesondere der British Antarctic Survey und das Alfred-Wegener-Institut, hat IceBridge die von den USA durchgeführte Datenerfassung von einer nahezu vernachlässigbaren Größe in den meisten Jahren zur Hauptdatenquelle während des Projekts gemacht war in Betrieb.

Während Peregrine über dem Slakbreen-Gletscher in die Luft steigt, sind die roten Antennen des Systems unter den Flügeln deutlich sichtbar.Eliza Dawson

Im Jahr 2018 startete IceSat-2 und läutete damit das Ende der Operation IceBridge ein. Einige IPR-Erhebungen wurden fortgesetzt, aber die Datenerhebungsrate seit 2018 blieb deutlich hinter der wissenschaftlichen Nachfrage nach solchen Beobachtungen zurück.

Der Bedarf an besseren Instrumenten zur Eisüberwachung wird durch einen jüngsten Wandel bei der Art der IPR-Daten verstärkt, die Wissenschaftler als wichtig erachten. In der Vergangenheit wurden diese Radarmessungen verwendet, um die Dicke des Eises über seinem Gesteins- oder Sedimentbett zu bestimmen.

Mit einigen Ausnahmen ändert sich die Betttopographie nicht auf für den Menschen relevanten Zeitskalen. Daher könnte das Sammeln dieser Art von IPR-Daten im Allgemeinen eine einmalige – oder zumindest seltene – Übung sein, die endet, sobald genügend Daten gesammelt wurden, um eine ausreichend detaillierte Karte des Untergrunds eines Gletschers oder einer Eisdecke zu erstellen.

Aber die Tiefe des Eises bis zum Grund ist nicht die einzige wichtige Information, die unter der Oberfläche verborgen ist. Zum einen offenbaren IPR-Daten interne Schichten im Eis, die durch Veränderungen in der Zusammensetzung des gefallenen Schnees verursacht werden. Die Form dieser inneren Schichten gibt Hinweise auf die aktuellen und vergangenen Strömungen des Eises.

Peregrine flog ein Muster [links, rote Linie], das sich über ein Gebiet von etwa 0,6 Quadratkilometern über dem Tellbreen-Gletscher erstreckte, ebenfalls auf dem Spitzbergen-Archipel. Das eisdurchdringende Radar der Drohne kartierte den Boden unter dem Gletscher und auch die Schichten darin. Die aus den Daten erstellte 3D-Visualisierung [rechts] zeigt diese Schichten als schwache Linien und das Grundgestein als hellere Linie. Links: Chris Philpot; Quelle: Stanford Radio Glaciology Lab; Rechts: Thomas Teisberg

Wissenschaftler können auch das Reflexionsvermögen des Bodens untersuchen, was Aufschluss über die Wahrscheinlichkeit geben kann, dass sich dort flüssiges Wasser befindet. Und das Vorhandensein von Wasser kann Hinweise auf die Temperatur des umgebenden Eises geben. Das Vorhandensein von Wasser spielt eine entscheidende Rolle dabei, wie schnell ein Gletscher fließt, da Wasser die Basis des Gletschers schmieren kann, was zu einem schnelleren Gleiten und damit zu einem schnelleren Massenverlust führt.

Dabei handelt es sich allesamt um dynamische Beobachtungen, die sich jährlich oder sogar saisonal ändern können. Es reicht also nicht aus, nur alle paar Jahre eine Radaruntersuchung durchzuführen.

Es ist schwierig, mit nur bemannten Flügen häufiger Daten zu sammeln – sie sind teuer und logistisch anspruchsvoll und stellen in rauen Umgebungen ein Risiko für Menschen dar. Die Hauptfrage beim Ersatz bemannter Flugzeuge ist, in welche Richtung man fliegen soll – nach oben (eine Konstellation von Satelliten) oder nach unten (eine Flotte von UAVs)?

Eine Handvoll Satelliten könnten eine globale Abdeckung und häufige Wiederholungsmessungen über viele Jahre hinweg gewährleisten, aber es ist nicht die ideale Plattform für Eisdurchdringungsradar. Um die gleiche Leistung pro Flächeneinheit auf der Eisoberfläche zu erzeugen wie ein 1-Watt-Sender auf einem UAV, der in 100 Metern Höhe fliegt, bräuchte ein Satellit im Orbit in 400 Kilometern Höhe einen etwa 15-Megawatt-Sender – das ist mehr als dreimal so viel wie die maximale Leistung, für die die Starlink-Satelliten von SpaceX von der Federal Communications Commission lizenziert wurden.

Eine weitere Herausforderung ist Unordnung. Stellen Sie sich vor, Sie hätten eine Antenne, die Leistung hauptsächlich innerhalb eines 10-Grad-Kegels abstrahlt. Sie versuchen, den Boden der Eisdecke 1,5 km unter der Eisoberfläche zu beobachten, aber in 35 km Entfernung befindet sich eine Bergkette. Ab einer Höhe von 400 km wird diese Bergkette auch von Ihrer Antenne beleuchtet und reflektiert die Energie viel stärker als das Echo vom Boden der Eisdecke, das durch die 1,5 km Eis, die sie in jeder Richtung durchquert, gedämpft wird.

Am anderen Ende des Spektrums an Optionen stehen UAVs, die noch näher an das Eis heranfliegen als bemannte Flugzeuge. Forscher interessieren sich seit mindestens einem Jahrzehnt für das Potenzial von UAV-gestützten Radarsystemen zur Abbildung von Eis. Im Jahr 2014 brachte CReSIS ein funkgesteuertes Flugzeug mit einer Spannweite von 5 Metern und einer miniaturisierten Version seines IPR-Systems auf den Markt. Das Design nutzte geschickt die vorhandene Flügelgeometrie, um Niederfrequenzantennen bereitzustellen, allerdings mit einer geringen Bandbreite, die die Datenqualität einschränkte.

Seit dieser wegweisenden Demonstration hat sich ein Großteil der Forschungsschwerpunkte auf höherfrequente Systeme verlagert, manchmal auch Schneeradare genannt, die dazu dienen, die nahe Oberfläche abzubilden, um Bergschneedecken, die Schneedecke auf Meereis und die Schichtstruktur in den obersten Metern besser zu verstehen von Eisschilden. CReSIS hat sein Schneeradar an einem kleinen autonomen Hubschrauber getestet; Kürzlich hat es sich mit der NASA und Vanilla Unmanned zusammengetan, um sein Schneeradar auf einem riesigen UAV mit einer Spannweite von 11 Metern zu fliegen, das tagelang in der Luft bleiben kann.

Es besteht jedoch immer noch Bedarf an IPR-Bildgebung durch Eisschichten hindurch, mit einer ausreichend hohen Bandbreite zur Unterscheidung innerer Schichten und einem Preis, der eine weitverbreitete Nutzung ermöglicht.

Das softwaredefinierte Radio und andere elektronische Geräte, aus denen das Eisradar besteht, sind abgeschirmt, um Störungen mit GPS-Signalen zu vermeiden, und sitzen in der Nase. Chris Philpot

Hier kommt Peregrine ins Spiel. Das Projekt wurde 2020 gestartet, um ein kleineres und erschwinglicheres System als die zuvor versuchten zu bauen, was nun durch Fortschritte bei Starrflügel-UAVs und miniaturisierter Elektronik ermöglicht wird.

Wir wussten, dass wir die Rechte des geistigen Eigentums nicht mit Standardsystemen umsetzen konnten. Wir mussten bei Null anfangen, um ein System zu entwickeln, das klein und leicht genug war, um auf ein kostengünstiges UAV zu passen.

Wir haben uns für die Verwendung der Software-Defined-Radio-Technologie (SDR) für unsere Radargeräte entschieden, da diese HF-Sender und -Empfänger in hohem Maße anpassbar sind und einen Großteil der Komplexität des Systems von der Hardware auf die Software verlagern. Mit einem SDR passt ein komplettes Radarsystem auf ein paar kleine Platinen.

Von Anfang an blickten wir über unser erstes Projekt hinaus und entwickelten Software, die auf der Anwendungsprogrammierschnittstelle USRP Hardware Driver von Ettus aufbaut und mit einer Vielzahl softwaredefinierter Funkgeräte verwendet werden kann, deren Kosten zwischen 1.000 und 30.000 US-Dollar liegen und die Masse ab Dutzende Gramm bis mehrere Kilogramm.

Thomas Teisberg kauert über einem Laptop, teilweise von einem kleinen Zelt vor der Kälte geschützt [links]. Das Stativ unterstützt das Funkgerät, das zur Kommunikation mit der Drohne verwendet wird. Später trägt Teisberg Peregrine nach einem Testflug zurück zum Team [rechts]. Die Tests wurden im Rahmen eines Feldkurses durchgeführt, der vom Universitätszentrum in Spitzbergen (UNIS) angeboten wurde. Eliza Dawson

Wir haben einen Raspberry Pi-Einplatinencomputer hinzugefügt, um unser softwaredefiniertes Radio zu steuern. Der Raspberry Pi ist außerdem mit einem Netzwerk von Temperatursensoren verbunden, sodass wir sicher sein können, dass nichts in unserem System zu heiß oder zu kalt wird.

Der SDR selbst hat zwei Seiten: eine zum Senden des Radarsignals und eine zum Empfangen der Echos, die jeweils über Verstärker und Filter mit unseren maßgeschneiderten Antennen verbunden sind. Dieses gesamte System wiegt etwas unter 1 Kilogramm.

Die Konstruktion dieser Antennen war schwierig. IPR-Antennen erfordern relativ niedrige Frequenzen (da höhere Frequenzen durch Eis stärker gedämpft werden) und verfügen über relativ große Bandbreiten (um eine ausreichende Entfernungsauflösung zu erreichen). Normalerweise würden diese Kriterien eine große Antenne bedeuten, aber unser kleines UAV kam mit einer großen, schweren Antenne nicht zurecht.

Ich habe zunächst über eine Standard-Bowtie-Antenne nachgedacht, ein Typ, der üblicherweise in bodengestützten Radarsystemen verwendet wird. Das ursprüngliche Design war viel zu groß, um auch nur eine Antenne, geschweige denn zwei, in unser kleines UAV zu passen. Daher habe ich mithilfe eines digitalen Modells der Antenne die Geometrie angepasst, um einen akzeptablen Kompromiss zwischen Größe und Leistung zu finden, zumindest gemäß der von mir verwendeten Simulationssoftware.

Außerdem habe ich unterwegs mehrere Prototypen gebaut, um zu verstehen, wie sich die tatsächliche Antennenleistung von meinen Simulationen unterscheiden könnte. Das erste davon habe ich aus Kupferband gemacht, das ich ausgeschnitten und auf Plastikfolien geklebt habe. Die späteren und endgültigen Versionen habe ich als Leiterplatten hergestellt. Nach ein paar Iterationen hatte ich eine funktionierende Antenne, die flach unter jedem Flügel unseres winzigen Flugzeugs montiert werden konnte.

Für die Drohne begannen wir mit einem Bausatz für ein ferngesteuertes X-UAV Talon-Flugzeug, der einen Schaumstoffrumpf, ein Leitwerk und Flügel umfasste. Wir wussten, dass jedes Stück leitfähiges Material im Flugzeug die Leistung der Antenne beeinträchtigen würde, möglicherweise auf unerwünschte Weise. Tests zeigten, dass der Kohlefaserholm zwischen den Flügeln und die Drähte zu den Servomotoren in jedem Flügel problematische Leiterbahnen zwischen den Antennen bildeten. Deshalb haben wir den Kohlefaserholm durch einen Glasfaserholm ersetzt und Ferritperlen an der Servoverkabelung angebracht als Tiefpassfilter wirken.

Ich dachte, wir wären bereit. Doch als wir unser UAV auf ein Feld in der Nähe unseres Labors brachten, stellten wir fest, dass wir bei aktivem Radarsystem keine GPS-Ortung für die Drohne erhalten konnten. Nach anfänglicher Verwirrung entdeckten wir die Ursache der Störung: die USB 3.0-Schnittstelle unseres Systems. Um dieses Problem zu lösen, habe ich eine Plastikbox entworfen, die den Raspberry Pi und das SDR umschließt, sie in 3D gedruckt und mit einer dünnen Schicht Kupferband umwickelt. Dadurch wurde der störende USB-Schaltkreis so weit abgeschirmt, dass er den Rest unseres Systems nicht beeinträchtigte.

Endlich konnten wir unsere kleine Radardrohne über einen ausgetrockneten Seegrund auf dem Stanford-Campus fliegen. Obwohl unser System nicht durch Schmutz hindurch Bilder abbilden kann, konnten wir eine starke Reflexion von der Oberfläche erzielen und wussten zu diesem Zeitpunkt, dass wir einen funktionierenden Prototyp hatten.

Thomas Teisberg überprüft einige der von Peregrine aufgezeichneten Daten. Die kleine Box auf seinem Schreibtisch mit angeschlossenen Kabeln ist Teil von Peregrines Nutzlast, einem Paket, das ein softwaredefiniertes Radio, einen Raspberry Pi und andere in Kupferabschirmung gehüllte Elektronik umfasst. In dieser zweidimensionalen Aufzeichnung der Daten [oben] sind die Oberfläche des Eises und die Form des Grundgesteins deutlich sichtbar. Oben: Thomas Tesiberg; Oben: Mai Bui

Dank der Hilfe und Großzügigkeit lokaler Mitarbeiter der Universität Island und eines Zuschusses der NASA führten wir sechs Monate später unsere ersten realen Tests auf der isländischen Vatnajökull-Eiskappe durch. Das war ein guter Ort, denn von Zeit zu Zeit spuckt ein nahegelegener Vulkanausbruch vulkanisches Material namens Tephra über die Oberfläche der Eiskappe. Diese Tephra wird schließlich unter neuem Schnee begraben und bildet eine Schicht unter der Oberfläche. Wir gingen davon aus, dass diese Schichten als guter Ersatz für die innere Schichtung des Eises in Grönland und der Antarktis dienen würden. Obwohl die Fülle an flüssigem Wasser im relativ warmen Vatnajökull-Eis unser System daran hinderte, mehr als mehrere Dutzend Meter unter der Oberfläche zu sondieren, waren diese Tephra-Schichten bei unseren Radarmessungen erkennbar.

Doch diese ersten Versuche verliefen nicht durchweg gut. Nach einem unserer Testflüge stellte ich fest, dass es sich bei den von uns gesammelten Daten fast ausschließlich um Lärm handelte. Wir haben jede Komponente und jedes Kabel getestet, bis ich festgestellt habe, dass die Abschirmung eines der Koaxialkabel gebrochen war und nur zeitweise eine Verbindung hergestellt werden konnte. Mit einem Ersatzkabel und einem großzügigen Auftrag von Heißkleber konnten wir den Rest unserer Tests abschließen.

Für unsere nächste Testrunde wollten wir das Grundgestein unter einem Gletscher abbilden, nicht nur die inneren Schichten. Und deshalb landeten wir im März dieses Jahres auf einem Gletscher im kältesten Teil Norwegens, wo flüssiges Wasser im Eis unsere Messungen weniger wahrscheinlich beeinträchtigte. Dort konnten wir das Bett des Gletschers bis zu 150 Meter unter der Oberfläche, an der wir flogen, fotografieren. Entscheidend ist auch, dass wir uns davon überzeugt haben, dass unser System in den rauen Umgebungen, denen wir es in der Antarktis und in Grönland erwarten, ordnungsgemäß funktionieren wird.

Unser derzeitiges System ist relativ klein. Es wurde so konzipiert, dass es kostengünstig und tragbar ist, sodass Forschungsteams es problemlos auf Expeditionen zu weit entfernten Orten mitnehmen können. Wir wollten aber auch, dass es als Testumgebung für ein größeres UAV-gestütztes IPR-System mit einer Reichweite von etwa 800 km dient, das kostengünstig genug ist, um dauerhaft an Forschungsstationen in der Antarktis eingesetzt zu werden. Mit den 11 bestehenden Forschungsstationen als Stützpunkten könnte mindestens ein Mitglied einer solchen Drohnenflotte nahezu jeden Teil der antarktischen Küste erreichen. Obwohl dieses UAV der nächsten Generation größer und teurer als unser ursprüngliches Peregrine ist, wird es dennoch weitaus billiger und einfacher zu bedienen sein als bemannte Flugsysteme.

Der Betrieb eines größeren UAV, geschweige denn einer Flotte davon, übersteigt die Arbeit einiger Doktoranden. Studenten allein können das einigermaßen schaffen, deshalb starten wir eine Zusammenarbeit zwischen der Stanford University, der Scripps Institution of Oceanography und dem Lane Community College in Eugene, Oregon, um diese neue Plattform auf den Weg zu bringen. Wenn alles gut geht, hoffen wir, dass wir innerhalb von drei Jahren IPR-UAVs zur Vermessung der Eisschilde der Antarktis und Grönlands einsetzen können. Dies würde Wissenschaftlern zweifellos dabei helfen, die Reaktionen der Eisschilde der Erde auf den Klimawandel zu untersuchen. Da permanent eingesetzte UAVs in der Lage sind, die meisten Bereiche der aktiven Forschung abzudecken, könnten Anfragen nach neuen Daten innerhalb weniger Tage erfüllt werden. Die Erhebungen könnten in regelmäßigen Abständen über dynamische Bereiche wiederholt werden. Und wenn schnelle und unvorhersehbare Ereignisse eintreten, wie zum Beispiel der Einsturz eines Schelfeises, könnte ein UAV eingesetzt werden, um Echtzeit-Radardaten zu sammeln.

Solche Beobachtungen sind heute einfach nicht mehr möglich. Aber Peregrine und seine Nachfolger könnten das möglich machen. Die Möglichkeit, diese Art von Radardaten zu sammeln, würde Glaziologen dabei helfen, grundlegende Unsicherheiten in der Physik von Eisschilden zu klären, Prognosen zum Anstieg des Meeresspiegels zu verbessern und eine bessere Entscheidungsfindung über Abhilfemaßnahmen und Anpassungen für das zukünftige Klima der Erde zu ermöglichen.