MOSAiC Expedition: Firma S.E.A. Datentechnik mit einem On-Board Messdatenerfassungssystem dabei

Die Arktis ist das zentrale Frühwarnsystem für den Klimawandel und ein zentraler Schwerpunkt der Klimaforschung.
Noch fehlen aber entscheidende Daten um Klimamodelle an die rasante Entwicklung anzupassen und um zuverlässigere Prognosen erstellen zu können.

Mit der MOSAiC Expedition unter der Leitung des Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) startet im September 2019 die größte Forschungsexpedition, die jemals in der Arktis durchgeführt worden ist. Am 20.09.2019 findet mit einem Budget von über 140 Millionen Euro ein konzertiertes Zusammenspiel von Eisbrechern, allen voran die deutsche Polarstern, Forschern aus 17 Ländern, Forschungs- und Versorgungsflugzeugen, Helikoptern, Schneemobilen und Raupenfahrzeuge statt , um schwerpunktmäßig Daten über die Physik des Meereises, der Eisdicken, der biologischen und geochemischen Prozesse im Ökosystem Arktis in der Atmosphäre, im Meereis und im Wasser zu erheben.

Auch bei dieser Mission ist die Firma S.E.A. Datentechnik mit einem On-Board Messdatenerfassungssystem dabei.
Das Hard- und Softwaresystem, welches sich bereits mehrjährig im bewährten Einsatz an Bord der Polarflugzeuge Polar-5/Polar-6 unter den speziellen Umgebungsbedingungen polarer Forschungsflüge zur Atmosphären- und Klimaforschung der Polarregionen befindet, wurde an die speziellen Anforderungen dieser aktuellen MOSAiC Expedition angepasst. Ein kompakteres, leichteres und trotzdem für den rauen Einsatz in der Arktis geeignetes robustes Design, um den Herausforderungen in einem deutlich kleineren Helikopter gerecht zu werden, gehört ebenso hierzu wie der nun komplett bedienfreie Betrieb, ohne die Möglichkeit einer weiteren Person neben dem Piloten an Bord haben zu können, die unterstützend in den Betrieb eingreifen könnte. Bei Systemstart werden vom zentralen Datenerfassungssystem alle Instrumente automatisch initialisiert und im weiteren Betrieb auf Einhalten der Betriebsparameter überwacht.
Während des Fluges werden Messdaten verschiedener Sensoren und Geräte (wie Pyranometer, Radiation Thermometer, etc.) von der Erfassungseinheit abgerufen, aufbereitet und gesammelt über Netzwerkschnittstelle zur Verfügung gestellt. Alle Messdaten erhalten zusätzlich GPS-gestützt hochaufgelöste Zeitstempel, um auf diese Weise in der Auswertung auf den Messort zurückrechnen zu können. Neben den erfassten Rohdaten wie z.B. IR-Strahlung, Temperatur, Höhe und GPS- Daten werden zyklisch sogenannte Healthstatus-Pakete übermittelt, die den Zustand der Erfassungseinheit wie auch angeschlossener Geräte (z.B. Pyranometer, Radiation Thermometer) und Schnittstellen (z.B. RS232) übermitteln.
Die so erfassten und aufbereiteten Daten werden während des Flugs an ein zentrales Datenverarbeitungssystem (DMS) geliefert, dort gespeichert und so den Wissenschaftlern die Auswertung der Daten nach der Kampagne ermöglicht.
Das Herzstück der Datenerfassungseinheiten sind CompactRIO-Systeme (cRIO) der Firma National Instruments, die im Betriebstemperaturbereich von -40 bis +70 Grad mit ihrem schnellen FPGA-Baustein und der Echtzeit-Umgebung VxWorks zuverlässig viele messtechnische Datenerfassungsaufgaben erfüllen.
Die gesamte, von S.E.A. entwickelte Software der Datenerfassungs-Frontends und der Anzeigesysteme wurde mit der Programmiersprache LabVIEW^TM von National Instruments entwickelt – LabVIEW Real-Time zur Programmierung der Realtime-Controller für die externe Kommunikation sowie LabVIEW FPGA zur Programmierung der FPGA-Bausteine. FPGAs sind Logikbausteine, in die Abläufe und Verarbeitungsalgorithmen quasi in Hardware einprogrammiert werden können. So sind diese äußerst zuverlässig und ermöglichen eine hohe Zeitkonstanz, die mit reinen CPU-basierten Lösungen nicht erreicht werden kann.