Microphone avancé détecte la turbulence à des centaines de kilomètres
Spinoff est la publication annuelle de la NASA présentant les technologies de la NASA commercialisées avec succès. Cette commercialisation a contribué au développement de produits et services dans les domaines de la santé et médecine, biens de consommation, transport, sécurité publique, technologie informatique et ressources environnementales.
Tout dans l'atmosphère peut produire 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 lumière infrarouge consiste en des fréquences invisibles à l'œil nu, il existe un analogue audio appelé infrasons, composé de tonalités 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 car il n'y a pas de nuages visibles ni de caractéristiques atmosphériques pour avertir de la perturbation. L'air turbulent invisible peut sembler surgir de nulle part et semer le chaos sur les avions.
Bien qu'elle ne soit pas facilement détectable visuellement, la turbulence en air clair a une signature infrasonique définie. Les chercheurs Qamar Shams et Allan Zuckerwar au centre de recherche Langley de la NASA à Hampton, VA, ont réalisé que si les contrôleurs aériens ou les pilotes pouvaient écouter ces tourbillons avant que les avions ne les rencontrent, une route alternative pourrait être tracée.
Le duo a commencé à développer un dispositif capable d'écouter ces basses fréquences avec une haute fidélité. Les microphones utilisent une membrane mobile pour capter l'audio où les ondes sonores font vibrer la surface. Les chercheurs ont utilisé une membrane à faible tension avec un large rayon, associée à une grande chambre d'air scellée derrière elle, pour permettre au microphone d'entendre ces ondes sonores ultra-basses qui voyagent sur de grandes distances. Les microphones infrasoniques sont fabriqués par PCB Piezotronics de Depew, NY, sous contrat avec Langley.
Avec 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 miles (environ 480 km) de distance.
En 2017, la technologie avait remporté le prix NASA Commercial Invention of the Year, avait été testée au sol pour le Department of Defense, et avait été étudiée aux Sandia National Laboratories pour valider ses performances, mais elle n'avait pas encore volé à bord d'un 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 significatif en tant que capteur de détection de turbulence en vol et a cherché des opportunités pour tester la technologie. Après avoir licencié les brevets de la NASA, l'entreprise a commencé à implémenter le capteur sur un planeur stratosphérique sans équipage connu sous le nom de HiDRON.
Stratodynamics a fait monter leur planeur HiDRON lancé par ballon à des altitudes de plus de 100 000 pieds (30 000 m), d'où il redescend lentement vers la Terre. Avec l'assistance du microphone infrasonique et de la sonde de vent, l'UAV mesure l'intensité de la turbulence sur son chemin à distance et peut éventuellement détecter des colonnes thermiques pour maintenir l'avion en vol plus longtemps. Actuellement, plus de travail est 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 de la turbulence, la prise de décision du contrôle aérien et la planification des routes aériennes.
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