राहत की एक किरण: अमेरिकी पोतों ने खाड़ी में हाइपोक्सिया का मानचित्रण किया

खाड़ी में दो सीट्रैक एसपी-48 मिसाइलें। साभार: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

वैज्ञानिक पद्धति अनुसंधान के लिए एक मानक के रूप में कार्य करती है, जो विश्लेषणात्मक और खोजी परियोजनाओं का मार्गदर्शन करती है। हालाँकि इसे पीढ़ियों से छात्रों को पढ़ाया जाता रहा है, लेकिन इसके चरण प्राचीन नहीं हैं, क्योंकि तकनीकी प्रगति शोधकर्ताओं को इसके प्रत्येक चरण को विकसित और आधुनिक बनाने में मदद करती है, जिससे समय, धन और यहाँ तक कि जीवन की भी बचत होती है। वैज्ञानिक पद्धति का मध्य चरण, डेटा संग्रह, भी इसका अपवाद नहीं है। कई परियोजनाओं के लिए मजबूत डेटासेट की आवश्यकता होती है, जो अक्सर चरम वातावरण में या लंबी अवधि में एकत्र किए जाते हैं। दक्षिणी मिसिसिपी विश्वविद्यालय (यूएसएम) ने सीट्रैक सिस्टम्स की मदद से मैक्सिको की खाड़ी में हाइपोक्सिया अनुसंधान करते समय स्वायत्त समाधानों का सहारा लिया है।

इस साझेदारी में राष्ट्रीय महासागरीय और वायुमंडलीय प्रशासन (NOAA) भी शामिल है, जो खाड़ी में संभावित हाइपोक्सिया (ऑक्सीजन की कमी) का मानचित्रण करता है और यह स्थानीय मत्स्य पालन और मछली आबादी को कैसे प्रभावित करता है, इसका विश्लेषण करता है। हाइपोक्सिक ज़ोन, जिन्हें डेड ज़ोन भी कहा जाता है, पानी के ऐसे क्षेत्र हैं जिनमें पोषक तत्वों के प्रदूषण के कारण ऑक्सीजन का स्तर कम हो जाता है, जिससे अक्सर जलीय जीवन पर गंभीर प्रभाव पड़ता है। इस सहयोग ने हाल ही में परियोजना का दूसरा चरण सफलतापूर्वक पूरा किया है, जो पिछले चरण पर आधारित है और अवधारणा के प्रमाण से आगे बढ़कर कई SP-48 मानवरहित सतह वाहनों (USV) को तैनात करने की दिशा में काम कर रहा है। USM के जेम्स थॉम्पसन ने कहा, "यह एक बहुत ही श्रमसाध्य और जटिल प्रक्रिया है जिसमें एक बड़े अनुसंधान पोत का उपयोग किया जाता है। हमने इसे मानवरहित वाहन के दृष्टिकोण से देखा; हम इसे अब उपलब्ध उपकरणों के साथ आधुनिक बना सकते हैं।"

यूएसवी का पिकअप ट्रक

इस शोध का मुख्य आकर्षण SP-48 USV है, जिसका अर्थ है "सौर ऊर्जा से चलने वाला" और "4.8 मीटर"। लगभग 15 फीट लंबा और लगभग 650 पाउंड वजनी यह वाहन, डेक पर लगे सौर पैनलों की एक विशाल श्रृंखला की बदौलत, जो एक आंतरिक बैटरी को चार्ज करती है, महीनों तक चौबीसों घंटे सातों दिन चल सकता है। इसे तट के निकट और तट से दूर दोनों जगह चलने के लिए डिज़ाइन किया गया है; इस परियोजना के दायरे में, USV पाँच मील की दूरी से लेकर 40 मील की दूरी तक जा सकता है। SeaTrac के संचालन और व्यवसाय विकास निदेशक होबी बोशेनस्टीन ने कहा, "यह नाव वास्तव में डेटा संग्रह के लिए एक प्लेटफॉर्म है। हम इसे एक पिकअप ट्रक की तरह समझते हैं, जहाँ प्लेटफॉर्म स्वयं किसी के लिए उतना उपयोगी नहीं होता। यह वास्तव में इस पर रखे जा सकने वाले पेलोड और उन्हें जल्दी से बदलने और अलग-अलग आइटम - जैसे सोनार यूनिट, जल गुणवत्ता सेंसर या समुद्र विज्ञान सेंसर - लगाने की क्षमता के बारे में है।"

सीट्रैक एसपी-48 यूएसवी। साभार: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

परियोजना के विभिन्न चरणों में, SeaTrac और USM ने USV में कई बदलाव किए ताकि इसकी डेटा संग्रह क्षमता अधिक बहुमुखी और मजबूत हो सके। बोशेनस्टीन ने आगे कहा, "विशेष रूप से इस परियोजना के लिए, हमारी ओर से सबसे बड़ा विकास कार्य विंच को जोड़ना और समुद्र तल तक प्रोफाइलिंग करने में सक्षम होना था। परियोजना के दौरान, Starlink Mini जैसी अतिरिक्त संचार प्रणालियों को जोड़ना, शुरुआत से ही एक महत्वपूर्ण उपलब्धि रही।"

"इस पर हम जो कुछ भी लगा सकते हैं, वह बहुत ही बहुमुखी है। हमने कैमरे टेस्ट किए, हमने टक्कर से बचाव की तकनीक टेस्ट की - इस हाइपोक्सिया मिशन के दौरान हमने कई अलग-अलग चीजें टेस्ट कीं। इससे पता चलता है कि यह नाव कितनी लचीली है," थॉम्पसन ने पुष्टि की। "हमने जो अन्य चीजें इकट्ठा कीं, उनमें से एक ध्वनिक धारा डेटा था। यह सचमुच एक पिकअप ट्रक की तरह है। आप इस पर बहुत सारी चीजें लगा सकते हैं और बैटरी के आकार और इतनी अधिक सौर ऊर्जा उत्पन्न करने की क्षमता के साथ, यह एक क्रांतिकारी बदलाव है।"

पहला चरण

परियोजना का पहला चरण मुख्य रूप से अवधारणा के प्रमाण के रूप में था, जिसमें वाहनों और विभिन्न सेंसरों का परीक्षण किया गया और यह देखा गया कि वे आवश्यक डेटा एकत्र करने में सक्षम हैं या नहीं। थॉम्पसन ने कहा, "हमने बहुत कुछ सीखा कि इसे कारगर बनाने के लिए हमें किन चीजों में सुधार करने की आवश्यकता है। और हमने इसे कर दिखाया, और हमारी अपेक्षा से कहीं बेहतर प्रदर्शन किया।"

तार्किक प्रगति यह थी कि लंबी अवधि के सर्वेक्षणों का परीक्षण किया जाए, विभिन्न सेंसर सेटअपों का आकलन किया जाए और अलग-अलग कॉन्फ़िगरेशन में एक साथ कई यूएसवी (अमेरिकी वाहन) चलाए जाएं। थॉम्पसन ने आगे कहा, "हमने जो सीखा वह यह था कि वाहन इतनी शक्ति उत्पन्न कर सकता है, लेकिन हम इसका पूरा लाभ नहीं उठा रहे थे।" उन्होंने सेंसरों को यूएसवी द्वारा संचालित या रिचार्ज करने के लिए बदल दिया, जिससे डेटा संग्रह की मात्रा में महत्वपूर्ण अंतर आया। "हमें सेंसरों में उपलब्ध शक्ति के आधार पर खुद को सीमित नहीं करना पड़ा। हम अधिक से अधिक डेटा एकत्र कर सके। और इससे यह लाभ सामने आया कि हम न केवल उन निश्चित निर्देशांकों को ही लक्षित कर सकते हैं जिन्हें हम हर साल लक्षित करते हैं, बल्कि यह भी पता लगा सकते हैं कि हाइपोक्सिया की सीमा कहाँ बदलती है, और अतिरिक्त डेटा नमूने लेकर उस पर सटीक रूप से ध्यान केंद्रित कर सकते हैं।"

इस परियोजना की शुरुआत में SeaTrac की महत्वपूर्ण भूमिका थी, जिसने सेंसर को सतह से समुद्र तल तक ले जाने के लिए विंच जैसी नई सुविधाओं का विकास किया। बोशेनस्टीन ने कहा, "हाइपोक्सिया मैपिंग का एक बहुत महत्वपूर्ण हिस्सा समुद्र तल से एक मीटर की दूरी तक पहुंचना है। अन्यथा, आप महत्वपूर्ण डेटा खो देंगे। हमारी ओर से एक बड़ा विकास प्रयास यह सुनिश्चित करना था कि सोंडे पूरी तरह से नीचे तक पहुंच जाए? हमने ऐसा करने के विभिन्न तरीकों पर विचार करने के लिए USM टीम के साथ मिलकर काम किया, और अंततः एक ऐसी प्रणाली विकसित की जो सॉफ्टवेयर मापदंडों के एक सेट का उपयोग करके लाइन में ढीलेपन का पता लगाती है और यह जान लेती है कि, 'ठीक है, सोंडे वास्तव में तल पर है; इससे अधिक करीब नहीं जा सकते।'"

थॉम्पसन ने समझाया, "जब हम मत्स्य पालन पर हाइपोक्सिया के सबसे बड़े प्रभाव की तलाश कर रहे होते हैं, तो हम उस परत को देखते हैं जो तल के ठीक पास होती है, जहाँ तल में रहने वाले सभी जीव-जंतु रहते हैं। जाहिर है, अगर वे उस परत से ऊपर तैरकर बाहर नहीं निकल पाते हैं, तो यह उनके चयापचय और उत्पादकता को प्रभावित करेगा।"

"सेंसर को बिल्कुल नीचे तक पहुंचाने और यह सुनिश्चित करने में सक्षम होने से कि वे पानी की सबसे निचली परत में मौजूद हैं, और फिर वास्तविक समय में उस डेटा को देखकर यह कहना कि, 'हां, हमें यहां अभी भी कम ऑक्सीजन मिल रही है, थोड़ा और दक्षिण की ओर बढ़ें और देखें कि क्या हमें वह किनारा मिल सकता है जहां हमें फिर से ऑक्सीजन युक्त पानी मिल रहा है।' मिशन को तुरंत समायोजित करने और यह सुनिश्चित करने में सक्षम होना कि हमें प्रासंगिक डेटा मिल रहा है, अत्यंत महत्वपूर्ण था।"

पानी में एक एसपी-48। क्रेडिट: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

समुद्र में उड़ान के दौरान एसपी-48 द्वारा लिए गए दृश्य, जिनमें खराब मौसम और वन्यजीवों का दिखना शामिल है। क्रेडिट: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

चरण दो और उसके आगे

दूसरे चरण के दौरान, यूएसएम ने एक ही तट-आधारित ऑपरेटर की देखरेख में एक साथ कई एसपी-48 मिसाइलें तैनात कीं। विस्तारित सहनशक्ति, त्वरित अनुकूलनशील नमूनाकरण और प्लेटफ़ॉर्म की विश्वसनीयता के कारण टीम ने चुनौतीपूर्ण खाड़ी परिस्थितियों में भी, जिनमें परिचालन क्षेत्र से गुजरने वाली उष्णकटिबंधीय मौसम प्रणाली भी शामिल थी, हाइपोक्सिया के 123 सत्यापित डेटा बिंदु एकत्र किए।

थॉम्पसन ने कहा, "जिन चीजों की ओर हम हर बार लगातार आगे बढ़ रहे हैं, उनमें से एक है सेंसरों के एकीकरण को बेहतर बनाना और डेटा प्रवाह को सुगम बनाना। पहले चरण में हमने यह परीक्षण किया कि क्या किया जा सकता है; दूसरे चरण में हमने इसे करने के तरीके को बेहतर बनाया। इसमें डेटा प्रवाह को और तेज़ करना, सेंसर से नाव तक डेटा पहुंचाना और नाव से उपग्रह के माध्यम से हमारे सिस्टम तक डेटा पहुंचाना जैसी चीजें शामिल थीं, ताकि हम इसे चलते-फिरते ही वास्तविक समय में NOAA के साथ साझा कर सकें।"

थॉम्पसन ने बताया कि एक और अंतर यह था कि सेंसर अपनी गति से विकसित हो रहे थे, जिसका अर्थ है कि डेटा संग्रह को और आगे बढ़ाने के लिए नई सुविधाओं का लाभ उठाया जा सकता था। बोशेनस्टीन ने आगे कहा, "प्रोफाइलिंग उपकरण बनाने वाली कंपनी एएमएल ओशनोग्राफिक ने इसके लिए वायरलेस चार्जिंग क्षमता विकसित की है।" "परंपरागत रूप से, हमें संतुलन बनाए रखना पड़ता था, 'हम सोंडे को चालू करेंगे, डेटा एकत्र करेंगे, इसे बंद करेंगे और फिर इसे स्लीप मोड में डालेंगे,' जो चुनौतीपूर्ण होता था और अंततः बैटरी खत्म हो जाती थी। इससे इसकी कार्यक्षमता सीमित हो जाती थी।" जब एएमएल ओशनोग्राफिक ने इस नई क्षमता को लागू किया, तो यूएसएम टीम को बीच में नई बैटरी बदलने की आवश्यकता नहीं पड़ी, जिससे लंबी अवधि के सर्वेक्षणों की संभावना बढ़ गई।

थॉम्पसन ने आगे कहा, "यह सुरक्षा का मुद्दा भी है। आप लोगों को समुद्र में किसी वाहन की मरम्मत के लिए जाने से रोक रहे हैं, जो अपने आप में एक जोखिम भरा काम है।"

अमेरिकी समुद्री पोतों के पथों पर नज़र रखना। साभार: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

खाड़ी में सीट्रैक एसपी-48। साभार: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

आगे की योजना के तहत, टीम को उम्मीद है कि इस गर्मी में भी डेटा संग्रह का काम जारी रहेगा और वे अपने बेड़े में तीसरा एसपी-48 यंत्र शामिल करना चाहते हैं। डेटा प्रोसेसिंग के क्षेत्र में, शोधकर्ता अतिरिक्त गुणवत्ता नियंत्रण चरणों को शामिल करने के लिए स्वचालन विकसित करना जारी रखे हुए हैं और पूरे सर्वेक्षण क्षेत्र के लिए घुलित ऑक्सीजन का 3डी मॉडल तैयार करने की योजना बना रहे हैं।

तीसरे चरण में पहले और दूसरे चरण के कार्यों को आगे बढ़ाया जाएगा, जिसमें हाइपोक्सिया से संबंधित महत्वपूर्ण डेटा एकत्र किया जाएगा और अपतटीय डेटा संग्रह और निगरानी में यूएसवी (अमेरिकी समुद्री वाहन) के उपयोग को उजागर किया जाएगा। इसके अलावा, यह परियोजना एक ऐसी चीज़ को प्रदर्शित करती है जो आमतौर पर कम ही देखने को मिलती है—कि कैसे वायरलेस चार्जिंग, ऊर्जा प्रबंधन और सेंसर पेलोड जैसे क्रमिक तकनीकी अद्यतनों को वास्तविक समय में एकीकृत करके अनुसंधान को आधुनिक और उन्नत बनाया जा सकता है।

होबी बोशेनस्टीन। साभार: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

जेम्स थॉम्पसन। साभार: यूएसएम/सीट्रैक सिस्टम्स

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