국가별 확장 노드

Regional Scale Nodes
이 기사는 후안 드 푸카 판에 있는 미국 해양 관측소에 관한 것이다. 캐나다 천문대는 해왕성을 참조한다.

국립과학재단(NSF) 해양관측소 이니셔티브(OOI) 지역척도노드(RSN) 구성요소는 전기로 연결된 수중전망대로, 전지구적 인터넷에 직접 연결된다. 세계에서 가장 큰 케이블 연계 해저전망대인 동시에 미국 최초의 해저전망대다.

워싱턴과 오레곤 해안에서 떨어진 후안 데 푸카 판의 남쪽에 위치한 이 판은 지각 판을 가로지른 최초의 해양 관측소다.

RSN은 1차 노드라고 불리는 여러 개의 고출력 고대역폭 해저 단자를 활용하는데, 이 단자는 광섬유 케이블로 서로 연결되어 있으며, 주요 위치의 해양학 센서에 대한 지원을 제공한다.

2014년 네트워크가 완성되면 RSN은 최대 3000m 깊이에서 900km 이상의 거리를 커버하게 된다. OOI 지역 스케일 노드 구현은 워싱턴 대학교 해양학 대학(UW)과 UW 응용 물리학 연구소, L-3 마리프로가 주도한다.

해저 >100의 실시간 RSN 데이터와 물기둥 기구를 인터넷으로 실시간으로 이용할 수 있게 된다. 이것은 과학자들과 일반 대중들 모두가 향후 25년 동안 해양 시스템의 장기적인 변화를 연구할 수 있게 할 것이다.

RSN 건설은 2014년에 완료될 예정이다. ROPOS(Remote Operated Platform for Observation Sciences)의 승무원들이 상당한 노력을 지원하고 있다. 83일간의 VISION '14호 원정대 274피트 글로벌급 R/V 토마스 G. 톰슨은 천문대의 최종 실행을 책임진다.

OOIergional 스케일 노드 맵

개요

RSN(Regional Scale Node)은 국립과학재단(NSF) 해양관측소 이니셔티브(OOI)의 구성요소다. NSF의 OOI는 워싱턴 D.C.의 Ocean Leadership 컨소시엄(COL)에 있는 OOI 프로젝트 사무소에서 관리하고 조정한다. 워싱턴주 시애틀에 위치한 UW는 COL을 위한 RSN 실행 기구다.

RSN의 비전은 해양에 대한 과학적 발견과 이해의 새로운 시대를 시작하는 것이다.

RSN은 기본과 보조의 두 가지 인프라로 구성된다. L-3 마립로가 2012년 설계, 인증, 제조, 설치한 1차 인프라 네트워크는 오리건주 퍼시픽시티에 위치한 해안 시설과 800km의 거리를 커버하는 광섬유 케이블 라인 2개, 1차 과학 노드 7개로 구성된다.

RSN 시스템은 7개의 1차 과학 노드에 200kW의 전력과 240Gbit/s의 TCP/IP 인터넷 데이터 통신을 제공한다. RSN은 25년간 지속되도록 설계되었으며 미래 과학의 필요를 충족시키기 위해 상당한 확장이 가능하다.

R/V 토마스 G. 톰슨은 OOI Regional Scale Nodes Credit: M을 구축하는 데 사용되었다. 엘렌드, 워싱턴 대학교

역사

해저케이블 관측소가 등장하기 전에, 해양학자들과 세계 해양을 연구하는 다른 연구자들은 데이터를 수집하기 위해 연구용 선박과 유인 잠수함의 사용에 의존하는 경향이 있었다. 이어 원격운행차량(ROV)과 우주기반 연구위성으로의 전환이 이어졌다. 이러한 방법의 제한은 비용 효율적이지 않거나 짧은 기간 동안만 데이터를 수집할 수 있다는 것이었다. 원정 기반 탐사의 중요성은 인정받았지만, 해결책이 필요했다.

1987년, 고출력 고대역폭 수중케이블 관측소 활용 개념이 해양 시스템의 실시간 모니터링을 위한 장기적이고 비용 효율적인 솔루션으로 떠올랐다.

1990년대 초 미국과 캐나다는 북동 태평양에 전기로 연결된 판형 잠수함을 개발하기로 협정을 맺었다. 이 지역은 지구에서 가장 작은 지각판인 후안 드 푸카 판이 있는 곳이다. 후안 드 푸카 판의 작은 크기와 가까운 해안 근접성은 해저 화산 지역의 역동적인 시스템을 관찰할 수 있는 독특한 기회를 제공한다.

미국과 캐나다의 파트너십은 후안 드 푸카 판의 위쪽 1/3을 덮는 캐나다 케이블 배열을, 아래쪽 2/3에 걸쳐 있는 미국 시스템(카이트)을 구축하는 계획으로 발전했다. 이 판형 관측소는 함께 해왕성(North Pacific Time Series Later Networked Testimulation)이라고 불릴 것이며 25년 동안 지속적인 관측을 제공할 것이다.

2000년대 중반까지, 넵튠 캐나다는 전액 지원을 받았고, 2009년까지 케이블이 연결된 어레이가 완성되어 온라인에 접속되었다. 캐나다 오션네트웍스(ONC) 산하 네트워크로 들여왔다. 한편, 넵튠 미국은 지역 스케일 노드로 개칭되어 OOI의 구성요소가 되었다. 그것은 2014년에 완공될 예정이다. 넵튠 캐나다와 RSN은 모두 ONC의 디지털 인프라와 인터넷에 연결된 모든 사람에게 실시간으로 접속할 수 있는 OOI 사이버 인프라를 통해 통합될 것이다.

"이 프로그램의 목표는 널리 접근 가능한 상호 작용의 텔레프레시스를 활용하여 해양 유역 전체와 내부에서 과학적인 발견과 이해의 시대를 시작하는 것이다. 새로운 세상이다. 우리는 바다의 볼륨을 통해, 마음대로, 실시간으로 소통할 수 있도록...그러면 내일 실제로 무엇을 할 수 있을까? 우리는 기술 기회의 물결을 타려고 한다. 해양학을 중심으로 전 분야에 걸쳐 새로운 기술이 등장하고 있는데, 이 기술이 해양학에 접목될 것이며, 그러한 융합을 통해 해양학을 더욱 마술적인 것으로 변화시킬 것이다."

John Delaney, RSN Program Director and Principal Investigator

과학 동기

RSN의 과학적 목표는 중요하다. 세계 바다와 해저에서 일어나는 광범위한 자연현상이 북동 태평양에서 발견된다. 전체적으로 RSN의 임무는 연구자, 학생, 교육자, 정책입안자, 대중에게 봉사할 수 있는 인간적 원격진료를 바다에서 제공하는 것이다. 과학자들은 주요 해류, 활동 지진 지역, 새로운 해저 조성, 해양 동식물의 풍부한 환경 등과 같은 지구적 과정에 대한 현지 조사를 수행할 수 있을 것이다.

OOI 해저 공정. 이미지 크레딧: OOI 지역 스케일 노드 프로그램 및 워싱턴 대학교 환경 시각화 센터

RSN은 또한 해양에서 발생하는 장단기 위협과 기회를 예측하도록 설계되었다. 특히 RSN은 판 경계를 따라 지각 활동을 감시할 수 있게 된다. 지진과 쓰나미의 조기경보시스템 역할을 하는 확산센터 핵심지역에 지진센서가 설치될 수 있다는 희망이 있다.

장기전망대의 존재는 생물공동체의 장기측정을 가능하게 할 것이다. 특히 후안 드 푸카 판의 판경계가 엇갈려 해저 열수 분출구 생태계 등 유사한 집단이 존재하게 되었다. 극도로 가혹한 환경에서 번성하고 있는 이 심해 공동체는 RSN이 조사할 수 있는 미해결된 많은 과학적 질문들을 제기한다.

사회 기반 시설

지역 축척 노드 측점 지도

기본 인프라

RSN의 1차 인프라는 L-3 Maripro가 2012년에 설치한 7개의 1차 노드로 구성된다. 그것들은 배치된 센서들의 네트워크에 전력과 대역폭을 분배하는 것을 돕는 터미널 지점이다.

약 900km의 케이블(백본 케이블이라고도 함)이 1차 노드를 함께 연결하는 데 사용되었다. 이 케이블들은 태평양, 오레곤, 시티, 오레곤의 해안 정거장에 착륙한다.

2005년, 미국 전역의 175명 이상의 과학자들이 후안 데 푸카 판에 케이블로 연결된 전망대를 개발하기 위한 국가 과학 재단의 지원 요청에 응답했다. 노드는 후안 드 푸카 플레이트 전체에 걸쳐 사전 선택된 실험 현장에 위치한다. Axial Seamount, Cascadia 여백의 하이드레이트 리지, 그리고 오리건주 뉴포트 서쪽에 있는 얕은 수역들은 모두 1차 노드가 설치되어 있다. 1차 노드는 모두 환경적으로 양호한 지역에 위치한다.

또한 노드는 백본 케이블에서 375Vdc로 10kVdc 전압 레벨을 변환하고, 이 전압 레벨은 보조 인프라로 전달된다. 375V 스위칭 시스템과 노드 원격측정 시스템은 영국에 본사를 둔 Texcel Technology PLC에 의해 설계 및 제조되었다. 포트와 원격측정 보호 시스템을 관리하는 소프트웨어도 텍셀이 네트워크 관리 시스템(NMS) 아래 앉아 있는 요소 관리자로 공급했다.

1차 노드에는 대규모 미래 확장 가능성(>100km)을 제공하는 다수의 추가 포트가 있다.

보조 인프라

1차 노드에서 변환된 375VdC 전압은 그 다음 중저전력 노드와 접속 배선함을 향한다. 노드와 접속 배선함(전원 스트립과 유사)은 실험 현장의 계측기에 직접 전원과 통신을 제공한다. 이와 함께, 이러한 부분들이 RSN 2차 인프라를 구성한다. 1차 노드를 2차 인프라에 연결하는 데 확장 케이블이 사용되어 전력과 통신을 제공한다.

장비는 습식-메이트 커넥터를 사용하여 연결된다. 부하 요건에 따라 다른 종류의 케이블이 설치되었다. 이러한 케이블의 대역폭은 10Gbit/s ~ 1Gbit/s이다.

RSN의 건설을 계속하기 위한 VISION의 '13 탐험 동안, 해저에 22,000미터 이상의 연장 케이블이 설치되었다. 케이블은 모두 성공적으로 접속되었다.

2014년 완공되면 100개가 넘는 해저와 물기둥 계측기가 가동될 예정이다. 이 기구들은 해양의 생물학적, 화학적, 지질학적, 지구물리학적 과정을 감시할 수 있게 해줄 것이다. 2차 기반시설에는 또한 물기둥 프로파일러를 위한 6개의 계류 시스템도 포함될 것이다.

케이블은 자주 전세계에 해저와 여백에 배치된다. 그들은 수명이 상당히 길다. 백본 케이블은 2011년 여름에 설치되었다. 상업용 케이블 레이어링 선박인 TE SubCom Believeable은 이 프로젝트의 단계를 수행했다.

특수한 환경 요건도 고려했다. 일부 케이블은 특히 축선산과 같은 화산 지역에 배치된 케이블이 실질적으로 잘 배치되어 있다.

RSN 시공 및 측량 시 ROPOS에서 촬영한 이미지

계기

ROPOS는 얕은 프로파일러 크레딧: M을 배치할 준비를 한다. 엘렌드, 워싱턴 대학교

복잡한 해양 시스템을 완전히 이해하기 위해서는 가혹한 조건에서 장기간 생존할 수 있는 광범위한 센서 어레이가 필요하다. 센서 제품군(100개 이상)을 선정하여 RSN 전체에 전략적으로 배치하였다. 그들은 축선, 하이드레이트 리지, 그리고 수기둥 계류장에도 위치해 있다.

RSN에 연결된 계측기는 다음과 같다.

  • 전도도 온도 깊이(프로필러에 위치)
  • 용존 산소
  • 3-D 단일 지점 전류계
  • 온도
  • 불소계
  • CDOM,
  • 엽록소-a,
  • 광학 백스캐터

그 계기들은 각 지역 네트워크 지점의 최종 지점이다.

사이버 인프라

CI 배포 토폴로지. J.B가 만든 그래픽 매튜스.

지역 스케일 노드는 OOI 사이버 인프라에 연결된다.

OOI의 사이버 인프라 구성요소는 해양 인프라를 과학자와 사용자와 연결한다. OOI 사이버 인프라는 다양한 OOI 센서의 데이터를 관리하고 통합한다. 해양부품(글로벌·지역·해안 규모 어레이)의 운영을 연계·조정하는 공통 운영 인프라인 통합관측망망망(ION)을 제공한다. 또한 자원 관리, 전망대 임무 명령 및 통제, 제품 생산, 데이터 관리 및 배포(강력한 데이터 입증 포함), 중앙에서 이용할 수 있는 협업 도구도 제공할 것이다.

통합관측망 네트워크(ION)는 OOI 해양 구성요소의 운영을 해양학 연구 공동체의 과학적, 교육적 활동과 연계하고 조정한다. 사이버 인프라는 샌디에이고 캘리포니아 대학교에 의해 설계되고 건설되고 있다.

상태

RSN의 건설은 진행중이다. 2014년 9월 19일을 기점으로 1차 인프라와 2차 인프라 대부분이 성공적으로 제자리걸음을 하고 있으며, OOI RSN과 UW APL 제작진은 얕은 프로파일러를 위한 수직 계류 작업을 완료하고 있었다.

아웃리치

워싱턴대학은 RSN 시행에 학생들의 참여를 환영했다. 2014년 현재, 학생들이 R/V 토마스 G에 탑승하여 일할 수 있는 기회를 가진 8개의 탐험이 있었다. 톰슨과 케이블로 연결된 전망대의 건설을 목격한다. 이 유람선 여행 기간 동안, 학생들은 기내에 있는 기술과 과학 장비를 활용한 프로젝트를 개발한다.

이러한 탐험에 참여하는 학생들은 그들의 경험을 다른 사람들과 공유하기 위해 계속한다.

2014년, 30명 이상의 대학원생과 학부생들이 83일간의 VISION '14' 탐험 동안 연구원, 엔지니어, 교육자, 승무원과 함께 일했다.

참조

  • Carr, Geoffrey (15 November 2007). "Visiting Neptune's kingdom". The Economist. Retrieved 17 September 2014.
  • Delaney, John; Alan Chave (January 2000). "NEPTUNE: A Fiber-Optic 'Telescope' to Inner Space". Oceanus. Retrieved 17 September 2014.
  • Thomson, Ashley (7 March 2014). "Canadian Scientific Submersible Facility and University of Washington sign 2014 agreement for installation of US Regional Scale Nodes cabled observatory". Canadian Scientific Submersible Facility. Retrieved 18 September 2014.
VISION '14' 원정에 참가한 학생들은 CTD Credit: M을 배치할 준비를 한다. 엘렌드, 워싱턴 대학교

외부 링크