p Há muita atividade sob o vasto, extensões solitárias de gelo e neve no Ártico. A mudança climática alterou dramaticamente a camada de gelo que cobre grande parte do Oceano Ártico. Áreas de água que costumavam ser cobertas por uma bolsa de gelo sólida agora estão cobertas por camadas finas de apenas 3 pés de profundidade. Abaixo do gelo, uma camada quente de água, parte da lente Beaufort, mudou a composição do ambiente aquático. p Para que os cientistas entendam o papel que este ambiente em mudança no Oceano Ártico desempenha na mudança climática global, há necessidade de mapear o oceano abaixo da cobertura de gelo.

p Uma equipe de engenheiros e oficiais da Marinha do MIT liderada por Henrik Schmidt, professor de engenharia mecânica e oceânica, está tentando entender as mudanças ambientais, seu impacto na transmissão acústica abaixo da superfície, e como essas mudanças afetam a navegação e a comunicação dos veículos que viajam abaixo do gelo.

p "Basicamente, o que queremos entender é como este novo ambiente ártico provocado pela mudança climática global afeta o uso do som subaquático para comunicação, navegação, e detecção? ", explica Schmidt.

p Para responder a esta pergunta, Schmidt viajou para o Ártico com membros do Laboratório de Sistemas Autônomos de Detecção Marinha (LAMSS), incluindo Daniel Goodwin e Bradli Howard, alunos de pós-graduação no Programa Conjunto do MIT-Woods Hole Oceanographic Institution em engenharia oceanográfica.

p Com financiamento do Office of Naval Research, a equipe participou do ICEX — ou Ice Exercise — 2020, um programa de três semanas organizado pela Marinha dos Estados Unidos, onde o pessoal militar, cientistas, e os engenheiros trabalham lado a lado executando uma variedade de projetos de pesquisa e missões.

p Uma hidrovia estratégica

p O ambiente em rápida mudança no Ártico tem impactos abrangentes. Além de fornecer aos pesquisadores mais informações sobre o impacto do aquecimento global e os efeitos que ele tem sobre os mamíferos marinhos, a redução da espessura do gelo poderia abrir novas rotas de navegação e rotas comerciais em áreas que antes eram intransponíveis.

p Talvez o mais crucial para a Marinha dos Estados Unidos, compreender o ambiente alterado também tem importância geopolítica.

p "Se o ambiente do Ártico está mudando e não o entendemos, que poderia ter implicações em termos de segurança nacional, "diz Goodwin.

p Vários anos atrás, Schmidt e seu colega Arthur Baggeroer, professor de engenharia mecânica e oceânica, estavam entre os primeiros a reconhecer que as águas mais quentes, parte da lente Beaufort, juntamente com a mudança na composição do gelo, impactou como o som viajou na água.

p Para navegar com sucesso pelo Ártico, a Marinha dos EUA e outras entidades na região precisam entender como essas mudanças na propagação do som afetam a capacidade de um veículo de se comunicar e navegar na água.

p Usando um não pilotado, veículo subaquático autônomo (AUV) construído pela General Dynamics-Mission Systems (GD-MS), e um sistema de sensores montados em bóias desenvolvido pela Woods Hole Oceanographic Institution, Schmidt e sua equipe, acompanhado por Dan McDonald e Josiah DeLange do GD-MS, pretende demonstrar um novo conceito integrado de comunicação acústica e navegação.

p O quadro, que também foi apoiado e desenvolvido pelos membros do LAMSS, Supun Randeni, EeShan Bhatt, Rui Chen, e Oscar Viquez, bem como o ex-aluno do LAMSS, Toby Schneider da GobySoft LLC, permitiria aos veículos viajar através da água com precisão de nível de GPS, ao mesmo tempo que empregava sensores oceanográficos para a coleta de dados.

p "Para provar que você pode usar este conceito de navegação no Ártico, temos que primeiro garantir que entendemos totalmente o ambiente em que estamos operando, "acrescenta Goodwin.

p Compreendendo o ambiente abaixo

p Depois de chegar ao acampamento de gelo do Arctic Submarine Lab na primavera passada, a equipe de pesquisa implantou uma série de sondas de condutividade-temperatura-profundidade para coletar dados sobre o ambiente aquático no Ártico.

p "Usando a temperatura e a salinidade em função da profundidade, calculamos o perfil de velocidade do som. Isso nos ajuda a entender se a localização do AUV é boa ou ruim para comunicação, "diz Howard, que foi responsável por monitorar as mudanças ambientais na coluna d'água em todo o ICEX.

p Por causa da forma como o som se curva na água, por meio de um conceito conhecido como Lei de Snell, ondas de pressão senoidais se acumulam em algumas partes da coluna d'água e se dispersam em outras. Compreender as trajetórias de propagação é a chave para prever locais bons e ruins para o AUV operar.

p Para mapear as áreas da água com propriedades acústicas ideais, Howard modificou a relação sinal-ruído (SNR) tradicional usando uma métrica conhecida como penalidade de múltiplos caminhos (MPP), que penaliza áreas onde o AUV recebe ecos das mensagens. Como resultado, o veículo prioriza as operações em áreas com menos reverberação.

p Esses dados permitiram que a equipe identificasse exatamente onde o veículo deve ser posicionado na coluna d'água para comunicações ideais que resultam em navegação precisa.

p Enquanto Howard coletou dados sobre como as características da água impactam a acústica, Goodwin se concentrou em como o som é projetado e refletido no gelo em constante mudança na superfície.

p Para obter esses dados, o AUV foi equipado com um dispositivo que mede o movimento do veículo em relação ao gelo acima. Esse som foi captado por vários receptores presos a amarrações penduradas no gelo.

p Os dados do veículo e dos receptores foram então usados ​​pelos pesquisadores para calcular exatamente onde o veículo estava em um determinado momento. Esta informação de localização, junto com os dados que Howard reuniu sobre o ambiente acústico na água, oferecem um novo conceito de navegação para veículos que viajam no Mar Ártico.

p Protegendo o Ártico

p Depois de uma série de contratempos e desafios devido às condições implacáveis ​​do Ártico, a equipe conseguiu provar que seu conceito de navegação funcionava. Graças aos esforços da equipe, As operações navais e as futuras embarcações comerciais podem aproveitar as vantagens das mudanças nas condições do Ártico para maximizar a precisão da navegação e melhorar as comunicações subaquáticas.

p "Nosso trabalho pode melhorar a capacidade da Marinha dos Estados Unidos de operar submarinos sob o gelo com segurança e eficácia por longos períodos, "Howard diz.

p Howard reconhece que, além das mudanças no clima físico, o clima geopolítico continua a mudar. Isso apenas reforça a necessidade de uma navegação melhorada no Ártico.

p "O objetivo da Marinha dos EUA é preservar a paz e proteger o comércio global, garantindo a liberdade de navegação em todos os oceanos do mundo, "Ela acrescenta." O conceito de navegação que provamos durante a ICEX servirá para ajudar a Marinha nessa missão. " p Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.