Um projeto de engenharia oceânica construirá um habitat submarino

O futuro do ser humano a habitação no mar está a tomar forma numa pedreira abandonada na fronteira entre o País de Gales e a Inglaterra. Lá, a organização de exploração oceânica Profundo embarcou numa missão plurianual para permitir aos cientistas viver no fundo do mar, a profundidades de até 200 metros, durante semanas, meses e possivelmente até anos.

“A Aquarius Reef Base em St. Croix foi o último habitat instalado
em 1987e não houve muitos avanços em cerca de 40 anos”, diz Kirk Kracklíder de desempenho de mergulhador humano na Deep. “Estamos tentando trazer ciência e engenharia oceânica para o século 21.”

A agenda da Deep tem um marco importante este ano: o desenvolvimento e teste de um habitat pequeno e modular chamado Vanguard. Este abrigo subaquático transportável e pressurizado, capaz de abrigar até três mergulhadores por períodos de até uma semana ou mais, será um trampolim para um sistema de habitat modular mais permanente – conhecido como Sentinel – com lançamento previsto para 2027. “ Até 2030, esperamos ver uma presença humana permanente no oceano”, diz Krack. Tudo isso agora é possível graças a uma abordagem avançada de soldagem e impressão 3D que pode imprimir essas grandes estruturas habitacionais.

Como tal presença beneficiaria a ciência marinha? Krack calcula os números para mim: “Com o mergulho atual de 150 a 200 metros, você só consegue concluir 10 minutos de trabalho, seguidos de 6 horas de trabalho.
descompressão. Com os nossos habitats subaquáticos seremos capazes de realizar sete anos de trabalho em 30 dias com um tempo de descompressão mais curto. Mais de 90 por cento da biodiversidade do oceano vive dentro de 200 metros de profundidade e nas costas, e só conhecemos cerca de 20% disso.” Compreender estes ecossistemas e ambientes submarinos é uma peça essential do puzzle climático, acrescenta: Os oceanos absorvem quase um quarto do dióxido de carbono causado pelo homem e cerca de 90 por cento do excesso de calor gerado por atividade humana.

A vida subaquática recebe luz verde este ano

A Deep pretende construir uma infraestrutura subaquática de suporte à vida que inclua não apenas habitats modulares, mas também programas de treinamento para os cientistas que os utilizarão. A habitação subaquática de longo prazo envolve um tipo especializado de atividade chamada
mergulho de saturaçãoassim chamado porque os tecidos do mergulhador ficam saturados de gases, como nitrogênio ou hélio. Tem sido usado há décadas nos setores offshore de petróleo e gás, mas é incomum no mergulho científico, fora o número relativamente pequeno de pesquisadores que têm a sorte de ter passou um tempo em Aquário. Deep quer tornar isso uma prática padrão para pesquisadores submarinos.

O primeiro degrau dessa escada é o Vanguard, um habitat subaquático do tipo expedição, de rápida implantação, do tamanho de um contêiner, que pode ser transportado e abastecido por um navio e abrigar três pessoas até profundidades de cerca de 100 metros. Ele está programado para ser testado em um
pedreira fora de Chepstow, País de Galesno primeiro trimestre de 2025.

O habitat Vanguard, visto aqui na representação de um ilustrador, será pequeno o suficiente para ser transportável e ainda assim capaz de suportar três pessoas a uma profundidade máxima de 100 metros.Profundo

O plano é poder implantar o Vanguard onde for necessário por cerca de uma semana. Os mergulhadores poderão trabalhar durante horas no fundo do mar antes de se retirarem para o módulo para refeições e descanso.

Uma das novas características do Vanguard é a sua extraordinária flexibilidade quando se trata de poder. Existem atualmente três opções: Quando implantado perto da costa, pode ser conectado por cabo a um centro de distribuição em terra usando
energias renováveis. Mais longe no mar, poderia utilizar o abastecimento de explorações flutuantes de energia renovável e células de combustível que alimentariam o Vanguard através de uma ligação umbilical, ou poderia ser abastecido por um sistema subaquático de armazenamento de energia que contém múltiplas baterias que podem ser carregadas, recuperadas, e reimplantado por meio de cabos submarinos.

Os gases respiratórios ficarão alojados em tanques externos no fundo do mar e conterão uma mistura de oxigênio e hélio que dependerá da profundidade. Em caso de emergência, mergulhadores saturados não será capaz de nadar até a superfície sem sofrer um caso de doença descompressiva com risco de vida. Assim, o Vanguard, assim como o futuro Sentinel, também terá energia de reserva suficiente para fornecer 96 horas de suporte de vida, em uma cápsula externa adjacente no fundo do mar.

Os dados coletados pelo Vanguard este ano ajudarão a preparar o caminho para o Sentinel, que será composto por pods de diferentes tamanhos e capacidades. Esses pods poderão até ser configurados para diferentes pressões internas, de modo que diferentes seções possam desempenhar diferentes funções. Por exemplo, os laboratórios poderiam estar na pressão batimétrica native para analisar amostras em seu ambiente pure, mas ao lado deles, uma câmara de 1 atmosfera poderia ser instalada onde os submersíveis poderiam atracar e os visitantes poderiam observar o habitat sem a necessidade de equalizar com a pressão native. .

Na opinião de Deep, uma configuração típica abrigaria seis pessoas – cada uma com seu próprio quarto e banheiro. Também teria um conjunto de equipamentos científicos, incluindo laboratórios completos para realizar análises genéticas, economizando dias por não ter que transportar amostras para um laboratório superior para análise.

“Até 2030, esperamos ver uma presença humana permanente no oceano”, diz um dos diretores do projeto

Uma configuração do Sentinel foi projetada para durar um mês antes de precisar de reabastecimento. Os gases serão completados por meio de um hyperlink umbilical de uma bóia de superfície, e alimentos, água e outros suprimentos serão transportados durante as mudanças planejadas de tripulação a cada 28 dias.

Mas as pessoas poderão viver em Sentinela durante meses, senão anos. “Quando você estiver saturado, não importa se você ficará lá por seis dias ou seis anos, mas a maioria das pessoas ficará lá por 28 dias devido a mudanças de tripulação”, diz Krack.

Onde a impressão 3D e a soldagem se encontram

É uma visão muito ambiciosa e Deep concluiu que só pode ser alcançada com
fabricação avançada técnicas. O braço de fabricação da Deep, Deep Manufacturing Labs (DML), apresentou uma abordagem inovadora para construir os cascos de pressão dos módulos de habitat. Ela está usando robôs para combinar a fabricação aditiva de steel com soldagem em um processo conhecido como fabricação aditiva por arco de arame. Com esses robôs, as camadas de steel são construídas como seriam na impressão 3D, mas as camadas são fundidas por meio de soldagem usando uma tocha de gás inerte de steel.

Na base de operações da Deep em uma antiga pedreira em Tidenham, Inglaterra, os recursos incluem dois submarinos Triton 3300/3 MK II. Um deles é visto aqui na doca flutuante da “ilha” de Deep na pedreira. Profundo

Durante uma visita ao DML, Harry Thompson, líder de engenharia de fabricação avançada, diz: “Estamos em uma área cinzenta entre a soldagem e o processo aditivo, por isso estamos seguindo as regras de soldagem, mas para vasos de pressão nós (também) seguimos uma tensão- processo de alívio que é aplicável a um componente aditivo. Também estamos testando todas as peças com testes não destrutivos.”

Cada um dos braços do robô tem um alcance operacional de 2,8 por 3,2 metros, mas a DML impulsionou essa área por meio de um conceito que chama de Hexbot. É baseado em seis braços robóticos programados para trabalhar em uníssono para criar cascos de habitat com diâmetro de até 6,1 metros. O maior desafio na criação dos cascos é gerenciar o calor durante o processo aditivo para evitar que as peças se deformem à medida que são criadas. Para isso, a DML conta com o uso de aços tolerantes ao calor e com parâmetros de processo otimizados com muita precisão.

Desafios de engenharia para habitação de longo prazo

Além da produção, existem outros desafios que são exclusivos do complicado negócio de manter as pessoas felizes e vivas a 200 metros de profundidade. Um dos mais fascinantes deles gira em torno do hélio. Por causa de sua
efeito narcótico em alta pressão, o nitrogênio não deveria ser respirado pelos humanos em profundidades abaixo de 60 metros. Assim, a 200 metros, a mistura respiratória no habitat será de 2% de oxigênio e 98% de hélio. Mas devido à sua condutividade térmica muito alta, “precisamos aquecer o hélio a 31–32 °C para obter uma temperatura ambiente interna regular de 21–22 °C”, diz Rick Goddard, diretor de engenharia da Deep. “Isso cria uma atmosfera úmida, de modo que os materiais porosos se tornam um terreno fértil para o mofo”.

Há também uma série de outros desafios relacionados aos materiais. Os materiais não podem emitir gases e devem ser isolantes acusticamente, leves e estruturalmente sólidos em altas pressões.

O campo de provas de Deep é uma antiga pedreira em Tidenham, Inglaterra, que tem profundidade máxima de 80 metros. Profundo

Existem também muitos desafios elétricos. “O hélio quebra certos componentes elétricos com um alto grau de certeza”, diz Goddard. “Tivemos que desmontar dispositivos, trocar chips, trocar (placas de circuito impresso) e até mesmo projetar nossos próprios PCBs que não emitem gás.”

O sistema eléctrico também terá de acomodar uma combinação de energia com fontes tão variadas como parques solares flutuantes e células de combustível numa bóia de superfície. Os dispositivos de armazenamento de energia apresentam grandes desafios de engenharia elétrica: o hélio infiltra-se nos condensadores e pode destruí-los quando tenta escapar durante a descompressão. As baterias também desenvolvem problemas em alta pressão, por isso terão que ser alojadas fora do habitat, em recipientes de pressão de 1 atmosfera ou em blocos cheios de óleo que evitem uma pressão diferencial no inside.

É possível viver no oceano durante meses ou anos?

Quando você está tentando ser o SpaceX do oceano, naturalmente surgirão dúvidas sobre a viabilidade de tal ambição. Qual é a probabilidade de Deep conseguir seguir em frente? Pelo menos uma autoridade máxima, John Clarke, é crente. “Fiquei impressionado com a qualidade dos métodos de engenharia e conhecimentos especializados aplicados aos problemas em questão e estou entusiasmado com a forma como o DEEP está aplicando novas tecnologias”, diz Clarke, que foi cientista-chefe da Marinha dos EUA.
Unidade Experimental de Mergulho. “Eles estão avançando muito além das expectativas…. Apoio de bom grado a Deep na sua busca para expandir o abraço da humanidade ao mar.”