Autonomes Segeln über den Atlantik

Ein Boot über den Atlantik zu segeln ist für einen menschlichen Segler schon eine Herausforderung genug. Aber was ist mit einem Computer? BBC Future besucht eine Segelregatta für Roboter.

Niemand hat jemals ein autonomes Boot über den Atlantik gesegelt. Nur wenige haben es versucht, nur eine Handvoll Teams haben seit dem Start im Jahr 2010 an der transatlantischen Microtransat Challenge teilgenommen. Alle sind gescheitert, denn das Unternehmen Offshore Sensing legte 1,500 Kilometer zurück – mehr als die Hälfte, bevor es sich im Kreis zu drehen begann.

Offiziell ist der Gewinner des Microtransat das schnellste Team, das die Überfahrt erreicht; in Wirklichkeit ist der Gewinner der Erste. Sie haben festgelegte Regeln, wie eine maximale Schiffslänge (2.4 m oder 8 Fuß) und ein Hindernis-/Kollisionsvermeidungssystem. Aber Teams können ihr Boot jederzeit zwischen Juli und Dezember zu Wasser lassen, und es spielt keine Rolle, in welche Richtung sie gehen: Neufundland nach Irland oder umgekehrt.

Zu den Konkurrenten gehören Universitätsclubs, aber auch autonome Schiffsunternehmen wie Offshore Sensing (ein Unternehmen, das segelbetriebene autonome Forschungsschiffe herstellt) und sogar die US Naval Academy. Das Hauptziel ist schließlich, einfach fertig zu werden. Der Spaß am Wettbewerb und die langfristige Suche nach der Atlantiküberquerung sind für viele Teilnehmer Nebenprodukte von Geschäfts- oder Forschungsprojekten.

Sailbuoy hat einen kleinen Vorteil. Es ist ein kommerzielles Unternehmen, das ähnliche Boote für Anwendungen in der Ozeanographie und der meteorologischen Forschung verkauft. Das auf der Microtransat entsandte Schiff hatte zuvor mehrere Monate autonomes Fahren in der raueren Nordsee problemlos absolviert.

Von oben sieht das Boot ein bisschen aus wie ein Surfbrett, mit einem Solarpanel in der Mitte und einem kurzen,
Trapezsegel im vorderen Bereich. Abgesehen vom Segel sitzt es tief im Wasser und schneidet mit einer sich verjüngenden Nose und Tail durch. Raue See wirft es hin und her, spült es sogar über die Spitze, ohne es zu beschädigen, und es scheint, fast wie durch ein Wunder, einen stetigen Kurs zu halten.

Auch andere haben die Herausforderung im Blick und neue Ideen, wie man sie lösen kann. An der Aland University of Applied Sciences baut ein kleines Team von Ingenieuren seit 2013 Roboter-Segelboote und nimmt damit an Wettbewerben teil. Dieses Jahr kauften sie ein 2.8 m (9.2 ft) großes starres Segel vom Typ „Wing“ von einem schwedischen Flugzeughersteller und montierte es auf ihrem 2.4 m (8ft) Segelboot ASPire.

ASP steht für Autonomous Sailing Platform und ist weiß wie Sailbuoy, aber mit einem tieferen, schmaleren Rumpf und dem hohen, rechteckigen Flügelsegel, flankiert von zwei kleineren Tragflächen. Beide Bohrinseln wurden nicht gebaut, um an einem Rennen teilzunehmen, sondern als Forschungswerkzeuge zu dienen, die Wassersensoren zur Messung von pH, Temperatur, Leitfähigkeit und Salzgehalt tragen.

Trotz der Konzentration auf die Forschung, der Risiken des Einsatzes des neuen und unerprobten Flügelsegels und eines ungetesteten Systems nahm Aland Sailing Robots im September an den World Robotic Sailing Championships in Horten, Norwegen, teil und gewann.

Die World Robotic Sailing Championships sind ein Spin-off der Microtransat, bei denen Teams von Universitäten oder Unternehmen aus verwandten Bereichen vier Tage lang in verschiedenen Aufgaben gegeneinander antreten, darunter ein Flottenrennen, ein Flächenscanning-Wettbewerb, Kollisionsvermeidung und Stationshaltung, bei denen das Boot muss seine Position fünf Minuten lang halten.

Rennen mit versetztem Start
An einem windigen ersten Tag entlang der norwegischen Bucht Oslofjord startete ASPire bei einem Staffelrennen kurz nach einem Boot aus Norwegen. Als die Boote in den Innenhafen von Horten einfuhren, eine Bucht neben einer Werft, von der aus Schweden über das Wasser zu sehen war, beobachtete das Team von Aland, wie ihr Boot langsam einholte und dann das führende Boot passierte.

„Das war gut zu sehen“, sagt Anna Friebe, Projektleiterin von Aland Sailing Robots. „Ich hätte nicht gedacht, dass wir mithalten können. Aber am Ende hat es funktioniert, gerade noch rechtzeitig.“

Die Stärke des Teams liegt zwar in Software-Engineering und Situationsanalyse, aber es muss immer noch genug im Maschinenbau sein, um das Boot in der herausfordernden See einsatzbereit zu machen. ASPire wurde auf einem Rumpf mit stabilisierenden Bleigewichten im Kiel gebaut, der bei einem paralympischen Segelwettbewerb eingesetzt wurde. Dazu montierte das Team neben dem Flügelsegel die Forschungssensoren und baute ein Rig, um diese ins Wasser zu wickeln.

Die Boote bei den World Robotic Sailing Championships variieren in Größe und Form, von der futuristisch aussehenden ASPire bis hin zu einer kleinen, traditionellen zweisegeligen Schaluppe, die wie ein ferngesteuertes Segelboot aussieht, das ein Kind auf einem Teich segeln könnte.

Am zweiten Wettkampftag war der Fjord in Regen gehüllt, da die Boote den Wind, den Winkel ihrer Segel und ihre Ruder nutzten, um ohne Bewegung präzise in Position zu bleiben.

Wie bei allen Wettbewerben musste ein im Voraus programmierter Bordcomputer in der Lage sein, die Windverhältnisse zu erkennen, seine eigene Position zu verstehen und Segel und Ruder zum Ausgleich zu manipulieren. Auch hier gewann Aland vor den zweitplatzierten Gastgebern University College of Southeast Norway und US Naval Academy auf dem dritten Platz.

Tag drei beinhaltete eine Gebietsüberprüfung, bei der die Boote 30 Minuten Zeit hatten, um so viel wie möglich von einem bestimmten Gebiet abzudecken.

Die meisten verwendeten ein traditionelles Wendemanöver, um einen Weg zu verfolgen, die Leine auszuspielen, um das Segel zu öffnen, oder sie einzuholen, um den Winkel zu ändern. Stattdessen drehte sich das Flügelsegel von ASPire um einen zentralen Mast, was laut Friebe die Operationen vereinfachte.

Von oben gesehen sieht der Weg von ASPire wie ein Rasenmähergitter aus, verglichen mit den Spaghettihaufen anderer Boote, und so machte Aland einen vollen Schwung, als die Kollisionsvermeidung am vierten Tag wegen mangelnden Windes abgesagt wurde.

Aland Sailing Robots wurde gegründet, um im Microtransat zu konkurrieren, aber finanzieller Druck, der größte Teil ihrer Finanzierung stammt aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung und geht in die Meeresforschungsplattform, bedeutet, dass sie nicht über die Ressourcen verfügten, um einen Versuch der Überfahrt zu unternehmen.

Ziel der Microtransat ist es laut Organisator Colin Sauze, einen Beitrag zu Plattformen zur Meeresüberwachung zu leisten, aber auch eine Lernmöglichkeit zu bieten.

Sowohl Aland als auch Offshore Sensing konzentrieren sich hauptsächlich auf die Wasserforschung. Roboter bieten mehrere große Vorteile gegenüber den anderen Methoden zur Erfassung von Meeresdaten, sagt Peddie. Die anderen Optionen, eine Treibboje oder ein bemanntes Schiff, sind weniger mobil oder teurer.

Ein traditionelles Forschungsschiff kann 20,000 US-Dollar pro Tag kosten, von dem Peddie sagt, dass es mehrere Monate lang ein autonomes Segelboot betreiben könnte, einschließlich der Kosten für das Boot. Darüber hinaus können kleine Boote (Sailbuoy ist zwei Meter lang und 200 Pfund wiegt) an Orte fahren, die bemannte Boote nicht können, wie zum Beispiel den Weg eines Hurrikans oder Vulkan- oder Eisbergfelder.

Viele der anderen Teams, sowohl bei der Microtransat als auch bei den World Robotic Sailing Championships, werden entweder von der Industrie geleitet oder arbeiten mit der Industrie zusammen.

Das Team der US Naval Academy nutzt es als Ausbildung für Marinepersonal (ihr Boot, Trawler Bait, wurde mehr als einmal von Fischern gefangen). Die Hälfte des chinesischen Teams kommt von der Shanghai University, die andere von einem Unternehmen. Das norwegische Marineforschungsinstitut schickte ein autonomes Boot, um bei der Veranstaltung zu helfen.

Und vieles von dem, woran sie arbeiten, lässt sich auch über Segelschiffe hinaus anwenden. Die autonome Schifffahrt boomt bereits, und die Standards, die die Wettbewerber von Microtransat zur Kollisionsvermeidung erfüllen müssen, sind die gleichen, die von der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation festgelegt wurden, und das automatische Identifizierungssystem, das das Aland-Team verwendet hat, um Kurs und Geschwindigkeit an andere Schiffe zu übertragen und zu empfangen, ist die dasselbe, das Handelsschiffe verwenden.

„Für uns als Unternehmen war der eigentliche Mikrotransat keine große Sache“, sagt Peddie. „Aber ich verfolge diese Jungs seit einigen Jahren, und ich denke, es ist ein interessantes Konzept. Es ist auch etwas von historischer Bedeutung, da Lindbergh im Wesentlichen die gleiche Entfernung überflog, die Amerika mit Europa verband.“

Trotzdem plant Peddie, es nächstes Jahr erneut zu versuchen, sobald die Sailbuoy, die von einem Fischerboot aufgenommen wurde, zurückgegeben und repariert wird (sie wissen immer noch nicht genau, was daran falsch ist).

„Wir möchten einfach die Ersten sein, die dies tun und es schaffen, diesen Teil des Ozeans zu überqueren“, sagt er. "Ich gehe davon aus, dass wir nächstes Jahr die vollen 3,000 Meilen schaffen."

Quelle: BBC Future