Erkundung der Antarktis: Welche Bedeutung hat der Einsatz von Drohnen in der wissenschaftlichen Forschung in der Antarktis?

Im Jahr 2024 jährt sich Chinas Polarforschung zum 40. Mal. In den letzten 40 Jahren hat sich die polare Sache meines Landes unter der Führung der Partei aus dem Nichts zu etwas entwickelt, aus der Schwäche zur Stärke. Generationen von Polararbeitern haben der extremen Kälte getrotzt, durchgehalten, hart gearbeitet, waren rigoros und realistisch und haben hart gearbeitet und fruchtbare Ergebnisse erzielt. Die Antarktis, der geheimnisvolle und abgelegene „Eiskontinent“ an der südlichsten Spitze der Erde, ist ein „heiliger Tempel“ für die wissenschaftliche Forschung. Zahlreiche Athleten chinesischer wissenschaftlicher Expeditionen sind in die Antarktis gereist. Welche wissenschaftlichen Geheimnisse erforschen sie in der Antarktis? Wie führen sie wissenschaftliche Erkundungen durch? Welche wissenschaftlichen Forschungsergebnisse wurden erzielt? Welche ungelösten Rätsel gibt es in der Antarktis? Xinhua Interview hat sich mit dem „Heaven and Sea“-Studio seiner Shanghaier Niederlassung zusammengetan, um eine Interviewreihe mit dem Titel „Exploring Antarctica“ zu starten, die sich auf die Bereiche Klimawandel, Stabilität der Eisschilde, Schmelzen des Meereises, astronomische Entwicklungen und Tierbedingungen in der Antarktis konzentriert.

Diese Ausgabe enthält Interviews mit Chu Xinde und Geng Tong, Mitgliedern der 40. Antarktis-Expedition und Forschern des China Antarctic Mapping Research Center der Universität Wuhan.

Das chinesische Antarktis-Expeditionsteam drang mutig in das weite und gefährliche Innere der Antarktis vor. Foto von Zhang Jiansong, Reporter der Nachrichtenagentur Xinhua

Im Oktober 2023 verabschiedete die Universität Wuhan die Mitglieder der 40. wissenschaftlichen Antarktisexpedition Chinas (Foto vom Interviewten bereitgestellt).

Xinhuanet: Warum sollten Drohnen bei Antarktisexpeditionen eingesetzt werden? Welchen Prozess haben Drohnen durchlaufen, um ihr heutiges Niveau zu erreichen?

Chu Xinde: Während Chinas 40. wissenschaftlicher Antarktisexpedition hat unser Land im Inneren der Antarktis groß angelegte und detaillierte Drohnen-Luftaufnahmen durchgeführt. Im Vergleich zu herkömmlichen Starrflügelflugzeugen oder Hubschraubern ist der Einsatz von Drohnen für die wissenschaftliche Forschung in der Regel wirtschaftlicher und günstiger. Darüber hinaus weist die Antarktis ein komplexes Gelände und ein raues Klima auf. Durch das Tragen verschiedener Sensoren können Drohnen Daten aus für Menschen unerreichbaren Bereichen gewinnen. Dadurch wird das Risiko verringert, dass wissenschaftliche Forscher extremen Bedingungen ausgesetzt werden, und die Möglichkeit einer Verletzung oder eines Verschwindens wird vermieden.

Seit Chinas 24. wissenschaftlicher Antarktisexpedition haben Expeditionsmitglieder der Universität für Luft- und Raumfahrt Peking, der Universität Wuhan, der Pädagogischen Universität Peking, der Universität Sun Yat-sen, der Universität Tongji, des Amtes für Vermessung, Kartierung und Geoinformation Heilongjiang, des Chinesischen Polarforschungszentrums, des Nationalen Meeresinformationszentrums, der Chinesischen Akademie der Meteorologischen Wissenschaften und anderer Institutionen Drohnen eingesetzt, um ihre Expeditionsmissionen erfolgreich abzuschließen.

Der wissenschaftliche und technologische Fortschritt meines Landes verleiht den Antarktisexpeditionen weiterhin neue Vitalität. Die rasante Entwicklung der Drohnentechnologie und hochpräziser und verfeinerter Luftaufnahmen hat neue Lösungen und effizientere Arbeitsmethoden für Antarktisexpeditionen hervorgebracht. Die Funktionen von Drohnen werden ständig erweitert und bieten wissenschaftlichen Forschern eine umfassendere, flexiblere und genauere Datenunterstützung.

Der Kernbereich der Zhongshan-Station, fotografiert von Chinas erster Drohne in der Antarktis am 1. Januar 2008. Fotografiert von Wang Ting (Foto vom Interviewpartner bereitgestellt)

Xinhuanet: In welchen Bereichen der Antarktisforschung werden Drohnen derzeit am ausgereiftesten eingesetzt? Welcher Anteil der Operationen wird mit Drohnen durchgeführt?

Chu Xinde: Derzeit sind Drohnen zur „Standardkonfiguration“ für die Antarktisexpeditionen meines Landes geworden. Die reiferen Bereiche sind wie folgt:

Topografische Kartierung: Hochpräzise Kartierung und 3D-Modellierung der antarktischen Topografie.

Überwachung von Schelf- und Eisschilden und Klimaforschung: Drohnen können Parameter wie Dicke, Fließgeschwindigkeit und Schmelzen von Schelf- und Eisschilden überwachen.

Untersuchung der Artenvielfalt: Mithilfe von Drohnen können die Verbreitung und Anzahl von Tieren wie Vögeln, Robben und Pinguinen überwacht werden. Dadurch werden wichtige Daten für die Erforschung und den Schutz der Artenvielfalt bereitgestellt.

Neben den oben genannten wissenschaftlichen Forschungsaufgaben werden Drohnen auch häufig zur Umweltüberwachung in der Antarktis, zur Ressourcenerhebung und zur Meeresforschung eingesetzt. Während der 40. wissenschaftlichen Antarktisexpedition Chinas haben wir beispielsweise Drohnen und eine Vielzahl von Sensoren eingesetzt, um mehrere Drohnen-Luftvermessungsflüge an der Zhongshan-Station, im Grove-Berggebiet, an der Taishan-Station, der Kunlun-Station und an anderen Standorten durchzuführen. Das hochauflösende Orthofotomodell spiegelt die Landschaftsformen, Topografie und Oberflächenbedeckung der Antarktisregion getreu wider und liefert dem Expeditionsteam vor Ort wichtige Informationen für seine Entscheidungsfindung und die Durchführung der Operationen.

Grove Mountain in Prinzessin Elizabeth Land in der Ostantarktis ist eine „Schatzgrube für Meteoriten“, die in meinem Land entdeckt wurden. Wir haben Drehflügler- und Compound-Flügler-Drohnen eingesetzt, um Luftaufnahmen großer Gebiete der Grove Mountains wie Mason Peak und Mount Harding durchzuführen und Daten zu nacktem Fels, Schnee und Eisrissen zu sammeln. Dadurch haben wir wertvolle Informationen für eine eingehende Untersuchung der Verteilung von Meteoriten und Geländemerkmalen in den Grove Mountains gewonnen.

Um gefährliche Eisrisse zu verhindern, setzten wir bei Binnenlanduntersuchungen auch Drohnen zur Erkundung des Eises und zur Vermessung von Eisrissen ein. Auf Grundlage der Umfrageergebnisse haben wir Risikobereiche rechtzeitig vorhergesagt und so die Effizienz und Sicherheit der Teamdurchfahrt verbessert.

Fotografie der ersten Drohne Chinas in der Antarktis im Dezember 2007: Ai Songtao (Foto vom Interviewten bereitgestellt)

Xinhuanet: Wie nutzen Wissenschaftler Drohneneinsätze, um präzise Daten für die dynamische Überwachung der Eisoberfläche, morphologische Forschung usw. bereitzustellen?

Geng Tong: Durch den Einsatz von Drohnen zur Durchführung fotografischer Fernerkundungsmessungen können hochauflösende, hochpräzise Oberflächenorthofotos und digitale Oberflächenmodelle (DSM) oder digitale Höhenmodelle (DEM) gewonnen werden. Diese Daten können einerseits als Grundlage für die Planung von Erkundungsrouten im Inlandeis oder für die Identifizierung und Erkundung besonderer Strukturen an der Oberfläche und im Inneren des Eisschildes (Eisrisse, subglaziale Seen, Meteoriten etc.) genutzt werden. Andererseits können zwei Orthofotos, die am selben Ort, aber zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen wurden, zur Überwachung der Eisfließgeschwindigkeit verwendet werden, und DEM oder DSM, die am selben Ort, aber zu unterschiedlichen Zeiten aufgenommen wurden, können zur Untersuchung der Höhenänderung der Eisdecke verwendet werden und bieten so eine Grundlage für die Untersuchung der Massenbilanz von Gletschern. Darüber hinaus können sie auch als Bodenverifizierungsdaten für Satellitenbeobachtungsdaten verwendet werden.

Chu Xinde: Forscher wählen im Allgemeinen einen sicheren Arbeitsplatz in der Nähe des Forschungsgebiets. Als ich beispielsweise eine Drohnen-Luftphotogrammetrie des Dark Glacier durchführte, wählte ich einen nahegelegenen Felsvorsprung als Startpunkt. Vor der Operation planen wir die Route für das Untersuchungsgebiet. Verschiedene Parameter wie Flughöhe, Fluggeschwindigkeit, Routenüberlappungsrate usw. können die Ergebnisse der Luftvermessung beeinflussen. Am Einsatzort fliegen wir die Drohne entsprechend der vorher geplanten Route und achten dabei stets auf verschiedene Parameter der Drohne, wie etwa ob sie die Mission entlang der Route durchführt und wie schnell sie ist. Zu den von der Drohne gewonnenen Daten zählen Orthofotos und Höhendaten. Die meisten der Daten, die wir dieses Mal erhalten haben, hatten eine räumliche Auflösung von 5 cm. Auf der Grundlage dieser Daten kann eine präzise Datenunterstützung für die dynamische Überwachung der Eisoberfläche, die Erforschung der Eisoberflächenmorphologie usw. bereitgestellt werden.

Geng Tong, ein Mitglied der 40. Chinesischen Antarktis-Wissenschaftsexpedition, führt wissenschaftliche Forschungsarbeiten mit Drohnen in der Nähe der Kunlun-Station durch (Foto vom Interviewten).

Xinhuanet: Gibt es derzeit Mängel und Verbesserungsbedarf bei Drohnen? Welche Herausforderungen ergeben sich für weitere Anwendungen in der Zukunft?

Chu Xinde und Geng Tong:

Der aktuelle Bedarf an Drohnen in der Antarktis umfasst hauptsächlich:

(1) Niedrige Temperaturbeständigkeit. Die Temperatur in der Antarktis ist relativ niedrig. Die niedrigen Temperaturen können dazu führen, dass Drohnen und Präzisionsinstrumente wie Sensoren an Bord nicht richtig funktionieren. Die Anpassungsfähigkeit und Arbeitseffizienz von Drohnenzubehör bei niedrigen Temperaturen sollte verbessert werden.

(2) Beständig gegen starken Wind. Die Antarktis ist das ganze Jahr über von extremen Wetterbedingungen wie starken Winden betroffen. Beispielsweise betrug die durchschnittliche Windgeschwindigkeit während unserer Expedition am Grove Mountain Stufe 5, was strenge Anforderungen an die Windbeständigkeit und Stabilität des UAV stellt. Die Stabilität beim Starten und Landen soll verbessert und die Einsatzbereitschaft bei widrigen Wetterbedingungen gesteigert werden.

(3) Lösen Sie das Problem der magnetischen Deklination. Die große geomagnetische Neigung in den Polarregionen hoher Breiten kann dazu führen, dass die Drohne vom Kurs abdriftet. Einige UAVs sind in der Antarktisregion nicht verfügbar, daher ist eine Kombination von Methoden erforderlich, um die Genauigkeit der Flugorientierung zu verbessern.

(4) Lange Akkulaufzeit. Die antarktische Umgebung wird die Lebensdauer von Lithiumbatterien erheblich verkürzen. Eine lange Flugzeit ist eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von Antarktisdrohnen und zugleich die Richtung der zukünftigen Entwicklung. In vielen Bereichen sind Anstrengungen möglich, beispielsweise bei der Verbesserung des Drohnendesigns, der Verwendung von Verbundwerkstoffen und der Steigerung der Energieeffizienz.

Chu Xinde, ein Mitglied der 40. Chinesischen Antarktis-Wissenschaftsexpedition, führt am Grove Mountain eine Drohnen-Luftvermessungsmission durch (Foto vom Interviewten bereitgestellt).

Xinhuanet: Wie sehen Sie als Polarforscher die Herausforderungen und den Wert Ihrer Arbeit?

Chu Xinde: Die Antarktisexpedition ist eine wichtige nationale Angelegenheit. Es ist mir eine Ehre, daran teilnehmen und meine wahren Fähigkeiten verfeinern zu können. Verglichen mit dem Campusleben ist eine Antarktisexpedition zweifellos eine größere Herausforderung. Als junger Mensch der neuen Ära hatte ich die Ehre, an Chinas 40. wissenschaftlicher Antarktisexpedition teilzunehmen. Angesichts der niedrigen Temperaturen von über zehn Grad unter Null und des starken Windes der Stufe 5 oder 6 habe ich gelernt, wie ich UAV-Luftvermessungsaufgaben besser durchführen kann. Mir wurde auch bewusst, wie schwierig und wertvoll die Beschaffung von Daten ist, und ich schätze Datenressourcen daher in meinem zukünftigen Studium und meiner Arbeit noch mehr. Dies sind wertvolle Erfahrungen, die man im „Elfenbeinturm“ der Universität nicht sammeln kann.

Geng Tong: Die Schwierigkeiten und Herausforderungen, denen man während des Inspektionsprozesses begegnet, sind ein „Prüfstein“ für das praktische Lernen und die harte Arbeit einer Person und ein „Schleifstein“ für den Willen und den Charakter einer Person. Die Arbeit in der Antarktis erfordert eine angemessene Vorbereitung im Vorfeld. In der rauen Umgebung muss man sich neben der schnellen Bereitstellung von Geräten und Instrumenten für Operationen auch verschiedenen Notfällen stellen. Dabei handelt es sich nicht nur um eine Prüfung der beruflichen Fähigkeiten, sondern auch um eine Prüfung der Ausdauer und Beharrlichkeit der Menschen. Als Polarmensch ist es mein unermüdliches Streben, mich selbst herauszufordern, meine Grenzen zu überschreiten, grundlegende Daten über die Umweltveränderungen in der Antarktis zum Wohle der gesamten Menschheit zu sammeln und mich mit ganzem Herzen der polarwissenschaftlichen Forschung des Landes zu widmen.