CasE Study

COMPART macht es möglich

PROJEKT HERAUSFORDERUNGEN

Übertragung wissenschaftlicher Messdaten von Eis zu Bordrechnersystem

  • Versorgungsradius vom Schiff: 270°
  • Anzahl Messstationen: 6
  • Distanzen: bis zu 10 km
  • Max. Datenrate: 450MBit/s
  • Außentemperatur: bis zu -50°C
  • Messstationen auf bewegenden Eisschollen
  • Einmaliges Ausrichten, keine wiederkehrenden Technikereinsätze

FS Polarstern

Eisbrecher der deutschen Eisklasse ARC3 ausgelegtes Forschungs- und Versorgungsschiff. Sie dient der Erforschung der Polarmeere und Versorgung der permanent besetzten Neumayer-Station in der Arktis.

  • Flagge: Deutschland
  • Schiffstyp: Forschungseisbrecher
  • Heimathafen: Bremerhaven
  • Eigner: Bundeministerium für Bildung und Forschung
  • Reederei: F. Laeisz

Das Forschungsschiff "Polarstern"

Das Foschungsschiff "Polarstern" ist das Wahrzeichen und wichtigste Werkzeug der deutschen Polarforschung und das Flagschiff des Alfred-Wegener-Instituts.

Seit der Indienststellung 1982 widmet es sich allen Disziplinen der Meeresforschung. Die Besatzung besteht aus 44 Personen der Crew und 55 Wissenschaftlern.

Die Ausgangssituation

2019 startete die schlichtweg größte Arktisexpedition aller Zeiten, das Projekt „MOSAiC“ (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate).
Um das arktische Klimasystem zu erforschen und Erkenntnisse zum Klimawandel zu gewinnen, ließ sich die 100 Menschen starke Crew mit dem Forschungsschiff
ins arktische Meer einfrieren. Diverse Forschungseinrichtungen wurden auf Eisschollen aufgeschlagen und mit einem kilometerweiten Netz von Messstationen verbunden.

Es galt, Messstationen mit Distanzen von bis zu 10 Km in einem 270° Versorgungsradius rund um das Schiff zu vernetzen. Die wissenschaftlichen Messdaten sollten
mit einer maximalen Datenrate von 10Mbps vom Eis zum Bordrechnersystem übertragen werden.

Da sich die Messstationen auf beweglichen Eisschollen befinden, war es technisch hoch anspruchsvoll, die Übertragung trotz ständiger Bewegung und Veränderung
des Meereises der Eisschollen auch ohne manuelles Nachjustieren kontinuierlich gewährleisten zu können.

Zwei Monate nach Beginn der Expedition brach das Eis auf, was zur Verlegung eines der Messfelder führte.
Dieses war nur noch per Funk und nicht mehr über das Glasfasernetzwerk zu erreichen, da die Entfernung zu groß war. In den folgenden Monaten blieb das Eis weiterhin dynamisch, wodurch oftmals keine Daten- oder Stromkabel aktiv waren. Es musste somit zwischenzeitlich auf einen, im Vorfeld einkalkulierten, Generatorbetrieb umgestellt werden.

Die Lösung

Die Lösung ist Richtfunk! Der Richtfunk der COMPART wurde ein wichtiger Bestandteil der Expedition und ergänzte sich mit Glasfaser. Zusätzlich garantierte Richtfunk die Datenübertragung, als es die Glasfaserkabel aufgrund der erschwerten Umstände temporär nicht konnte.

Dort wo herkömmliche leitungsgebundene Netzwerke räumlich und technologisch an Grenzen stoßen, bietet die moderne Richtfunktechnologie ideale Voraussetzungen
für eine direkte und drahtlose Verbindung zweier oder mehrerer Standorte per Funk. Beim Mikrowellenrichtfunk erfolgt die Datenübertragung mittels elektromagnetischer
Signale.

Durch das PMP-Richtfunksystem der COMPART ließen sich Datenraten von 450 Mbit/s je Sektor für „MOSAiC“ erzielen.

Richtfunk ist eine Technik zur Übertragung von Sprach-, Daten- und Videodiensten zwischen zwei Standpunkten, die sich im verwendeten Frequenzbereich geradlinig ausbreiten.

Die Übertragung findet mit Hilfe von Richtfunkantennen statt, die eine hohe Richtwirkung besitzen und die zu übertragenden Daten stark bündeln.

Die Voraussetzung für die Realisierung von Richtfunkstrecken ist eine optische Sichtverbindung zweier Standorte. Darüber hinaus muss die erste sogenannte Fresnelzone frei von Hindernissen sein, damit sich Funkwellen ausbreiten können. Die Möglichkeit zur Umgehung einzelner Hindernisse besteht ebenfalls.

Die Umsetzung

Im Juni 2019 erfolgte dann ein Testaufbau auf der AWI Hafenanlage. Beim Testaufbau sind alle relevanten Abläufe, die auch in der Arktis geplant waren, vollständig
montiert und konfiguriert worden. Dazu ist das wissenschaftliche Personal im Umgang mit den Techniken von den Compart-Experten so geschult worden, dass
die Abläufe im Realbetrieb perfekt umgesetzt werden konnten.

Das Projekt MOSAiC stellte die technischen Lösungen vor eine spezielle Herausforderung. Die Richtfunklösungen mussten bei harschen Umweltbedingungen mit Außentemperaturen von bis zu -50° C und sich permanent durch Strömungen und Winde bewegenden Eisschollen aufgebaut werden und stabil funktionieren.
Somit konnten Messstationen von zahlreichen Einzelprojekten auf ebenso vielen unterschiedlichen Eisschollen ihre Daten synchron zum Zentralsystem funken.

Wie wichtig die Schulungen der Crew durch die Compart-Experten waren und wie relevant die Technikerauswahl gewesen ist, stellte sich im Verlauf der
Expedition heraus, da durch die besonderen Klimaverhältnisse Kabelbrüche und somit ein temporärer Ausfall der Glasfaserkabel unvermeidbar waren.

Die Pojektabwicklung

Hersteller: Cambium Networks

Sender:

  • PTP670 Connectorized
  • HCMP
  • Dual Pol. 90° Sektorantennen
  • CMM 5 Sync (GPS, Controller, Power Supply)

Empfänger: 

  • PTP670 Connectorized
  • Dual Pol. 90° Sektorantennen

Das Ergebnis

Die einmalige und einzigartige Arktis-Expedition MOSAiC ist ein historischer Erfolg für die weltweite Klimaforschung. Wissenschaftler werden über Jahre ihre
Schlussfolgerungen aus den Forschungen erarbeiten können.

Compart ist stolz an entscheidender Stelle der Datenübertragung einen großartigen Beitrag geleistet haben zu dürfen. Unsere Technik und unsere vorherigen
Schulungen haben alle Projektanforderungen erfüllt.

Zusammenfassend ist deutlich zu erkennen, dass Richtfunk einen hohen Mehrwert bietet und mehr als nur eine Alternative darstellt - auch in der Arktis.

Durch den Einsatz innovativer und robuster Richtfunktechnologien konnten Datenleitungen über große Strecken stabil und hocheffizient hergestellt werden.

Peter Gerchow, Head of IT-Coordination Research Platforms:

Zum Glück hatten wir ausreichend Clients Ihres Systems an Bord und konnten hiermit die Datenübertragung aufrechterhalten.