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Das Forschungsflugzeug Polar 6 steht vor der Neumayer-Station in der Antarktis und wird für den Flug vorbereitet

Alfred-Wegener-Institut

Kundenspezifische Hardware im Extremeinsatz

Spezielle Kunden

brauchen spezielle
Lösungen

Zu diesen gehört auch das Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), welches für die Erforschung der Polarmeere Spezialmesstechnik der Firma S.E.A. einsetzt, die exklusiv auf diese Anforderungen zugeschnitten ist. Dabei geht es nicht nur um die Messtechnik, sondern auch um Formfaktoren und extreme Umweltbedingungen.

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AWI-Polarforschungsflugzeug mit Aircraft-Datenerfassungseinheit (ADA) von S.E.A. Datentechnik GmbH
AWI-Polarforschungsflugzeug mit Aircraft-Datenerfassungseinheit (ADA)

Aircraft Data Acquisition ADA

unter extremen Bedingungen von −40 bis +60 °C einsetzbar

Für die Messdatenerfassung der Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6 wurde ein spezielles Datenerfassungssystem ADA in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut entwickelt.
Dieses besteht unter anderem aus einer Einheit ADA-N, welche Messdaten von verschiedenen Sensoren zur Untersuchung der Atmosphäre erfasst, digitalisiert und mit einem präzisen Zeitstempel versieht. Um die hohen Anforderungen hinsichtlich Zeitsynchronität zu erreichen, erfolgt die Signalverarbeitung mittels Echtzeit-Controller und FPGA-Technologie auf Basis der NI CompactRIO-Plattform. Da ein Teil der Messsensoren im vorderen Bereich des Flugzeugs an einem sogenannten Nasenmast montiert sind, muss die ADA-N-Einheit ebenfalls im vorderen Bereich des Flugzeugs außerhalb der Druckkabine untergebracht werden und somit extremen Witterungsbedingungen von −40 bis +60 °C und starken Vibrationen standhalten. Erst eine spezielle, von S.E.A. konstruierte mechanische Einhausung und technische Anpassungen des CompactRIO-Systems machten den Einsatz unter diesen Bedingungen möglich.

ADA-N Datenerfassungseinheit

Weitere ADA-Einheiten sind innerhalb des Flugzeugs verbaut. Sie dienen zur Erfassung zusätzlicher Messdaten und als Server für die Datenspeicherung. Diese Systeme sind zum Teil in 19″-Rack-Technik ausgeführt, wobei auch hier die hohen Anforderungen hinsichtlich Umweltbedingungen, Vibrationen und des Betriebs als luftfahrttechnisches Gerät bei der Entwicklung zu berücksichtigen waren.
Kontinuierlicher Support und Weiterentwicklung durch S.E.A. ermöglichten den verlässlichen Betrieb der ADA-Systeme bei den zahlreichen Polarexpeditionen der letzten Jahre.

Datenerfassungseinheit und Bildschirmansicht der 3D-Konstruktion
Messsonde T-Bird zur großflächigen Vermessung von atmosphärischen Bedingungen

Datenerfassungsmodul ADA-T

Aufgrund des Erfolgs der ADA-Systeme wurden in den letzten Jahren weitere Messdatenerfassungssysteme für den Einsatz in der Polarforschung realisiert.
Das ADA-T-System wurde für die Messdatenerfassung bei der Messung von atmosphärischen Turbulenzen entwickelt. Mithilfe einer Schleppsonde, die mit einem der Forschungsflugzeuge über das Polareis geflogen wird, erfassen unterschiedliche Sensoren die Luftveränderungen. Das ADA-T-System sorgt dabei für die präzise zeitliche und örtliche Zuordnung der Sensordaten.
Hier waren neben den hohen Umweltanforderungen vor allem die mechanische Integration in die Schleppsonde eine Herausforderung. Ein individuell konstruiertes Metallgehäuse integriert das NI CompactRIO-System und alle notwendigen Steckverbinder auf engstem Raum. Sichergestellt wird dies durch die Möglichkeiten der S.E.A. eigenen 3D-Konstruktion.

Eisdickenradar-Datenerfassungseinheit für das AWI

Eisdickenradar – EMR-Empfangseinheit

Die EMR-Empfangseinheit ist Teil eines Eisdickenradars für den Flugbetrieb mit dem Forschungsflugzeugs Polar 6. Der Zweck der EMR-Empfangseinheit ist die Auswertung des Radarechos eines 150-MHz-Signals, das vom Flugzeug aus gegen festes Eis gesendet wird. Auch hier hat S.E.A. in Zusammenarbeit mit dem Alfred-Wegener-Institut diese Einheit designt und aufgebaut, um eine defekte EMR-Einheit zu ersetzen.

Herausforderungen
denen wir mit Erfahrung und Flexibilität begegnen

Hardware-Design

Wann immer möglich, lohnt es sich auf Bewährtes zurückzugreifen. Manchmal ist es aber sinnvoller, die Welt neu zu schaffen, damit alles den Anforderungen entspricht. Dazu reicht auch manchmal ein 3D-Programm und ein geschickter Designer.

Elektronik-Design

ist nicht immer die größte Herausforderung in einem Projekt. Aber manchmal ist es notwendig, auch das Beste noch besser zu machen. Die Messtechnik war in diesem Projekt an vielen Stellen schon ausgezeichnet geeignet, an anderen Stellen nur ausgezeichnet, aber noch lange nicht geeignet.

RF-Design

Auch bei ungewöhnlichen Aufgaben finden wir eine Lösung. Hier waren unsere RF-Spezialisten gefordert, unseren Kunden glücklich zu machen. In diesem Fall ist es leider das Messergebnis, welches uns allen zu Denken geben sollte: Das Eis schwindet.

Umwelt-Design

Auch wenn das Eis schmilzt, ist es vor Ort immer noch sehr kalt für die Messtechnik. Hierin lag eine der Herausforderungen des Projektes. Auch die Messtechnik bekommt nicht gern kalte Füße. Manchmal ist ein bisschen Wärme notwendig, um jemanden aus dem Winterschlaf zu holen.

Blick aus Helikopter auf Schiff Polarstern

MOSAiC-Expedition

Mit der MOSAiC-Expedition startete im September 2019 die größte Forschungsexpedition, die jemals in der Arktis durchgeführt wurde. Der deutsche Forschungseisbrecher Polarstern driftete unter Leitung des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, ein Jahr lang durch den Arktischen Ozean. Ziel war es, die Arktis als Epizentrum der globalen Erwärmung vor Ort zu erforschen und essenzielle Erkenntnisse für ein besseres Verständnis des globalen Klimawandels zu gewinnen. Hunderte von Forschenden aus 20 Ländern analysierten die Atmosphäre, das Meereis, den Ozean, das Ökosystem und die biogeochemischen Prozesse. Mehrere Versorgungseisbrecher, Helikopter, Flugzeuge, Schneemobile und Pistenraupen kamen bei dem logistischen Mammutvorhaben zum Einsatz.

Grafik zu Forschungsfragen der MOSAiC-Expedition

Die Forschungsfragen

Nirgendwo wird der Klimawandel mit seinen stetigen Folgen so offensichtlich und für jeden anschaulich wie in der Antarktis und Arktis.

Jeder kennt die Bilder, die als Symbol für die dramatische Erderwärmung um die Welt gehen, Eisbären, denen ihr Lebensraum wegschmilzt, riesige Gletscher, die in nie dagewesener Geschwindigkeit schmelzen und z. B. den Anstieg des Meeresspiegels bereits sicht- und spürbar für viele Inselstaaten machen.

Die Arktis ist das zentrale Frühwarnsystem für den Klimawandel und ein zentraler Schwerpunkt der Klimaforschung.
Noch fehlen aber entscheidende Daten, um Klimamodelle an die rasante Entwicklung anzupassen und um zuverlässigere Prognosen erstellen zu können.

Zwei Polarforschungsflugzeuge Inuvik Kanada

Die Forschungsflugzeuge
Polar 5 und Polar 6

Die Forschungsflugzeuge Polar 5 und Polar 6 werden vom Alfred-Wegener-Institut zur Erforschung der Arktis und Antarktis eingesetzt. Sie sind vom Typ Basler BT-67 und für den Einsatz unter extremen Bedingungen ausgelegt, wie Landung auf Schneepisten und im Blindflug bei Temperaturen bis −54 °C.

Entsprechend muss auch die durch S.E.A. gebaute Messhardware für diese Bedingungen konzipiert sein.

Die Flugzeuge fliegen mehrere Missionen im Jahr, um Prozesse in der Arktis und Antarktis besser zu verstehen und zu erforschen.

Messsonde T-Bird zur großflächigen Vermessung von atmosphärischen Bedingungen
Messsonde T-Bird zur großflächigen Vermessung von atmosphärischen Bedingungen

Fliegende Messsonden in der Polarforschung

Das Alfred-Wegener-Institut betreibt Messsonden zur großflächigen Vermessung von atmosphärischen Bedingungen und Eisdicken.
In der Praxis werden diese Sonden als Schleppflugkörper an einem Hubschrauber oder an einem der Polarforschungsflugzeuge betrieben.
Die Sonde „T-Bird“ erfasst mithilfe verschiedener Sensoren atmosphärische Temperaturen und Luftdrücke in Kombination mit hochpräzisen GPS-Positionsdaten und stellt diese für die anschließende wissenschaftliche Auswertung bereit.
Der „EM-Bird“ erfasst mithilfe von LF-Funksignalen und präziser Laufzeitmessungen die Dicke von Eisschichten im Polarmeer.

Was unsere Kunden sagen

Die Forschungsschiffe des AWI sind seit diversen Jahren mit einem einheitlichen Datenerfassungs- und Managementsystem DShip ausgestattet. Unser Ziel war es, dieses auf die Polarflugzeuge zu übertragen. Für die Anpassung an die sehr viel höhere Geschwindigkeit eines Flugzeugs im Vergleich zu einem Schiff musstet das System um den Faktor 1000 schneller werden. Eine reine Software-Lösung kam demzufolge nicht mehr infrage. Der Datenerfassungsteil mit der hochpräzisen Zeitsynchronisierung musste in neu zu entwickelnde Hardware übertragen werden.

Die Firma S.E.A. hat es verstanden, diesen Part zu übernehmen und die notwendige Adaption zu bewerkstelligen. Es liegt in der Natur der Sache, dass bei derartigen Prototypen im Herstellungsprozess zusätzliche Modifikationen außerhalb der eingangs getroffenen Spezifikationen erforderlich werden. S.E.A. hat diese äußerst kompetent und unkompliziert angenommen und umgesetzt. Die gesamte Herstellungsphase verlief kooperativ und freundlich. Das gilt auch für den fortlaufenden Service der Firma. In der Zwischenzeit ist das System um zusätzliche Sensorik für die beiden Polarflugzeuge erweitert worden und ein Helikopter des Forschungseisbrechers Polarstern wurde mit dem System ausgestattet.

  • Peter Gerchow, Mitarbeiter WTG Polarstern II,
  • AWI-Alfred-Wegener Institut
  • Warum Sie sich für uns entscheiden sollten

    • Icon Effizient

      Lösungsorientiert

      Jedes Projekt hat seine eigenen technischen Herausforderungen. Wir nehmen diese an und erarbeiten zusammen mit dem Kunden die passende Lösung.

    • icon service

      Eigene Konstruktion

      Wir entwickeln Ihr Projekt auf einem weißen Blatt Papier, wenn dies notwendig ist. So stellen wir sicher, dass jedes Detail zum Projekt passt und jede Anforderung erfüllt wird.

    • Icon Technische Kompetenz

      Know-How

      Echtzeit, Zeitsynchronisation, RF- oder HF-Datenerfassung. Egal welchen Herausforderungen Sie sich gegenüber stehen sehen, unsere Ingenieure und Wissenschaftler stellen sich jeder Herausforderung und bringen Ihr Projekt zum Erfolg.

    • icon unterstützung

      Alles aus einer Hand

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