兩艘攜帶15臺設(shè)備的帆船在去年9月開始了以加州阿拉米達為起點的航行。
圖片來源：JENNIFER KEENE, UW/JISAO AND NOAA PMEL
經(jīng)過在太平洋上近8個月的航行，兩艘7米長的帆船準備下個月返回美國加利福尼亞州。它們裝有探測海洋的傳感器，這是由總部位于加州阿拉米達的海洋科技初創(chuàng)公司——Saildrone同美國國家大氣和海洋管理局(NOAA)密切合作研發(fā)的 “半自治”無人駕駛船舶。此次航程是針對無人駕駛船舶的時間最長的測試，并且是在太平洋開展的第一次科學(xué)測試。這是在證明無人駕駛船舶能取代日漸老化且昂貴的浮標陣列方面邁出的重要一步。浮標是科學(xué)家“嗅出”擾亂氣候的厄爾尼諾事件跡象的主要方式。
二戰(zhàn)后，大多數(shù)海洋表面數(shù)據(jù)是通過船舶收集的，隨后是浮標和衛(wèi)星?，F(xiàn)在，NOAA科學(xué)家想發(fā)送無人駕駛船舶。“我們正在創(chuàng)造海洋學(xué)領(lǐng)域下一個劃時代的進步。”NOAA負責(zé)海洋和大氣研究的行政助理、代理首席科學(xué)家Craig McLean表示。未來10年內(nèi)，上百艘甚至幾千艘由太陽能和風(fēng)能驅(qū)動的無人駕駛船舶將在全球海洋中“漫游”，并且利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)送收集自海洋表面和上空大氣的信息。
對于研究厄爾尼諾—南方濤動的科學(xué)家來說，無人駕駛船舶可能不會來得太早。厄爾尼諾—南方濤動是一系列由溫暖的表面海水觸發(fā)的全球氣溫和降水變化模式。這些海水每隔幾年便會在赤道太平洋來回晃動。自上世紀80年代起，NOAA為一個被固定在太平洋海底、名為熱帶大氣海洋(TAO)陣列的浮標網(wǎng)格提供資助，旨在研究和預(yù)測這些變動。它的成功促成了印度洋和大西洋中類似浮標陣列的出現(xiàn)。
不過，在本世紀初，TAO陣列有過瀕臨“死亡”的經(jīng)歷。浮標及其系泊設(shè)備上的海洋生長物成為吸引魚類的“磁石”，而這又使其變成吸引捕魚者的“磁石”，導(dǎo)致特有的TAO網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)在全球魚類產(chǎn)量地圖上。在捕魚者將浮標拖到一邊以方便捕撈時，他們會破壞網(wǎng)格，維修工作開始聚集成堆。與此同時，預(yù)算縮減和不斷攀升的科研船只運行費用意味著極少有新浮標被部署。“這為我們所有人敲響了警鐘。”夏威夷大學(xué)海洋學(xué)家Christopher Sabine表示。
最終，美國國會恢復(fù)了對TAO陣列的資助——每年花費約1000萬美元。與此同時，目前日本在西太平洋維護著一個名為三角形跨海洋浮標網(wǎng)絡(luò)的互補陣列。但由于資助有限并且缺少維護船只，該國已經(jīng)撤掉幾乎所有浮標，從而使對厄爾尼諾的測量努力再次減弱。此次危機促使NOAA和其他機構(gòu)尋找更可持續(xù)的系統(tǒng)提供厄爾尼諾預(yù)警。這能幫助相關(guān)部門為應(yīng)對暴雨和緊隨其后的干旱制訂計劃。“這是一個探究浮標陣列到底是什么以及它的要求是什么的極好機會。”位于西雅圖的NOAA太平洋海洋環(huán)境實驗室(PMEL)海洋學(xué)家Meghan Cronin表示。
Saildrone創(chuàng)始人、工程師Richard Jenkins從中嗅到了機會。他曾建造過一艘名為“綠鳥”的帶輪帆船。該船在2009年打破了風(fēng)力驅(qū)動車輛的地面速度紀錄——在內(nèi)華達州一個干涸湖床上達到每小時202公里的速度。此后，Jenkins幫助兩名喜歡海洋的慈善家——Eric Schmidt和Wendy Schmidt以6000萬美元的花費裝置了他們的研究船R/V Falkor。Jenkins對于這筆花費大吃一驚并且開始思考更小的航海版本的“綠鳥”能否以更少的開支收集海洋數(shù)據(jù)。理論上，這種在海洋中航行的帆船將不需要推進燃料。太陽能電池板可為儀器和通訊提供動力。Schmidt夫婦為Jenkins提供了250萬美元的啟動資金。到2013年，測試用帆船完成了從加利福尼亞州到夏威夷的首次航行——其由4.6米高的碳纖維復(fù)合材料帆板提供驅(qū)動力。
自此以后，Saildrone同PMEL的科學(xué)家合作，給船只裝配上傳感器并且測試它們的極限。2015年，在為期3個月的進軍北極以評估海洋生命的航程中，這些船只在40海里/小時的大風(fēng)中幸存了下來。這一成功鼓勵科學(xué)家思考無人駕駛船舶能否幫助獲得太平洋的觀測結(jié)果。在設(shè)想中，無人駕駛船舶能在虛擬的系泊點附近兜圈子航行，或者以其他提前規(guī)劃好的模式運行，此后每年返回港口進行清潔。這個過程不需要任何船只。與此同時，無人駕駛船舶的花費更低。Saildrone針對每艘用于收集數(shù)據(jù)的無人駕駛船舶每天收取的費用為2500美元，而一條船每天會花費3萬美元甚至更多。Jenkins認為，他的無人駕駛船舶能從這一差異中獲利。“我們希望能有一個無人船艦隊專門服務(wù)這一市場。”
