Tester ut elektronisk anker på eget forskningsfartøy

Det første skipet med dynamisk posisjonering (DP) ble satt i drift i USA i 1961. Det første skipet med et norskutviklet DP-system ombord kom i 1977, gjennom et samarbeid mellom blant andre Kongsberg Våpenfabrikk, NTH og Sintef. Denne teknologien har blitt kåret til en av Norges største ingeniørbragder, og uten den hadde det kanskje aldri blitt noe av det norske oljeeventyret.

Dynamisk posisjonering fungerer som et elektronisk anker som sørger for at et skip ligger i ro over et gitt punkt, selv i kraftig vind på røff sjø. I dag er alle offshore-fartøyer utstyrt med DP, i likhet med cruiseskip som bruker DP for å slippe å kaste anker i sårbare områder med for eksempel fredede korallrev. Også maritime forskningsfartøyer som NTNUs F/F Gunnerus bruker DP i sine operasjoner.

For industrien er derimot programvaren som DP-systemet bygger på, en godt beskyttet forretningshemmelighet. Derfor har heller ikke forskere hatt tilgang til fartøyer med DP-systemer hvor de har kunnet programmere inn og teste ut egne matematiske beregninger, algoritmer, direkte i systemene. Før nå.

Først og best utrustet for akademisk forskning

Marinbiologer og arkeologer har i en årrekke brukt forskningsfartøyet Gunnerus som en mobil målestasjon når de har vært ute på forskningstokt. Gunnerus har hatt et DP-system ombord siden skipet ble sjøsatt i 2006, men nå har Kongsberg Maritim montert et nytt og moderne system som er tilrettelagt med en tilleggsmodul, slik at forskere kan teste ut algoritmer som de selv har utviklet, direkte i systemet.

Dermed har Gunnerus blitt verdens første testfartøy for akademisk eksperimentering med dynamiske posisjoneringssystemer i fullskala.

– Så vidt vi vet er det første gang dette skjer på verdensbasis. Nå går Gunnerus inn i en ny fase, der skipet selv blir brukt direkte i forskning. Vi har lenge ønsket oss et forskningsfartøy der vi har tilgang til systemene ombord, og der vi kan teste og bekrefte gyldigheten av våre algoritmer for sikrere og mer miljøvennlige skipsoperasjoner, sier professor Roger Skjetne ved NTNUs Institutt for marin teknikk og Senter for Autonome Marine Operasjoner og Systemer (NTNU Amos).

Legger til rette for innovasjon

Han har ledet det første DP-forskningstoktet med Gunnerus i Trondheimsfjorden, sammen med forskere og studenter fra NTNU Amos og ingeniører fra Kongsberg Maritime.

– Nå er det våre reguleringsalgoritmer som styrer forskningsfartøyet når det ligger på DP eller kjører på autopilot. Det har aldri skjedd før. Vi hadde aldri kunnet bygge et DP-system med industristandard på egen hånd for et fullskala fartøy, men samarbeidet med Kongsberg Maritime har gjort det mulig, sier Skjetne.

Han legger til at de normalt kjører forsøk på modellskip i en av NTNUs vannbasseng, det såkalte Marine Cybernetics-laboratoriet (MC-lab) som er utviklet spesielt for testing av styringssystemer.

– Det har vært veldig spennende å se hvordan siste nytt innen forskningen fungerer i et industrielt produkt. Dette gir god grobunn for innovasjon, sier sjefingeniør Vincenzo Calabro ved Kongsberg Maritime.  

Teori, datasimulering, laboratorium og åpent hav

Ved NTNU Amos forskes det på hydrodynamikk, marine konstruksjoner, system- og operasjonssikkerhet, avansert reguleringsteknikk og selvstyring. Resultatene blir brukt i utviklingen av intelligente skip og havkonstruksjoner, og autonome, altså selvstyrte, ubemannede fartøy og roboter som kan brukes i sikkerhetskritiske operasjoner i både normale og ekstreme omgivelser.

Når forskerne jobber med dynamisk posisjonering, lager de først matematiske beregninger som analyseres ved hjelp av teori og testes på en simulator i en datamaskin. Deretter gjøres det laboratorieforsøk med skipsmodeller i skala fra 1:30 til 1:100. I MC-lab tilsvarer dette modellbåter som er én til 2,5 meter lange.

I laboratoriet har forskerne full kontroll på hvilke forhold båtene skal testes i, for eksempel hvilken type bølger som settes på. De kan også repetere det samme forsøket flere ganger, under tilnærmet like forhold.

Muliggjørende teknologi

Til slutt gjennomfører forskerne fullskala tester ombord på et fartøy med et fullverdig skipssystem i en virkelig operasjon, i åpen sjø i virkelig vær med kaptein på brua.

Dette blir et viktig verktøy i arbeidet med å utvikle tryggere og mer miljøvennlige systemer.

– Nå kan vi for første gang teste våre DP-algoritmer direkte på et forskningsskip. Dette har stor betydning for vår forståelse av og utbredelsen av forskningsresultatene, sier Skjetne, som tilføyer at målet nå er å få tilsvarende tilgang til kontrollsystemene for kraft og framdrift.  

– Dette blir et viktig verktøy i arbeidet med å utvikle tryggere og mer miljøvennlige systemer, som igjen kan gjøre det mulig å foreta trygge, avanserte maritime operasjoner som industrien etterspør og som tidligere har vært vanskelige å gjennomføre, sier Morten Breivik, som er instituttleder ved Institutt for teknisk kybernetikk og forsker ved NTNU Amos.

Han legger til at dette også er et skritt på veien mot å gjøre Gunnerus til en fullskala plattform for testing av ny teknologi for autonome skip.

- Trondheimsfjorden ble nylig erklært som verdens første offisielle testområde for slike skip, og Gunnerus vil være perfekt til dette formålet framover, avslutter Breivik.

Computerworld samarbeider redaksjonelt med Gemini, NTNU og Sintef sitt populærvitenskapelige forskningsmagasin.

Denne artikkelen er tidligere publisert på gemini.no.