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Diario de campaña. Glider - Messina 27 de enero al 4 de febrero de 2005

Contexto La motivación de asistir a esta campaña es que en el proyecto MERSEA el grupo de

IMEDEA está comprometido a adquirir al menos un glider para probar su eficacia como plataforma de muestreo oceanográfico.

En el proyecto MFSTEP hay funcionando un glider de Slocum (Webb Research Corp.) que hace un transecto desde el estrecho de Messina hacia la plataforma argelina.

Pierre Testor, del IFM Kiel, que también participa en la tarea 3.5 del proyecto MERSEA (gliders) nos ha invitado a participar en la puesta en funcionamiento de su glider, para que tomemos experiencia en su manejo, ya demás aprovechar que a esta campaña asistirá Clayton Jones de Webb Research Corp., para presentarnos el modelo de aguas profundas del glider Slocum.

De esta forma adquiriremos experiencia en la forma de operar con los gliders, sus comunicaciones y su puesta en funcionamiento en el mar y tomaremos contacto con Webb Research, pues actualmente es el único proveedor que puede facilitarnos un glider.

Las operaciones se realizan desde el Istituto Scientifico Talassografico CNR de Messina, puesto que este instituto es pathner del IFM Kiel en el proyecto MFSTEP. Giuseppe Zappala nos acoge como director del instituto.

Las instalaciones de este instituto están bastante deterioradas, pero son amplias y muy accesibles para trabajar con equipos voluminosos, ya que una gran parte de su actividad la dedican a la acuicultura.

El instituto además cuenta con una embarcación de unos 18m de eslora desde donde se realizarán las operaciones de mar abierto.

Figura 1: Imagen del edificio principal del CNR Figura 2: Imagen del edificio de las instalaciones de trabajo del acuicultura en el CNR

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Participantes Pierre Testor IFM Kiel Thierry Terre IFREMER Brest Benjamín Casas IMEDEA Esporles Clayton Jones Webb Research Corp

Día 27 de enero de 2005 Para el primer día de trabajo estaba previsto llegar a las instalaciones del instituto,

inspeccionar el glider costero, instalarle un sensor de oxígeno, recibir el glider de aguas profundas y tratar diferentes temas con Clayton Jones de Corp que vendría este día a atendernos.

Sin embargo por la mañana todo ha sido un cúmulo de malas noticias. El camión que transportaba el glider de aguas profundas, que venía por carretera desde Roma, había quedado atrapado por la nieve, y la empresa de transporte no nos puede aclarar en qué fecha va a llegar,

Algo parecido le ha pasado a Clayton, pues por causas meteorológicas su vuelo no ha podido salir y esperamos que llegue mañana.

De esta forma, la mañana la hemos dedicado a conocer el software que controla el glider Slocum. El instrumento lleva instalado el software y nos comunicamos con él a través de un programa emulador de terminal. Las órdenes se le transmiten a través de comandos de texto, y las misiones se le introducen en ficheros de texto formato ASCII.

Para hacer las pruebas con el software, en lugar de utilizar el glider, hay preparado una “caja” con una placa que emula la electrónica de programación del glider, sobre la que se pueden enviar las misiones y funciona de forma similar a como lo haría el glider.

Thierry trae un programa en matlab que presenta por pantalla, de forma gráfica los mensajes que envía por el terminal el instrumento, la posición del último waypoint, del próximo que alcanzará, un gráfico con la trayectoria que sigue el instrumento y además la posibilidad de conectar un GPS para pintar sobre el mapa además la posición del operador en caso de que se esté en misión de recogida.

Pierre nos recomienda este programa sobre un ordenador portátil para operar en el campo, pero para el laboratorio y la operación serán necesarios un ordenador dedicado con SO Linux, pues el software de adquisición está preparado para ese sistema operativo.

La tarde la dedicamos a probar el glider. Me queda claro que necesitaremos un laboratorio bastante más grande y accesible que los que actualmente disponemos en Esporles. Quizá sean más adecuadas las instalaciones que tendremos en Cala Nova.

Para las pruebas de flotabilidad es necesario disponer de un tanque de al menos 3 m de diámetro y a ser posible lleno de agua de mar.

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Figura 2: Imagen de la caja contenedor del glider Figura 3: Imagen del glider en el laboratorio, montado sobre su

carro

La conexión con el glider se hace a través de radio-modem, incluso en el laboratorio. Su utilización es bastante sencilla y rápida, y no difiere a tenerlo conectado por cable.

El glider tiene un conector (muy parecido al del los correntímetros Nortek) que en función del tapón que tenga instalado lo hará que esté encendido o apagado.

Figura 5: Detalle de conexión via radio-modem Figura 6: Detalle de la parte posterior del glider; antena, timón y conector de encendido (verde), apagado (rojo) o alimentación externa por cable.

Una vez que en el laboratorio comprobamos que responde lo llevamos a los tanques para hacerle pruebas de flotabilidad y programarle una misión de test.

Es fácil trabajar con el instrumento, pues aunque es pesado, el carro que tiene lo hace fácil de manejar, y además las aletas son desmontables y se pueden instalar en el momento de ponerlo en el agua. Esto facilita mucho la operación, pues prácticamente la única parte frágil es la cola, donde están las antenas y el timón.

La flotabilidad es correcta por lo que no es necesario realizar ninguna corrección. El instrumento parado tiene prácticamente flotabilidad neutra. Una vez que conectamos con él y se pone en modo stanby aumenta su flotabilidad y la cola queda fuera del agua para permitir la comunicación a través de radio-modem.

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Figura 7: El glider en standby esperando recibir una misión Figura 8: Pierre controla el glider con su ordenador y el radio-modem desde una furgoneta cerca del tanque de pruabas

Se le envía una misión, que consiste en hacer dos inmersiones sucesivas.

Me sorprende la forma en que al hundirse en un tanque de solo 1.5m de profundidad se desplaza en la horizontal bastante. De hecho, tenemos que aguantar su avance para que en las dos inmersiones no llegue al otro extremo del tanque que está a unos 6m de distancia.

Figura 9: Detalle de la cola del glider donde puede apreciarse que tiene una anilla para poder atarlo con una cuerda mientras se realizan las pruebas

Figura 10: El glider comienza a hundirse para completar su misión

Para terminar Pierre avisa a sus compañeros en Kiel para que se pongan en contacto con el glider a través de Iridium. La prueba es satisfactoria.

Recogemos todo el material y lo dejamos listo para el trabajo de mañana.

Día 28 de enero de 2005

Aún seguimos esperando a Clayton. Queremos esperar su llegada para instalar con él el sensor de oxigeno en el glider. El sensor es un modelo de Andrea OCTOPODE 3830 que será instalado en la cola del glider.

Durante la mañana instalamos el software necesario para la comunicación con el glider en mi ordenador (Procomm Plus, más otro software del glider) y realizamos pruebas de entrenamiento con la “caja” simuladora.

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Programación de la misión: Se introducen los waypoints hacia donde debe dirigirse el instrumento, y la profundidad máxima (max 200m) y mínima en la que el intrumento debe realizar las sibidas y bajadas. Además es configurada la frecuencia con que el instrumento debe salir a superficie para transmitir datos. Esta frecuencia es aproximada, y con probabilidad no será exacta en la primera comunicación, ya que esta la utiliza para calcular el número de inmersiones que debe realizar antes de salir a superficie para transmitir.

A media tarde ha llegado Clayton y hemos podido empezar las operaciones de hardware sobre el glider. En principio pensaba que la instalación de un nuevo sensor sería más sencilla, sin embargo requiere de instalación de nuevas tarjetas en la placa madre, la instalación del sensor y realizar todas las conexiones del sensor con la placa mediante diversas soldaduras en los cables de conexión de la placa con el sensor.

Figura 11: Modo de operación del glider. Uno de los parámetros que se programa es la frecuencia con que el instrumento sale a superficie a transmitir (en la figura la programación es para que salga a superficie cada 4 horas). La primera vez el tiempo empleado es solo aproximado (en el ejemplo 4h 10 min). En los sucesivos, el glider ajusta la profundidad de la última inmersión para que el intervalo de salidas a superficie sea lo más aproximado posible a lo programado

Además el desmontar el instrumento, operación rutinaria que debe realizarse en cualquier cambio de batería es bastante más tediosa de lo que en principio podría pensarse.

Figura 12: El gider abierto en los tres trozos que lo componen Figura 13: Detalle de la electrónica de la cola del glider

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Todas estas operaciones, más los imprevistos que han ido surgiendo porque a Clayton le han perdido la maleta con las herramientas, y porque otros componentes llegarán en la caja del glider de aguas profundas, han hecho que esta tarde hayamos dejado a medias la instalación del sensor. Mañana tendremos que terminar de cerrar el instrumento y proceder al equilibrado del mismo.

Figura 14: Soldando los cables para el nuevo sensor Figura 15: Detalle de la electrónica del glider

Figura 16: Comprobando el buen funcionamiento del nuevo

sensor Figura 17: Detalle de las baterías del glider

Día 29 de enero de 2005

Durante la mañana continuamos montando la electrónica del glider para permitir instalar el sensor de oxígeno. Además es necesario configurar en el sensor de oxigeno la frecuencia de muestreo y el modo de operación para que el glider pueda asimilar sus datos. Esto lo hacemos comunicándonos con el sensor a través del programa Hyperterminal de Windows.

También se realizan pruebas de la antena iridium del glider, conectándola a un teléfono iridium portátil. Clayton aprovecha el momento para sustituir el teléfono iridium del glider por una nueva versión.

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Figura 18: Probando la antena iridium del gider con un teléfono

externo Figura 19: Montando una antena iridiun para el glider en la

azotea del edificio principal del instituto

El cambio del teléfono iridium del glider lleva más tiempo de lo previsto. En el exterior del laboratorio no hay cobertura suficiente para realizar las pruebas y tenemos que desplazarnos a la azotea del edificio principal. Antes de medio día conseguimos realizar con éxito una llamada telefónica al glider a través de iridium.

Por la tarde terminamos de instalar el sensor de oxígeno. Hay que realizar un boquete en la cola del glider para que el sensor pueda medir la concentración de oxígeno del medio exterior. Este boquete lo hacemos bastante a “ojo”.

Una vez instalado el sensor, es necesario redistribuir los pesos en el interior del glider, para que cuando lo pongamos en el agua este permanezca equilibrado y los retoques que haya que realizar sobre su equilibrio sean los mínimos posibles. En la parte frontal hay preparados diversos botecitos para que se le pueda añadir trocitos de plomo a conveniencia.

Figura 20: Aspecto del sensor de oxigeno montado en la cola

del gider Figura 21: Vista general de la electrónica del glider

Mañana, cuando esté cerrado el instrumento y lo probemos en el tanque lo terminaremos de calibrar.

Para finalizar la instalación se debe comprobar que el sensor sigue midiendo correctamente en el glider, y que este asimila de forma correcta los datos que el sensor

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produce. Es una labor bastante larga y tediosa de complicación que nos tiene en el laboratorio hasta bastante tarde.

Día 30 de enero de 2005 Durante la mañana Clayton recibe del laboratorio de Webb Research nuevas

instrucciones para terminar de configurar el instrumento. A media mañana el sensor ya funciona de forma correcta y procedemos al cerrado de la electrónica en la carcasa.

Antes de comenzar realizamos una revisión exhaustiva de juntas, las limpiamos y las engrasamos para que realicen un buen cerrado del instrumento.

Comenzamos a montar desde la proa. Se coloca el primer tramo de carcasa en posición vertical, se limpia la junta, se revisa el o-ring y se introduce la electrónica en la carcasa. Se hace presión para que todo el morro entre simultáneamente. Después se introduce el priper paquete de baterías (120 pilas alcalinas tamaño A) y se atornilla al pistón. Continuamos limpiando las 4 juntas de la parte central que es introducida en su correspondiente carcasa (siempre prestando gran atención al alineamiento de cada una de las partes) Después se atornillan a esta parte central las barra de lastre.

Figura 22: Introduciendo el morro en la sección de proa Figura 23: Limpiando las juntas

Después se realizan las conexiones eléctricas del módulo de proa con el módulo central y se unen estas dos partes.

Ahora se coloca la sección de cola; en este caso se prepara en el carro poniendo la carcasa cerca de la parte central, luego se introduce el paquete de baterías (100 pilas Alcalinas tamaño A) y se fija este a la parte central (2 tornillos). Y finalmente se introduce la cola, se realizan las conexiones eléctricas y se cierra el glider En esta ocasión hay un tornillo que desde popa ajusta todos los cilindros y queda completamente cerrado el instrumento.

Una vez cerrado se hace vacío en el interior del glider, utilizando una bomba de aire. El vacío ayudará a los o-rings a mantener la estanqueidad, le da más solidez al conjunto y además facilita que la junta que mueve el pistón esté siempre en una posición correcta,

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evitando que burbujas puedan formarse en la misma puedan llegar a producir daños en esta junta.

El glider lleva en su interior un sensor que informa del estado del vacío, que por un lado nos ayuda a comprobar el estado y por otro puede ser una alarma de algún malfuncionamiento del cerrado del instrumento.

Figura 24: Ensamblando la sección de proa y la central Figura 25: Realizando las conexiones eléctricas antes del cerrado

Para terminar se coloca la carcasa que protege las conexiones de popa.

Figura 26: La cola, que es una parte no estanca del glider Figura 27: Herramienta utilizada para realizar el vacío en el

glider

Cuando está completamente cerrado realizamos una prueba de comunicación en el laboratorio. Algo no funciona correctamente y es necesario volver a abrir el instrumento. Esto retrasa nuestra idea de hacer las pruebas de estabilidad en el tanque.

Durante la tarde hacemos las pruebas de estabilidad en el tanque. A pesar de las compensaciones de pesos que hicimos en el glider antes de cerrarlo, son necesarias algunas compensaciones más. En general tiene unos 200g de sobrepeso, y hay que corregir el roll dos grados a babor.

Para realizar estos cambios es necesario volver al laboratorio, abrirlo y realizar algunos retoques en los pesos. Para hacer las compensaciones según las medidas realizadas se disponen de unas tablas que permiten calcular más fácilmente la

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redistribución de pesos en el interior del glider. A pesar de todo, los últimos ajustes se realizan un poco a “ojo”.

Finalmente reposicionamos los pesos, pero aún Clayton tiene que hacer algunos cambios en la electrónica y en el software, así que las siguiente pruebas en el tanque las haremos mañana.

Día 31 de enero de 2005 Durante la mañana Clayton continúa haciendo pruebas electrónicas en el glider,

porque cuando hizo las pruebas de funcionamiento del sensor de oxígeno el glider quedó en un modo de pruebas y ahora no consigue que vuelva al modo de operación normal. No está claro si es un problema de software, de comunicación o de la electrónica del glider.

Mientras tanto yo estudio el manual y hago pruebas con la “caja” simulador.

A medio día llega el nuevo glider. Su aspecto externo es completamente similar al de aguas someras. Trae una caja de herramientas bastante completa para realizar todas las operaciones que sean necesarias (en una situación de operación normal).

Figura 28: Clayton hace modificaciones en el glider costero Figura 29: El morro del glider costero desmontado. Puede

verse el diafragma y la base del émbolo

Después de comer hacemos las pruebas de flotabilidad en el tanque y es un poco “pesado” de proa. Debemos abrirlo par realizar las correcciones oportunas.

Clayton continúa con las reparaciones en el otro glider. Después de comer llama a Webb Research Corp. Para ver si desde allí le dan alguna solución.

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Figura 30: Lanzado el gloder al tanque de pruebas Figura31 : El glider en flotabilidad neutra

Finalmente decidimos añadir unos trozos de un material poco denso en el morro para compensar el cabeceo. Una vez añadidos estos “flotadores” el instrumento está prácticamente alineado, pero es demasiado ligero. Añadimos un trozo más de plomo en la cola y lo volvemos a llevar al tanque. Vamos añadiendo trocitos de plomo (de unos 20g) hasta que conseguimos que la flotabilidad sea neutra.

Finalmente Clayton consigue poner a punto el glider de aguas someras y lo dejamos listo para las pruebas del día siguiente en el mar.

Para terminar el día le hicimos un test al glider de aguas profundas. Respondió correctamente a todo menos a las comunicaciones via iridium. Solucionar el problema nos llevó hasta altas horas de la madrugada. De hecho Clayton pasó la noche en el instituto hasta dar con la solución (finalmente desmontó su teléfono iridiun portátil y lo reemplazó por el del glider).

Día 1 febrero de 2005 A primera hora de la mañana partimos del puerto militar de Messina, donde esté el

barco del instituto. Es un barco de unos 18m de eslora y 4 de manga, perfectamente equipado para el trabajo oceanográfico. Además es bastante rápido; realizamos los desplazamientos a 30 nudos.

Figura 32: Los instrumentos preparados para transportarlos al

barco Figura 33: Los gliders transportados en el barco montados

sobre sus carros atados a la escalera del barco

Es necesario hacer un par de horas de navegación hasta llegar al punto donde podemos hacer las pruebas pues está limitada por la marina militar la zona donde el

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glider puede operar. El estado de la mar no es óptimo; hay olas de un metro y viento moderado.

La primera prueba la hacemos con el glider costero. Se le ata una boya con un cabo de unos 50 metros y se lanza al mar desde popa. Las alas se le instalan justo antes del lanzamiento, y se lanza subiendo el carro a la borda por la popa, luego se sacan las ruedas y se lleva hasta la puerta de popa. Se sacan las aletas por fuera de la borda y se baja lo más paralelo al agua posible. Una vez en esta posición se deja caer al agua suavemente.

Se realiza una primera prueba que consiste en bajar unos 5 m y volver a superficie para enviar los datos. La prueba es satisfactoria. Una segunda es una operación similar pero bajando hasta los 30m. Sube a superficie sin problemas. Decidimos enviarlo a la misión.

Lo recuperamos cogiendo la boya, y sin subirlo a la embarcación se le corta el cabo. Ya está en el agua libre. Pierre le envía los datos de la misión y la ejecuta. El glider comienza su misión.

Figura 34: Clayton y Pierre comunicándose con los gliders via

radiomodem Figura 35: Las alas se instalan justo antes de ser lanzados al

mar

Después ponemos en el agua el glider de aguas profundas. Al parecer siguen habiendo problemas y no es posible realizar ninguna misión. Clayton intenta arreglarlo.

Dos miembros de la tripulación no se encontraban bien, y sobre la una de la tarde se revelan, pues ven que llevamos mucho tiempo sobre el mismo punto. Pretenden volver a puerto cuanto antes. Pierre tiene que intervenir llamando al director del instituto para que calme a la tripulación. Conseguimos aplazar el regreso unas horas más.

Finalmente el glider no se pone en marcha de forma correcta, y lo tenemos que recoger porque la tripulación ya nos pone muy mala cara.

La operación de recogida la preparamos con la grúa del barco y una especie de red que tiene preparada Pierre y dos lazos de cazar cocodrilos, pero después de diversas operaciones lo más sencillo es cogerlo por la cola y subirlo entre tres personas por la borda.

Ponemos rumbo a Messina, y volvemos al laboratorio donde Clayton continúa haciendo pruebas para dejarlo listo para el día siguiente. Tras ponerse en contacto con los laboratorios de Webb Research consigue solucionar todos los problemas.

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Día 2 de febrero de 2005 Salimos a primera hora del puerto de Messina hacia la zona de prueba de los glider.

El tiempo es lluvioso, pero el estado de la mar es mejor que el día anterior.

Lanzamos el glider profundo atado con un cabo de unos 50 m y una boya de señalización al final. Se realiza una prueba de inmersión a 10 m que es satisfactoria. Luego se le envía una misión para realizar varios yo-yo hasta 30m de profundidad. De nuevo sin problemas, por lo que decidimos enviarle una misión hasta 100m. Es necesario recuperarlo y quitarle la boya de señalización; esto lo hacemos sin necesidad de subirlo a bordo.

La misión dura una hora.

Figura 36: Antena de comunicaciones del radio-modem Figura 37: Ordenador portátil conectado al glider via radio-modem FreeWave

Clyton me informa del alcance del radio-modem FreeWave; su alcance depende

Principalmente de la altura de la antena, y puede oscilar entre las 2 y las 60 millas. Con la altura a la que está colocada la antena en el barco podemos comunicarnos sin problemas a 2 millas. Me comenta que en algunas ocasiones instalan un laboratorio en tierra con una antena elevada, y el glider lo llevan hasta el lugar donde debe ser lanzado al agua en una embarcación pequeña, ya que es ligero y fácil de lanzar y recuperar. Esta podría ser una opción para hacer pruebas en Mallorca.

Volvemos a recibir la señal del instrumento sin problemas. Nos decidimos a enviarlo a una misión de mayor profundidad; 900m.

Para ello tenemos que recuperarlo de la zona donde estamos haciendo las pruebas y desplazarnos con él hacia una zona más profunda. La operación de recogida la hacemos de nuevo sin medios mecánicos. Desde la popa nos aproximamos al glider y con los lazos caza cocodrilos lo capturamos. Lo subimos a bordo cogiéndolo desde la cola y montándolo en el carro.

Vamos a zonas profundas y lo lanzamos en una misión en la que en 2 horas bajará hasta 900m. Esperamos en la zona y sube con éxito a superficie, Se reprograma la misión y se deja funcionando en la zona.

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Figura 38: Captura de imagen del GPS en el área de trabajo. En azul los puntos donde ha salido a superficie el glider. La línea rosa determina la trayectoria que seguirá el glider durante la misión

Día 3 de febrero de 2005 En el laboratorio, mientras esperamos poder comunicarnos con los gliders vía IFM

Kiel e Iridium, Clayton nos hace un pequeño seminario del principio de funcionamiento del glider. Lo tenía preparado para el día de su llegada, pero en vista de cómo se han ido desarrollando los acontecimientos lo hemos realizado hoy.

En él nos cuenta un poco el funcionamiento del glider slocum, el porqué ed sus dos procesadores y el funcionamiento de su sistema operativo y las diferentes aplicaciones y comportamientos del glider.

Conclusiones El glider slocum está en un estado demasiado experimental como para ser un

producto comercial.

Necesitaremos unas instalaciones más amplias que las que ahora contamos en Esporles.

Figura : Figura :