Arftaki Alvins verður reiðubúinn í jómfrúarferð sína árið 2009 og minnir um margt á fyrirrennara sinn.

Þegar kemur að mönnuðum farartækjum ætlar Kína sér stóran hlut síðar á árinu með COMRA, sem ráðgert er að komist niður á sjöþúsund metra dýpi. Árið 2009 fylgja BNA í kjölfarið með arftaka að hinum þjóðsagnakennda smákafbáti Alvin, sem frá árinu 1964 hefur meira en fjögurþúsund kafanir að baki og verið yfir sextánþúsund klukkustundir í undirdjúpunum. Það má þakka Alvin sem getur kafað niður á 4500 m, að um tólfþúsund líffræðingar, efnafræðingar og jarðfræðingar hafa með eigin augum litið einhverja óaðgengilegustu staði á jörðinni og kvikmyndað að vild svo við hin fáum notið reynslunnar. Arftaki Alvins sem enn hefur ekki fengið nafn á að geta kafað niður á 6500 metra sem nægir til að ná til 99% af hafsbotninum. Hinn mannaði smákafbátur Japans, Shinkai, hefur samsvarandi getu, meðan hinn franski Nautile og rússnesku Mir 1 og 2 eiga að ná niður á 6000 m dýpi.

Bæði þessir nýju sem og núverandi smákafbátar eru hannaðir eftir sömu meginreglum þar sem köfunin á sér stað við að taka sjó inn, og farið er aftur upp að yfirborði með því að dæla sjó út úr ballast – tönkunum. Ferðin niður á hafsbotn og upp aftur tekur langan tíma og því dugar rafmagn á geyminn aðeins til fárra klukkustunda rannsókna í undirdjúpunum. Meðan smákafbátarnir eru að störfum við hafsbotnin, felur gríðarlegur þrýstingur á yfir eittþúsund loftþyngdir, að þeir hreyfast afar hægt þar sem hringlaga form þeirra myndar jafnframt gríðarlega mótstöðu. Því eru slík farartæki ófær um að fara yfir stór svæði í einni köfunarferð.

Jafnframt er viðhald þeirra kostnaðarsamt og eins fá þeir mikla samkeppni fá ómönnuðum farartækjum, en þau er að finna í tveimur útgáfum. Annarri er fjarstýrt með köplum frá móðurskipi, en hinni er sleppt lausri og fylgir forritaðri áætlun. Ómannaðir smákafbátar geta varið löngum tíma við hafsbotninn og komist yfir stór svæði með nemum sínum og myndatökuvélum. Jafnframt er hægt að senda slík tæki í hættulegra leiðangra, t.d. inn undir hina feiknarlegu íshellu við Suðurskautslandið án þess að hætta lífi manna.

Mannað eða ómannað?

Meðal haffræðinga eru skiptar skoðanir um kosti og galla mannaðra og ómannaðra smákafbáta. En í reynd bæta þessar tvær aðferðir hvora aðra upp. Þessu má líkja við rannsókn á sólkerfinu. Á því sviði hafa gervihnettir fært okkur mun meiri vitneskju um sólina, plánetur, tungl og loftsteina en mönnuð geimför til tunglsins. En lending manna á tunglinu heillaði heila kynslóð sem sat í álögum fyrir framan sjónvarpið meðan Neil Armstrong og félagar hans tóku sín risaskref fyrir mannkyn.

Hliðstæðan á hafsbotninum átti sér stað þegar Alvin kafaði niður árið 1979 norðaustan við Galapagos – eyjar til svæðis með eldvirkni, en tilvist þess hafði uppgötvast tveimur árum áður. Engu að síður göptu fræðimenn þegar þeir sáu í gegnum kýraugun metralanga orma, risavaxnar skeljar, draugalega krabba, gylltar rækjur og framandi fiska. Þarna fannst flókið vistkerfi í myrkrinu á tveggja kílómetra dýpi sem grundvallast á bakteríum er umbreyta brennisteini frá hitauppsprettunum í lífræn efni.

„Rósagarðurinn“ varð næstu áratugi tákn fyrir rannsóknir á hafsbotninum. En þegar Alvin sneri til baka árið 2002 var vistkerfið sporlaust horfið. Enginn hefði vitað hvað gerst hafði ef fjarstýrður smákafbátur hefði ekki kortlagt svæðið. Autonomus Benthic Explorer (ABE) sigldi fram og til baka yfir hafsbotninum – rétt eins og sláttuvél á túni – meðan áhöfn Alvins fékk sér langþráðan lúr á móðurskipinu. Rannsóknir sýndu að útstreymi á heitum brennisteinsríkum sjó hafði hætt í Rósagarðinum en hins vegar höfðu nýjar uppsprettur komið fram skammt þaðan frá.

Hitanemar ABE mældu uppstreymi sem var einungis 0,02 gráðum heitara en umliggjandi sjór, nokkuð sem hefði verið ógjörningur fyrir Alvin. Síðari leiðangrar með Alvin hafa sýnt að vistkerfi er nú að þróast við „Rósaknúbbinn“ og haffræðingar geta nú í fyrsta sinn fylgst með hvernig líf tekur sér bólfestu við slíka hitauppsprettu á hafsbotni.

Þessi saga veitir forsmekk að komandi rannsóknum undirdjúpanna. Forrituð neðansjávarvélmenni munu kortleggja stór svæði hafsbotnsins, leita uppi eldgos neðansjávar og fylgja fiskum og spendýrum á fari þeirra um úthöfin. Þegar vélmennin finna eitthvað áhugavert er viðkomandi svæði rannsakað nánar með smákafbátum og þegar lottóvinningurinn næst, eru mannaðir kafbátar sendir á staðinn svo haffræðingar geti rannsakað fyrirbærin, náð í sýni til nánari greininga og með nútíma upplýsingatækni tekið okkur öll með í ferðir sínar til undirdjúpanna.

Öryggi að baki 7,5 cm af títan

Þegar árið 1960 náðu tveir menn í kafbátnum Trieste niður á dýpsta stað hafsbotnsins, Marianer – gröfina nærri Guam, en botninn þar er á meira en 1100 km dýpi. Þegar kom í ljós mikilvægt vísindalegt gildi leiðangursins: Þeir komu auga á flatfisk og fengu þar með vissu á að lífið er jafnvel að finna í allra mesta dýpinu. Árið 1995 endurtók ómannaði japanski smákafbáturinn Kaiko afrekið og náði í óþekktar tegundir af örsmáum skeldýrum upp á yfirborð. Því miður fórst Kaiko árið 2003 í öðrum leiðangri. Þegar móðurskipið dróg inn kaplana voru þeir sundurskornir og smákafbáturinn týndur.

Hinir nýju smákafbátar frá Kína og BNA eru hvorugir hannaðir til að ná til botns í Marianer – gröfinni. Kostnaðurinn við að kafa svo djúpt felst í þykkari og þyngri málmskel, aukinni orkunotkun og minni yfirferð – og þegar allt kemur til alls er einungis um hundraðasta hluta hafsbotnsins að ræða sem ekki næst til með smákafbáti sem annars er fær um að ná niður á 6500 metra dýpi.

Hinn kínverski COMRA verður fyrsti kafbátur nýrrar kynslóðar og verður hann að líkindum notaður í leit að hagnýtum auðlindum. Kínverjar veita litlar upplýsingar um hönnun bátsins sem væntanlega fer í sína jómfrúarferð síðar á þessu ári. Hins vegar hefur BNA þegar lagt fram drögin að arftaka Alvins.

Sennilega mun nýi bandaríski smákafbáturinn líkjast fyrirrennaranum, en búa yfir auknu notagildi. Sex skrúfur halda honum stöðugum meðan gripklær ná í sýni af hafsbotninum og nýtt ballastkerfi hraðar ferðum hans. Jafnframt er smákafbáturinn búinn nýjustu tækni, myndatökuvélum og sónarkerfi. Áhöfnin samanstendur af stýrimanni og tveimur öðrum sem fá fimmtungi meira pláss til að athafna sig og mun betra útsýni. Kýraugun eru úr plasti sem getur þolað gríðarlegan þrýsting en þykkt plast stækkar og skekkir allt sem sést, svo sjóntækjafræðingar vinna að því að lágmarka bjögunina.

Smákafbáturinn er gerður úr 7,5 cm þykkri kúlulaga þrýstiskel úr títan og er tæpir 5 m3 að stærð. Títan býr yfir hámarksstyrk miðað við þyngd en skelin er engu að síður afar þung, og til að forðast að hún sökkvi eins og steinn er hún umlukin léttu frauðefni sem samanstendur af glerkúlum steyptum í epoxý. Þannig nær smákafbáturinn floti í sjónum.

Bættur tækjabúnaður eykur orkuþörfina og meðan Alvin gat spjarað sig með rafhlöðu fyrir rafmagnslyftara, er arftakinn búinn lithium – polymer – rafhlöðum af sömu gerð og er í farsímum. Orkan í þeim nægir til að hann geti athafnað sig á hafsbotninum í rúmar fimm klukkustundir í hverri ferð.

Vélmennin reiðubúin

Afrek ABE frá árinu 2002 við að leysa ráðgátuna um hinn horfna Rósagarð við Galapagos eyjar var til merkis um að ómannaðir smákafbátar eru komnir af æskuskeiðinu og reiðubúnir að takast á við verðugari verkefni. Margir smákafbátar týndust við ýmiss konar skakkaföll, en á síðustu árum hefur framþróunin verið mikil og sérfræðingar binda miklar vonir við komandi leiðangra þeirra. Hinn enski Autosub 2 er hannaður til rannsókna á minna dýpi en ABE og er t.d. heppilegur við að rannsaka fiskistofna. Helsta verkefni hans er þó að mæla ísþykkt og rannsaka bráðnun við Suðurskautið, einkum Ross – íshelluna sem er á stærð við Frakkland. Þær upplýsingar eru nauðsynlegar til að vita hvort íshellan muni brotna upp vegna hlýnunar loftslags.

Í BNA hafa haffræðingar við Rutgers University í New Jersey byggt upp smærri flota af smákafbátum er nefnast REMUS sem geta rannsakað ýmis ferli við skil meginlandsplatna. Til dæmis eitraða þörungablóma, setlagamyndun og ósa stórfljóta. REMUS kafbátarnir eru afar meðfærilegir og hægt að flytja þá með bílum þangað sem þeirra er þörf.

Á hafsbotn án vélarafls

Hægt er að útbúa smákafbáta með einskonar svifflugsvængjum sem þrýstast smám saman niður á við svo kafbáturinn kemst langa vegu án vélarafls. Þessir kafbátar geta aflað grunnupplýsinga um hafstrauma, sjávarhitastig, seltu og þörungavöxt. Þannig má skjótt koma REMUS – smákafbátum á áhugaverða staði, t.d. þegar leitast er við að útskýra hvort mikil aukning á eitruðum þörungum er af mannavöldum eður ei.

Fræðimenn við Monterey Bay Aquarium Research Institute í Kaliforníu hafa þróað blending af sjálfvirkum smákafbát og svifflaug sem nefnist Dorado og hefur vakið áhuga bæði innan olíuiðnaðarins og hersins. Eftir því sem olíulindir tæmast nærri ströndu, er leitað eftir nýjum olíulindum á dýpri hafsvæðum og herinn ætlar sér að nota Dorado til að rannsaka strandir óvinanna áður en til innrásar frá hafi kemur. Dorado passar nefnilega í tundurskeytarörin í herkafbátum.

Hvað varðar borgaralegar rannsóknir eru góðir möguleikar á að koma á samvinnu sjálfvirkra farartækja eins og ABE og smákafbáta eins og hins bandaríska Jason 2, sem er stjórnað með kapli og getur kafað niður á 6500 metra dýpi. Fyrst fylgir sjálfvirki smákafbáturinn forritaðri leið og síðar geta fræðimenn stýrt Jason 2 til áhugaverðustu staðanna með aðstoð myndavéla.

Klippt á naflastrenginn

Árið 2007 verður sjósett ný gerð af ómönnuðum smákafbát sem býr yfir bestu eiginleikum sjálfvirkra, fjarstýrðra farartækja. Þetta blendingstæki mun geta kafað á dýpstu staði jarðar. Blendingurinn getur farið á eigin vegum og snúið síðan til baka með upplýsingar til móðurskipsins. Ef eitthvað áhugavert kemur í ljós í leitinni er kafbáturinn tengdur samskiptakapli og síðan sendur aftur í djúpin til að ná í frekari upplýsingar og taka myndir. Á leiðinni getur hann brugðist samstundis við skipunum frá fræðimönnum. Þó kapallinn slitni mun blendingurinn ekki týnast líkt og gerðist fyrir hinn japanska Kaiko. Hann mun geta snúið aftur til móðurskipsins fyrir eigin vélarafli.

Blendingurinn sem er byggður á Woods Hole Oceanographic Institution í BNA á að taka myndir í Marianer – gröfinni, en hann er hannaður til að sinna margvíslegum verkefnum, t.d. rannsóknum á hafsbotni undir heimsskautaísnum en jarðlögin þar eru talin vera úr bernsku jarðar. Fram til þessa hafa menn ekki þorað að leggja í slíka leiðangra af ótta við að ísjakar skeri sundur tengikapla. Annar kostur blendingsins er að gagnstætt t.a.m. Jason og mönnuðum smákafbátum þarfnast hann ekki sérbúins móðurskips til að geta stundað rannsóknir, sem minnkar kostnaðinn umtalsvert.

Blendingskafbáturinn getur nánast allt sem langtum dýrari mannaðir smákafbátar eru færir um. Hann getur kvikmyndað og stýra má honum eftir þeim upptökum, hann getur gert sónarrannsóknir á umhverfinu og náð í sýni af hafsbotni með gripklóm. En mun hann gera mannaða smákafbáta óþarfa? Nei, segja margir haffræðingar. Sjái maður einungis fyrirbæri í gegnum myndavél í öryggi móðurskipsins er einbeitingin og eftirtektin minni. Því býr maður ekki við sömu getu og örvun til að uppgötva hið einstaka og undraverða. Ævintýrið og áhættan skerpir skynjunina.