Los micrófonos de la NASA pueden utilizar infrasonidos para detectar turbulencias a cientos de kilómetros de distancia.
Micrófonos Atípicos
Todo lo que hay en el ambiente emite un sonido. Pero así como el infrarrojo se compone de frecuencias invisibles a simple vista, existe una frecuencia de audio similar a las ondas infrasonidas. El infrasonido es un sonido con una frecuencia inferior a 20 Hz y no puede ser escuchado por el oído humano, oscilando entre 0,001 y 20 Hz.
La turbulencia repentina que a veces se experimenta en vuelo se llama turbulencia en aire despejado, llamada así porque no hay nubes visibles ni características atmosféricas que adviertan de tales perturbaciones. El aire turbulento invisible aparece repentinamente y causa graves daños a los aviones. Aunque no es fácilmente perceptible a simple vista, la turbulencia del aire claro tiene características infrasonidas obvias. Los investigadores Qamar Shams y Allan Zuckerwar del Centro de Investigación Langley de la NASA se dieron cuenta de que si los controladores de tráfico aéreo o los pilotos pudieran detectar estas turbulencias antes de que los aviones las encontraran, podrían planificar una ruta alternativa.
Sus experimentos comenzaron en 2007, pero como se esperaba, las pruebas iniciales mostraron que no podían simplemente tomar un micrófono disponible en el mercado y esperar que funcionara con infrasonido. Las frecuencias de onda larga suelen estar cubiertas por sonidos de frecuencias más altas, lo que genera interferencias.
"Descubrimos que los sensores estaban saturados y no funcionaban bien", dijo Shams. "Pensamos: 'Combinamos nuestra experiencia en instrumentos musicales, ¿por qué no diseñar un micrófono nosotros mismos?'". Shams y Zuckerwar comenzaron a desarrollar algo que pudiera escuchar estas bajas frecuencias con alta fidelidad. Los micrófonos utilizan un diafragma en movimiento para captar el audio y las ondas sonoras hacen que la superficie vibre. Los investigadores utilizaron un diafragma de baja tensión con un radio amplio y una gran cámara de aire sellada detrás para que el micrófono pueda escuchar estas ondas sonoras ultrabajas que viajan lejos. El micrófono de infrasonidos es fabricado por PCB Piezoelectric Company de Depew, Nueva York, bajo contrato con Langley. Una vez que el sensor esté completo, comience a probar. Cuando los micrófonos se colocan en un patrón triangular equidistante alrededor de la pista de Langley, pueden captar y localizar turbulencias atmosféricas sobre Pensilvania a más de 300 millas de distancia.
Hacia el cielo azul
En 2017, la tecnología de Shams y Zuckerwar había ganado el premio a la invención comercial del año de la NASA y estaba siendo probada en el terreno para el Departamento de Defensa y en Sandia. Los laboratorios nacionales realizaron estudios para verificar su desempeño, pero aún no ha sido volado en ningún avión. El interés en la detección de turbulencias de Stratodynamics en Lewes, Delaware, pronto cambiará eso.
Los fundadores de la compañía participaron en el Space Race Challenge 2016, liderado por el Center for Advancing Innovation en asociación con la NASA. La carrera espacial es una competencia global que otorga licencias a grupos que puedan demostrar aplicaciones y casos de negocios para diversas tecnologías. Stratodynamics participa en una variedad de competiciones, incluidos sistemas de control de drones. Después de que la empresa ganara el primer premio en un concurso de drones, el equipo fue invitado a visitar Langley y conocer a los investigadores detrás de la patente.
El jefe de desarrollo comercial de Stratodynamics, Nick Craine, dijo: "Mientras estábamos allí, Shams estaba abogando por la tecnología de infrasonido.
Stratodynamics era consciente del sistema de micrófono. Tenía un enorme potencial como sensor de detección de turbulencias en vuelo y estaba buscando oportunidades para probar la tecnología. Después de recibir una patente de la NASA, la compañía, con la ayuda de Shams, comenzó a trabajar en el diseño bajo la filial canadiense Stratodynamics Aviation Inc. Implementando este sensor en el avión no tripulado de HiDRON. planeador estratosférico
Stratodynamics lanzará su planeador HiDRON lanzado desde un globo a una altitud de más de 65.438 millones de pies y regresará lentamente a la Tierra desde aquí. Con la ayuda de micrófonos de infrasonido y sondas de viento, los drones miden la intensidad de las turbulencias en. su trayectoria a distancia y puede detectar columnas de calor, lo que permite que los aviones vuelen por más tiempo. Se está trabajando más para comprender las características de la turbulencia y el alcance requeridos para el algoritmo. El micrófono funcionó bien, incluso con fuertes vientos provenientes de drones que aullaban, y el equipo pudo aislar las bajas frecuencias de las condiciones ambientales. Las pruebas de vuelo adicionales para avanzar aún más en el desarrollo de la tecnología permitirán a la compañía no solo evaluar el micrófono desarrollado por la NASA, sino también servir. como proveedor de vuelos de la Universidad de Kentucky, complementando los respaldados por la tecnología de detección de turbulencias de la NASA, a la espera de los resultados de estas pruebas, los micrófonos infrasónicos se convertirán en una opción tecnológica estándar para los clientes de Stratodynamics.
Stratodynamics Aerospace está trabajando actualmente con la Agencia Espacial Canadiense y la Universidad de Waterloo en Ontario para desarrollar una nueva versión del planeador. El avión espacial suborbital HiDRON tendrá una mayor capacidad de carga útil y estará diseñado específicamente para funcionar de manera óptima en la estratosfera.
El equipo espera que los datos proporcionados por los micrófonos infrasónicos se vuelvan omnipresentes en la detección y predicción de turbulencias, decisiones de control del tráfico aéreo y planificación de rutas. Al hacer que sea más fácil evitar las turbulencias en todos los aspectos del vuelo, se desperdiciará menos combustible al navegar en aire turbulento y se liberará menos dióxido de carbono a la atmósfera.
“A medida que el sonido por infrasonidos continúa demostrando su valor como tecnología de mitigación de turbulencias, su potencial para cambiar para siempre la industria de la aviación se fortalece con cada vuelo”, afirmó Crane.
La NASA tiene una larga trayectoria en la transferencia de tecnología al sector privado. Las publicaciones adjuntas de la agencia describen las tecnologías de la NASA que se han traducido en productos y servicios comerciales y demuestran los beneficios más amplios de las inversiones estadounidenses en sus programas espaciales. Spin-off es una publicación del Programa de Transferencia de Tecnología de la Dirección de Misiones de Tecnología Espacial de la NASA.