Микрофон обнаруживает турбулентность за сотни миль

Spinoff  – это ежегодное издание НАСА, посвященное успешно коммерциализированным технологиям НАСА. Эта коммерциализация способствовала развитию продуктов и услуг в области здравоохранения и медицины, потребительских товаров, транспорта, общественной безопасности, компьютерных технологий и ресурсов окружающей среды.

Все в атмосфере может издавать звук — грохот вулканов и грохот водопадов, — но в этом звуке есть нечто большее, чем то, что воспринимают наши уши. Подобно тому, как инфракрасный свет состоит из частот, невидимых невооруженным глазом, существует звуковой аналог, называемый инфразвуком, который состоит из тонов, слишком низких (от 0,001 до 20 Гц), чтобы их могло услышать человеческое ухо.

Внезапная турбулентность, иногда возникающая во время полета, называется турбулентностью при ясном небе, названной так потому, что нет видимых облаков или атмосферных особенностей, которые предупреждали бы о нарушении. Казалось бы, турбулентный невидимый воздух может появиться из ниоткуда и нанести ущерб самолетам.

Хотя это нелегко обнаружить визуально, турбулентность при ясном небе имеет определенные инфразвуковые признаки. Исследователи Камар Шамс и Аллан Цукервар из Исследовательского центра НАСА в Лэнгли в Хэмптоне, штат Вирджиния, поняли, что если бы авиадиспетчеры или пилоты могли слушать эти крутящиеся вихри до того, как самолеты столкнутся с ними, можно было бы проложить альтернативный маршрут.

Их эксперименты начались в 2007 году, но первоначальные тесты показали, что они не могут взять любой готовый микрофон и ожидать, что он будет работать с инфразвуком. Длинноволновые частоты подавляются высокочастотными звуками, что приводит к помехам.

Пара начала разрабатывать что-то, что могло бы слушать эти низкие частоты с высокой точностью. Микрофоны используют подвижную диафрагму для улавливания звука там, где звуковые волны вызывают вибрацию поверхности. Исследователи использовали диафрагму низкого напряжения с большим радиусом в сочетании с большой герметичной воздушной камерой за ней, чтобы микрофон мог слышать эти сверхнизкие звуковые волны, распространяющиеся на большие расстояния. Инфразвуковые микрофоны производятся компанией PCB Piezotronics из Депью, штат Нью-Йорк, по контракту с Langley.

Когда датчик был готов, начались испытания. Когда микрофоны были размещены равноудаленными треугольниками вокруг взлетно-посадочной полосы Лэнгли, они смогли уловить и определить местонахождение атмосферной турбулентности на расстоянии более 300 миль.

К 2017 году эта технология получила награду НАСА «Коммерческое изобретение года», была испытана на земле для Министерства обороны и исследована в Национальной лаборатории Сандия для подтверждения ее эффективности, но она еще не использовалась на борту какого-либо самолета. Интерес компании Stratodynamics Lewes, DE, к обнаружению турбулентности вскоре изменит ситуацию.

Компания Stratodynamics осознала, что микрофонная система обладает значительным потенциалом в качестве датчика обнаружения турбулентности в полете, и искала возможности протестировать эту технологию. Получив лицензию на патенты от НАСА, компания начала внедрять датчик на беспилотном стратосферном планере, известном как HiDRON.

Компания Stratodynamics подняла свой запускаемый на воздушном шаре планер HiDRON на высоту более 100 000 футов, с которой он медленно возвращается на Землю. С помощью инфразвукового микрофона и датчика ветра БПЛА измеряет интенсивность турбулентности на своем пути на расстоянии и, возможно, может обнаруживать тепловые столбы, чтобы самолет дольше находился в полете. В настоящее время ведется дополнительная работа по разработке алгоритмов, необходимых для понимания интенсивности и диапазона турбулентной сигнатуры.

Исследователи надеются, что данные, предоставляемые инфразвуковым микрофоном, станут повсеместными при обнаружении и прогнозировании турбулентности, принятии решений в управлении воздушным движением и планировании авиационных маршрутов.

Прочитайте эту статью и другие дополнительные материалы NASA на сайте NASA.gov .