Schutz der Tiefsee

Die Prototypen der Umwelt­überwachungs­systeme werden am Innovationszentrum für Tiefsee-Umwelt­überwachung von Werner Siemens-Stiftungsprofessor Ralf Bachmayer und seinem Team entwickelt. Im Jahr 2025 ist ein Testbetrieb in der Tiefsee vorgesehen. Danach sollen autonome Sensornetzwerke in enger Zusammenarbeit mit Firmen entwickelt werden.

Für die Entwicklung der Tiefsee-Umweltüberwachungs-Systeme stehen dem Umwelttechnologen Ralf Bachmayer zwei wissenschaftliche Mitarbeiter und zwei Techniker zur Seite. Der Austausch mit dem «MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften» an der Universität Bremen ist eng. Die Forschenden können die bereits bewährten MARUM-Geräte und autonomen Unterwasservehikel (AUV) zwecks Kartierung der Tiefsee weiterentwickeln. Insbesondere die Energiezufuhr, die Datenübertragung und das Steuern der Kamera über dem Meeresbodensind anspruchsvoll. Die unterste Schicht zwischen Wassersäule und Meeresboden ist nur teilweise felsig, meist besteht sie ähnlich wie in einem Moor aus sich auflösenden, schwebenden Partikeln, die durch die geringste Bewegung aufgewühlt werden – was das Ökosystem in der Tiefe empfindlich stört.

Ralf Bachmayer und sein Team haben ein Konzept entwickelt, das dieses Problem mithilfe von zwei miteinander kommunizierenden Unterwasserfahrzeugen löst: Ein «Mutter-U-Boot» (das bereits entwickelte Hybrid-Unterwasserfahrzeug H-ROV) beleuchtet aus gebührender Distanz den Meeresboden und macht davon grobe Übersichtsaufnahmen. Gleichzeitig steuert es ein kleines, agiles Gefährt in Bodennähe, das AUV. Dieses bewegt sich äussert behutsam und macht vom Meeresboden hochaufgelöste Nahaufnahmen, die es an das Mutter-U-Boot sendet. Das kleine AUV muss seine Lage und Orientierung auch im aufgewühlten Wasser halten können, was am Boden der Tiefsee äussert schwierig ist, da GPS nicht funktioniert und das Fahrzeug sehr leicht durch die Strömung abgedriftet werden kann. Bachmayer und sein Team haben für die Navigation des AUV ein modulares Kontrollsystem entwickelt, das Sensoren nutzt, um Tiefe, Lage und Beschleunigung zu erfassen. Ein Algorithmus verrechnet diese Signale und ermittelt daraus die gegenwärtige Orientierung und Bewegungsrichtung. Diese Informationen werden zusammen mit dem angestrebten Bewegungsprofil an die Steuerung weitergegeben und dort zu Steuersignalen für die Antriebe verarbeitet. So kann das Fahrzeug automatisch seine Lage und Orientierung im Wasser beibehalten. Erste Tests in der rauhen Nordsee waren erfolgreich. Die hochaufgelösten Aufnahmen des Meeresbodens wird das AUV voraussichtlich mit einem optischen Modem über das Mutter-U-Boot an die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler senden. Auch das optische Modem hat erste Tests im Mittelmeer erfolgreich bestanden.