O potencial dos oceanos para a sociedade é reconhecido há muito tempo. Os oceanos são abundantes em diversidade natural, minerais e recursos energéticos. Por outro lado, há uma necessidade urgente de melhor os compreender, fornecendo as ferramentas para a preservação da fauna marinha e o uso sustentável dos recursos naturais.
Apesar dos avanços significativos para caracterizá-los, são necessários desenvolvimentos adicionais para abordar os principais desafios de investigação em termos de ciência atmosférica, ciência dos oceanos, mudanças climáticas e ciência e tecnologia espacial.
No entanto, e embora uma área atrativa de investigação, os oceanos continuam a ser uma área de investigação em aberto, principalmente devido: a) à sua vasta extensão de água com vários quilómetros de profundidade, b) ao custo proibitivo da exploração, seja por ar ou mar, e c) às duras condições ambientais a que os veículos e equipamentos estão expostos devido à ação das ondas, à pressão e à corrosão.
Embora os satélites venham adquirindo dados significativos sobre a exploração dos oceanos e da atmosfera, esta solução não está isenta de limitações: 1) a instrumentação nos satélites é geralmente limitada a análises discretas de amplo alcance, não permitindo medições contínuas ou análises detalhadas de uma área específica no oceano/atmosfera, 2) é difícil obter dados fiáveis sobre a topologia do solo oceânico e sua constituição, com instrumentação baseada em satélite, 3) atualmente, é difícil obter dados atmosféricos e oceânicos na mesma coluna vertical, o que permitiria correlacionar temporalmente os efeitos atmosféricos e oceânicos, e 4) mesmo as medições obtidas por satélites, como a temperatura da superfície do mar, exigem informações fornecidas por boias fixas e derivantes para garantir a sua precisão e que não são afetadas pela poeira ou outros elementos da atmosfera.
Este projeto pretende contribuir para uma melhor monitorização atmosférica e oceânica, propondo o desenvolvimento de um sistema complementar aos meios de observação existentes. Este sistema é duplo e traz inovação nos respetivos vetores: i) as sondas e ii) o transportador das sondas. Em relação às sondas, a inovação é relativa à sua capacidade de monitorizar continuamente parâmetros de interesse desde a estratosfera até ao mar profundo. As sondas serão configuráveis, permitindo a integração de sensores atmosféricos, de movimento e marítimos. Ao atingir o fundo do mar, a sonda permanecerá lá por um período pré-definido, monitorizando todas as variáveis, incluindo a imagem acústica do oceano. A sonda voltará depois à superfície para transmitir os dados adquiridos à estação de controlo através de satélite ou outro link de comunicação disponível, operando como uma sonda derivante até à degradação do material.
Em relação ao transportador das sondas, será utilizado um balão de alta altitude. Esta solução de baixo custo com alta capacidade de carga viaja passivamente pela atmosfera para alcançar áreas específicas, mas com baixa precisão posicional. No âmbito deste projeto, pretendemos desenvolver uma solução de controlo para dotar o aeróstato de alguma capacidade de posicionamento, alterando a sua altitude de acordo com as correntes de vento disponíveis. Controlar o volume e a carga do balão permitirá mantê-lo no ar por mais tempo, tornando-o não só um excelente observador atmosférico, mas também um repetidor de comunicações entre as sondas lançadas e uma estação de controlo no solo, reduzindo os custos habituais de comunicação por satélite.
Um estudo de caso de aplicação do sistema SONDA proposto consiste na medição de perfis verticais de CO2 atmosférico em mar alto. As medições do perfil vertical de CO2 na troposfera são fundamentais uma vez que as incertezas dos fluxos estimados, utilizando métodos de inversão, podem ser devidos a representações inadequadas dos processos atmosféricos nos modelos de transporte.
Como demonstração na monitorização dos oceanos serão lançados hidrofones na região da plataforma dos Açores. Estes sensores ficarão instalados a profundidades até aos 2km e recolherão dados da atividade sonora da região que posteriormente serão cruzados com dados da atividade geológica registada pela rede do IVAR.
O sistema SONDA proposto, composto por um enxame de sondas e um balão de alta altitude, permitirá a aquisição de dados de maneira económica e integrada, desde o espaço próximo ao mar profundo. O balão de alta altitude será capaz de lançar sondas ao longo de centenas de quilómetros, a altitudes significativas, algo inatingível por outras tecnologias como os já comuns drones. Esta solução também preenche a lacuna existente entre a instrumentação espacial e de superfície, adicionando às informações de satélite disponíveis a análise detalhada de longo prazo das áreas visadas.