Le microphone détecte les turbulences à des centaines de kilomètres

Spinoff est la publication annuelle de la NASA présentant la technologie de la NASA commercialisée avec succès. Cette commercialisation a contribué au développement de produits et de services dans les domaines de la santé et de la médecine, des biens de consommation, des transports, de la sécurité publique, de l'informatique et des ressources environnementales.

Tout dans l'atmosphère peut émettre un son - les volcans grondent et les chutes d'eau s'écrasent - mais il y a plus dans ce son que ce que nos oreilles perçoivent. Tout comme la façon dont la lumière infrarouge se compose de fréquences qui ne sont pas visibles à l'œil nu, il existe un analogue audio appelé infrason qui se compose de hauteurs trop basses (0,001 à 20 hertz) pour être entendues par l'oreille humaine.

La turbulence soudaine parfois ressentie en vol est appelée turbulence en air clair, ainsi nommée parce qu'il n'y a pas de nuages ​​visibles ou de caractéristiques atmosphériques pour avertir de la perturbation. L'air invisible turbulent peut apparemment sortir de nulle part et faire des ravages sur les avions.

Bien qu'elle ne soit pas facilement détectée visuellement, la turbulence en air clair a une signature infrasonore bien définie. Les chercheurs Qamar Shams et Allan Zuckerwar du Langley Research Center de la NASA à Hampton, en Virginie, ont réalisé que si les contrôleurs aériens ou les pilotes pouvaient écouter ces tourbillons tourbillonnants avant que les avions ne les rencontrent, un itinéraire alternatif pourrait être tracé.

Leurs expériences ont commencé en 2007, mais les premiers tests leur ont montré qu'ils ne pouvaient pas saisir n'importe quel microphone standard et s'attendre à ce qu'il fonctionne avec les infrasons. Les fréquences à ondes longues sont dépassées par les sons à haute fréquence, ce qui entraîne des interférences.

La paire a commencé à développer quelque chose qui pourrait écouter ces basses fréquences en haute fidélité. Les microphones utilisent un diaphragme mobile pour capter le son là où les ondes sonores font vibrer la surface. Les chercheurs ont utilisé un diaphragme à basse tension avec un large rayon associé à une grande chambre à air scellée derrière lui pour permettre au microphone d'entendre ces ondes sonores ultra-faibles qui parcourent de grandes distances. Les microphones infrasonores sont fabriqués par PCB Piezotronics de Depew, NY sous contrat avec Langley.

Une fois le capteur terminé, les tests ont commencé. Lorsque les microphones ont été placés dans un motif triangulaire équidistant autour de la piste de Langley, ils ont pu capter et localiser la turbulence atmosphérique à plus de 300 milles.

En 2017, la technologie avait remporté le prix de l'invention commerciale de l'année de la NASA, avait été testée au sol pour le ministère de la Défense et avait fait l'objet de recherches aux laboratoires nationaux de Sandia pour valider ses performances, mais elle n'avait volé à bord d'aucun avion. L'intérêt pour la détection de turbulence de Stratodynamics Lewes, DE, allait bientôt changer cela.

Stratodynamics a réalisé que le système de microphone avait un potentiel important en tant que capteur de détection de turbulence en vol et a recherché des opportunités pour tester la technologie. Après avoir accordé une licence aux brevets de la NASA, la société a commencé à implémenter le capteur sur un planeur stratosphérique sans équipage connu sous le nom de HiDRON.

Stratodynamics a soulevé son planeur HiDRON lancé par ballon à des hauteurs de plus de 100 000 pieds, d'où il redescend lentement sur Terre. A l'aide du microphone à infrasons et de la sonde de vent, le drone mesure à distance l'intensité des turbulences sur sa trajectoire et peut éventuellement détecter des colonnes thermiques pour faire naviguer l'avion plus longtemps. Actuellement, d'autres travaux sont en cours pour concevoir les algorithmes nécessaires pour comprendre l'intensité et la portée de la signature turbulente.

Les chercheurs espèrent que les données fournies par le microphone infrasonique deviendront omniprésentes dans la détection et la prévision des turbulences, la prise de décision en matière de contrôle du trafic aérien et la planification des routes aériennes.

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