Autonome Unterwasserfahrzeuge (AUV)

AUVs arbeiten ohne Echtzeit-Steuerung durch Menschen, sondern verlassen sich stattdessen auf Bordcomputer, Navigationssysteme und Missionsplanungssoftware, um komplexe Aufgaben selbstständig zu erledigen. Ihre Fähigkeit, detaillierte wissenschaftliche Daten zu sammeln und schwierige Unterwasserumgebungen zu untersuchen, macht sie in vielen Bereichen unverzichtbar. Ob es um die Kartierung des Meeresbodens, die Unterstützung von Pipeline-Inspektionen oder die Erforschung mariner Lebensräume geht – AUVs bieten unübertroffene Vielseitigkeit und Leistung.

Was ist ein AUV und wie unterscheidet es sich von einem ROV?

Ein autonomes Unterwasserfahrzeug (AUV) ist ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug (UUV), das sich ohne Eingriffe eines Bedieners durch das Wasser bewegt. Im Gegensatz zu ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs), die an ein Oberflächenfahrzeug angebunden sind und in Echtzeit von einem menschlichen Piloten gesteuert werden, sind AUVs so vorprogrammiert, dass sie autonom navigieren, Daten sammeln und zurückkehren. Dadurch eignen sich AUVs ideal für längere Einsätze in tiefen oder gefährlichen Umgebungen, in denen ein kabelgebundener Betrieb unpraktisch oder unmöglich ist.

ROVs bieten den Vorteil einer unmittelbaren menschlichen Überwachung, was für komplexe oder heikle Eingriffe wie die Handhabung von Geräten oder Unterwasserreparaturen von entscheidender Bedeutung sein kann. Im Gegensatz dazu eignen sich AUVs hervorragend für lang andauernde Aufgaben wie hydrografische Vermessungen, Kartierung des Meeresbodens und Umweltbewertungen, bei denen ihre Autonomie die Effizienz erhöht und die Betriebskosten senkt.

[Bildunterschrift id=“attachment_22010″ align=“aligncenter“ width=“1000″] Hydrus Micro Hovering AUV von Advanced Navigation[/caption]

Arten von autonomen Unterwasserfahrzeugen

AUVs gibt es in verschiedenen Formen und Größen, die auf bestimmte Missionen und Umgebungen zugeschnitten sind. Zu den gängigen Kategorien gehören:

• Tragbare AUVs: Diese leichten und kompakten Fahrzeuge sind für den einfachen Einsatz und die einfache Bergung durch kleine Teams konzipiert und werden häufig bei Küstenvermessungen oder Such- und Bergungsaktionen eingesetzt.
• AUV mit großem Hubraum: Diese Fahrzeuge sind für Tiefsee- und Langstreckenmissionen ausgerüstet und zeichnen sich durch eine höhere Ausdauer und Nutzlastkapazität aus. Sie eignen sich für ozeanografische Forschungen und Offshore-Energieinspektionen.
• Schwebende AUV: Diese kombinieren die Manövrierfähigkeit von ROV mit der Autonomie von AUV und eignen sich ideal für Aufgaben, die eine Inspektion aus nächster Nähe erfordern, wie z. B. Damm- oder Rumpfvermessungen.
• Hybride AUV/ROV-Systeme: Diese Systeme können sowohl autonom als auch ferngesteuert betrieben werden und bieten Flexibilität für komplexe oder dynamische Missionen.
• Unterwassergleiter: Gleiter arbeiten ohne Propeller, sondern nutzen stattdessen Änderungen der Auftriebskraft und hydrodynamische Flügel, um durch den Ozean zu gleiten.

Anwendungen von AUVs

AUVs sind für eine Vielzahl von Meeresoperationen unverzichtbar:

• Meeresbiologie und Kartierung von Lebensräumen: Sie werden eingesetzt, um Ökosysteme zu beobachten, Arten zu verfolgen und Wasser- und Sedimentproben mit minimalen Störungen zu entnehmen.
• Ozeanographie und Klimaforschung: Einsatz zur Messung von Salzgehalt, Temperatur, Trübung und gelöstem Sauerstoff, was zur langfristigen Umweltüberwachung beiträgt.
• Umweltbewertung und Katastrophenhilfe: Einsatz bei der Analyse von Ölverschmutzungen, der Überwachung der Küstenerosion und der Bewertung des Meeresbodens nach Tsunamis.
• Unterwasserarchäologie und -geologie: Einsatz zur Kartierung von Unterwasserstrukturen, Schiffswracks und geologischen Formationen mit hochauflösenden Sonaren und Laserscannern.

Infrastrukturinspektion: Von entscheidender Bedeutung für die Begutachtung von Unterwasserpipelines, Kabeln, Häfen und Offshore-Plattformen.

• Verteidigung und Sicherheit: Einsatz bei Minenbekämpfung, Zielidentifizierung, militärischer Überwachung sowie der Ortung und Beseitigung von Blindgängern (UXO).
• Suche und Bergung: Ausgestattet mit HD-Videokameras, Sonar und Manipulatoren zum Auffinden und Bergen von Gegenständen, die auf See verloren gegangen sind.

Öl- und Gasförderung: Unterstützung bei der Kartierung des Meeresbodens, der Überwachung von Pipelines und der Bewertung der Auswirkungen auf Lebensräume bei Offshore-Operationen.

Kerntechnologien in AUVs

Guardian AUV von Cellula Robotics

Die Effektivität von AUVs beruht auf der Integration fortschrittlicher Subsysteme, die einen unabhängigen Betrieb und eine robuste Datenerfassung ermöglichen. Zu den Schlüsseltechnologien gehören:

• Navigationssysteme: AUVs nutzen Trägheitsnavigationssysteme (INS), Doppler-Geschwindigkeitsmesser (DVL), GNSS (bei Auftauchen) und akustische Positionierungssysteme wie USBL und LBL für eine präzise Unterwassernavigation.
• Sensoren und Instrumente: Zu den gängigen Nutzlasten gehören Sonare (Seitensichtsonar, Multibeam-Sonar, Synthetic Aperture Sonar), Magnetometer, Höhenmesser, Temperatur- und Drucksensoren sowie Trübungssensoren. Fluorometer, Salzgehaltssensoren und CTD-Sensoren unterstützen die wissenschaftliche Forschung, während HD-Videokameras und Laserscanner die visuelle Datenerfassung verbessern.

Antrieb und Mobilität: Triebwerke und vektorielle Antriebssysteme ermöglichen eine präzise Steuerung und Schwebefähigkeiten. Einige Modelle verwenden variable Ballastsysteme oder Auftriebsmotoren zur Tiefenkontrolle.

• Energiesysteme: Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Dichte, Brennstoffzellen und fortschrittliche Batteriemanagementsysteme ermöglichen Langzeitmissionen, die häufig durch Ladestationen oder autonome Andocksysteme unterstützt werden.
• Datenverarbeitung und Datenmanagement: Bordcomputer, Edge-Verarbeitungsmodule und KI-Prozessoren übernehmen die Echtzeit-Entscheidungsfindung, die Hindernisvermeidung und die Datenprotokollierung. Mit Hilfe von Missionsplanungssoftware werden Ziele vordefiniert und an die Missionsanforderungen angepasst.
• Kommunikationssysteme: AUVs kommunizieren unter Wasser über akustische Modems und an der Oberfläche über SATCOM- oder RF-Baken. Telemetriesysteme ermöglichen eine begrenzte Echtzeit-Datenübertragung während des Betriebs.

Designüberlegungen für missionsspezifische AUVs
Das Design von AUVs wird von den Missionszielen und Betriebsbedingungen beeinflusst. Zu den Faktoren zählen Größe, Gewicht, Ausdauer, Sensorkonfiguration und Modularität der Nutzlast. Zum Beispiel:

• Leichte AUVs für Aufgaben in flachen Gewässern legen Wert auf eine kompakte Form und einfache Einsatzbereitschaft.
• Bei Langstrecken-AUVs für Polar- oder Tiefseeeinsätze stehen Energieeffizienz, robuste Isolierung und Advanced Navigation in Umgebungen ohne GPS-Empfang im Vordergrund.
• Die Flexibilität der Nutzlast ist für Forschungsmissionen von entscheidender Bedeutung, da sie die Integration von kundenspezifischen wissenschaftlichen Instrumenten oder Probenahmesystemen ermöglicht.
• Die robuste Konstruktion und der syntaktische Schaumstoff sorgen für Auftrieb und halten dem Druck in der Tiefsee stand.

Sich weiterentwickelnde Fähigkeiten und zukünftige Trends

AUVs in der Meereswissenschaft und darüber hinaus

Autonome Unterwasserfahrzeuge verändern unsere Möglichkeiten, die Meeresumwelt zu erforschen, zu verwalten und mit ihr zu interagieren. Mit ihrer unübertroffenen Autonomie, Präzision und Vielseitigkeit prägen AUVs weiterhin die Zukunft der ozeanografischen Forschung, des Unterwasser-Infrastrukturmanagements und des Umweltschutzes. Ob in Polareis, tiefen Gräben oder Küstenökosystemen – AUVs stehen an der Spitze der Meereswissenschaft und -technologie und bieten Einblicke und Möglichkeiten, die früher unerreichbar waren.