Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Makers on Ice

Le détecteur de carbone TAISU de l’équipe, avec caméra de surveillance sans fil, au sommet du Bonney Riegel dans les vallées sèches de l’Antarctique.

Cet article a été publié pour la première fois dans MAKE, volume 38, page 26.

L'Antarctique casse les choses. Des éléments qui devraient être à l’état des balles meurent, et la pièce de rechange la plus proche se trouve à plus de 3 000 km, sur un continent beaucoup plus chaud et plus civilisé. Au cours de mes six voyages en Antarctique (2001-2006) dans le cadre d'une équipe de prototypage de conceptions d'alimentation alternatives, nous avons rapidement compris qu'il était essentiel de voyager avec un ensemble complet d'outils et un ensemble complet de pièces de rechange.

Quatre de mes déploiements ont eu lieu à divers endroits dans les vallées sèches de l'Antarctique, ainsi appelés parce qu'il n'y a pas eu de précipitations appréciables depuis 25 millions d'années. Dans ces camps isolés, vous n’avez que ce que vous avez apporté ou réquisitionné, et Murphy’s Law est plus que de la malchance, c’est le mode de vie.

Donc, vous êtes toujours en train de réparer des choses, ou vous vous rendez compte que vous devez faire quelque chose que vous n'avez jamais planifié chez vous, comme trouver des moyens de calibrer vos charges sur une génératrice sans aucune forme de voltmètre numérique (par exemple, une ampoule de 60 W dans un Circuit 120V = 0,5A de charge purement résistive, si vous pouvez réellement trouver une ampoule). Ou limer un tournevis pour en faire une clé hexagonale. Ça se passe tous les jours.

Une fois, j'ai réparé la ligne de vie d'un plongeur avec un Leatherman et du ruban électrique noir pour qu'il puisse effectuer une plongée sous un glacier (ces gars étaient vraiment courageux). La ligne tenue, le plongeur l'a rendue vivante et le membre autonome de l'équipe de caméras sous-marines, Jeff Blair avait conçu et construit à la maison était sécurisé dans la mer à 90 pieds sous la glace. La caméra, baptisée ROMEO (pour "l'observatoire sous-marin de micro-environnement télécommandable"), a passé toute une année à enregistrer des images de la vie marine pour le biologiste Sam Bowser, fournissant les toutes premières photos d'hiver du monde sous-marin de l'Antarctique.

L'observatoire sous-marin ROMEO est envoyé avec un plongeur à travers un trou dans la glace à Cape Evans, en Antarctique, lors de son test de shakedown.

Produire ce que nous appelons maintenant «l'énergie verte» pour divers programmes scientifiques sur la glace était apparemment l'objectif de notre petite équipe. Le Dr Tony Hansen, responsable de notre équipe, était un scientifique de l'atmosphère qui a inventé un appareil appelé Aethalometer pour mesurer les particules en suspension dans l'air. Son principe était que si les scientifiques pouvaient alimenter leur équipement sans polluer l'air qu'ils essayaient d'étudier, les données seraient plus précise.

La plupart des équipements de laboratoire utilisés en Amérique du Nord nécessitent une source 110V 60Hz. Votre scientifique atmosphérique typique n’est pas trop préoccupé par l’origine de ce pouvoir. Lorsqu'il planifie son expédition de collecte de données, il réquisitionne un hélicoptère, des tentes, des sacs de couchage, des réchauds de camping, de la nourriture - toutes les conditions nécessaires à la survie. Enfin, à un moment donné, il réquisitionne un groupe électrogène diesel de 30 kW pour alimenter son appareil de vide et son équipement de spectroscopie, sans jamais imaginer que les gaz d'échappement diesel générés par le générateur créent un effet Heisenberg massif. Vous devenez ce que vous mesurez.

Toutes les données qu'il collecte sont mesurées par rapport au bruit chimique massif introduit par son générateur. Vous avez donc cet énorme décalage CC (utiliser un terme électrique) pour les données, et tous les petits signaux sont complètement couverts.

Nous avons donc imaginé un appareil appelé Dr. Hansen, un TAISU (unité autonome autonome d’instrumentation transportable) générant 50 W en été tout au long de l’été via l’énergie solaire, et plus encore par le vent. En cours de route, nous avons découvert que nous avions parfois un peu de puissance à revendre et nous avons donc ajouté diverses webcams distantes. Nous avons fini par créer le premier réseau 801.11 dans la Taylor Valley en installant un point d’accès sans fil Cisco et des antennes à gain élevé sur le TAISU, reliant ainsi les scientifiques au réseau américain principal via la station McMurdo. Les scientifiques pouvaient littéralement ouvrir leurs ordinateurs portables sous une tente et commander de nouvelles chaussures de randonnée à REI.

Dispositif TAISU transporté par hélicoptère à son emplacement dans les vallées sèches antarctiques.

Nous avions des caméras en direct, accessibles au grand public, mais elles ont été fermées pour deux raisons. Raison n ° 1: après le 11 septembre, Homeland Security n’a pas apprécié le fait que des données en direct soient envoyées d’un réseau gouvernemental au monde civil pour quelque raison que ce soit. Oubliez le fait que la bande passante vers Mars Observer était supérieure à ce que nous pourrions obtenir d'un endroit réel sur la planète Terre - la sécurité, c'est la sécurité. Vous ne pouvez donc plus obtenir d'images en direct de notre réseau alimenté en vert. (Il y en a d'autres qui ont dupliqué le concept mais sont allés à Iridium comme épine dorsale au lieu du réseau gouvernemental. Ces appareils transmettent toujours, mais avec une bande passante terriblement réduite.) Raison 2: Aucun scientifique - ni qui que ce soit, ne veut travailler. sous le microscope indiscret d'une webcam active.

Notre équipe a construit un certain nombre d'autres appareils pour la communauté scientifique. Le Dr Blair a conçu et déployé une caméra autonome utilisée par les scientifiques pour observer une colonie de manchots bloquée après avoir été séparée de la mer par un énorme iceberg. Les caméras de Blair, Penguin Cam et ROMEO, étaient des caméras de sécurité Sony standard logées dans des boîtiers en acrylique spécialement conçus. Nous avons utilisé des microcontrôleurs PIC pour moduler la consommation d'énergie et piloter les caméras via le contrôle du réseau ou via un ensemble de prises de vue préprogrammé, puis avons stocké les images sur une carte mémoire. Notre philosophie a toujours été d'utiliser des pièces standard standard. Nous avons conçu et construit les dispositifs dans nos maisons, puis nous avons eu le plaisir de les regarder déployés dans des endroits aussi éloignés et hostiles (parfois) que la surface de Mars.

Nous avons construit et déployé une version miniature du boîtier TAISU, conçu pour être jeté hors de l'aéronef avec la charge utile d'un instrument scientifique. L'appareil communiquerait de nouveau avec «le monde» par le biais d'une connexion de modem Iridium à faible bande passante (300 bauds) automatisée.

Préparatifs en cours à New Harbour, Antarctique: une énorme tranchée dans la glace a permis au câble optique de recevoir des photos sous-marines de ROMEO.

La dernière chose que nous avons essayée, en 2006, était de développer un moyen d’alimenter un capteur distant pendant l’hiver long et froid de l’Antarctique. Contrairement aux sondes planétaires, qui peuvent être alimentées avec de petites armes nucléaires, nous avons dû trouver un moyen de garder quelque chose de chaud et de fonctionner avec du matériel standard. Tony a finalement opté pour l'utilisation de paraffine PCM organique standard, que nous avons chauffée et versée dans un grand ballon de Dewar qui contenait de l'azote liquide dans les laboratoires. Nous avons placé les instruments dans ce liquide inerte, puis enfouis dans la glace près de la station du pôle Sud. Les instruments (simples compteurs de température et de consommation électrique) ont fonctionné pendant environ 6 mois de la saison hivernale de 9 mois avant de mourir. Nous retournions à la table à dessin lorsque notre programme a pris fin.

Je ne suis plus retourné sur la glace depuis. M. Hansen continue de travailler sur des projets polaires ainsi que sur sa propre entreprise de détection du carbone. Jeff Blair a créé sa propre société en utilisant diverses formes d'instrumentation.

Mais l'esprit fabricant continue de vivre en Antarctique. Nos collègues sur la glace ont conçu et construit des objets remarquables: des ROV sous-marins équipés de caméras et de technologies de capteurs suffisamment petits pour glisser dans des trous étroits dans la glace, des dispositifs permettant de suivre les gros icebergs en provenance du continent et des capteurs permettant de capter les composants NOx gazeux provenant de la fonte des glaces.

Toutes ces choses commencent dans le garage ou le petit laboratoire de quelqu'un. Très peu de sensations fortes peuvent être battues par un hélicoptère qui déploie l'appareil que vous avez construit sur une colline isolée en Antarctique, alors que le fer à souder brûle sur vos mains et guérit encore.

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