Fortschrittliches Mikrofon detektiert Turbulenzen aus hunderten Kilometern Entfernung

Spinoff ist die jährliche Veröffentlichung der NASA mit erfolgreich kommerzialisierter NASA-Technologie. Diese Kommerzialisierung hat zur Entwicklung von Produkten und Dienstleistungen in den Bereichen Gesundheit und Medizin, Konsumgüter, Transport, öffentliche Sicherheit, Computertechnologie und Umweltressourcen beigetragen.

Alles in der Atmosphäre kann Geräusche erzeugen – Vulkane rumpeln, Wasserfälle stürzen – aber es steckt mehr in diesem Klang, als unsere Ohren wahrnehmen. Genau wie Infrarotlicht Frequenzen besteht, die für das bloße Auge nicht sichtbar sind, gibt es ein akustisches Analogon namens Infraschall, das aus Tönen besteht, die zu tief (0,001 bis 20 Hertz) sind, um vom menschlichen Ohr gehört zu werden.

Die plötzliche Turbulenz, die manchmal beim Fliegen erlebt wird, heißt Clear-Air-Turbulenz, so benannt, weil es keine sichtbaren Wolken oder atmosphärischen Merkmale gibt, die vor der Störung warnen. Turbulente unsichtbare Luft kann scheinbar aus dem Nichts auftauchen und Flugzeugen zusetzen.

Obwohl sie visuell nicht leicht zu detektieren ist, hat Clear-Air-Turbulenz eine definite Infraschall-Signatur. Die Forscher Qamar Shams und Allan Zuckerwar am NASA Langley Research Center in Hampton, VA erkannten, dass, wenn Fluglotsen oder Piloten diese wirbelnden Wirbel hören könnten, bevor Flugzeuge ihnen begegnen, eine alternative Route geplant werden könnte.

Ihre Experimente begannen 2007, aber erste Tests zeigten ihnen, dass sie nicht einfach irgendein Standardmikrofon nehmen und erwarten konnten, dass es mit Infraschall funktioniert. Die langwelligen Frequenzen werden von höherfrequenten Geräuschen überlagert, was zu Interferenzen führt.

Das Paar begann mit der Entwicklung eines Geräts, das diese niedrigen Frequenzen mit hoher Fidelität hören kann. Mikrofone verwenden eine bewegliche Membran, um Audio aufzunehmen, wobei Schallwellen die Oberfläche zum Schwingen bringen. Die Forscher verwendeten eine niedrig gespannte Membran mit großem Radius, gepaart mit einer großen, abgedichteten Luftkammer dahinter, um dem Mikrofon zu ermöglichen, diese ultratiefen Schallwellen zu hören, die große Entfernungen zurücklegen. Die infrasonischen Mikrofone werden von PCB Piezotronics aus Depew, NY unter Vertrag mit Langley hergestellt.

Mit dem fertiggestellten Sensor begannen die Tests. Als die Mikrofone in einem gleichseitigen Dreiecksmuster um die Landebahn von Langley platziert wurden, konnten sie atmosphärische Turbulenzen mehr als 300 Meilen (ca. 480 km) entfernt aufnehmen und orten.

Bis 2017 hatte die Technologie den NASA Commercial Invention of the Year Award gewonnen, war für das Verteidigungsministerium am Boden getestet und am Sandia National Laboratories auf ihre Leistung validiert worden, war aber noch an keinem Flugzeug geflogen. Das Interesse an Turbulenzdetektion von Stratodynamics aus Lewes, DE, sollte dies bald ändern.

Stratodynamics erkannte, dass das Mikrofonsystem erhebliches Potenzial als In-Flight-Turbulenzdetektionssensor hatte und suchte nach Möglichkeiten, die Technologie zu testen. Nach der Lizenzierung der Patente von der NASA begann das Unternehmen, den Sensor auf einem unbemannten stratosphärischen Gleiter namens HiDRON zu implementieren.

Stratodynamics hat ihren ballongestarteten HiDRON-Gleiter auf Höhen von mehr als 100.000 Fuß (ca. 30.000 m) gehoben, von wo er langsam seinen Weg zurück zur Erde findet. Mit Unterstützung des Infraschallmikrofons und einer Windsonden misst der UAV die Intensität der Turbulenz auf seinem Weg aus der Ferne und kann möglicherweise thermische Säulen detektieren, um das Flugzeug länger segeln zu lassen. Derzeit wird weiter an der Entwicklung der Algorithmen gearbeitet, die erforderlich sind, um die Intensität und Reichweite der turbulenten Signatur zu verstehen.

Die Forscher hoffen, dass die vom infrasonischen Mikrofon gelieferten Daten allgegenwärtig in der Detektion und Vorhersage von Turbulenzen, bei Entscheidungen der Flugsicherung und der Flugroutenplanung werden.

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