Micrófono avanzado detecta turbulencia a cientos de millas

Spinoff es la publicación anual de NASA que presenta tecnología de NASA comercializada con éxito. Esta comercialización ha contribuido al desarrollo de productos y servicios en los campos de salud y medicina, bienes de consumo, transporte, seguridad pública, tecnología informática y recursos ambientales.

Todo en la atmósfera puede producir un sonido —los volcanes ruge y las cataratas se estrellan— pero hay más en ese sonido de lo que nuestros oídos perciben. Al igual que la luz infrarroja consiste en frecuencias no visibles al ojo desnudo, existe un análogo de audio llamado infrasonido que consiste en tonos demasiado bajos (0,001 a 20 hercios) para ser oídos por el oído humano.

La turbulencia repentina que a veces se experimenta al volar se llama turbulencia de aire claro, así llamada porque no hay nubes visibles ni características atmosféricas que adviertan de la perturbación. El aire turbulento invisible puede parecer surgir de la nada y causar estragos en las aeronaves.

Aunque no se detecta fácilmente visualmente, la turbulencia de aire claro tiene una firma de infrasonido definitiva. Los investigadores Qamar Shams y Allan Zuckerwar en el Centro de Investigación Langley de NASA en Hampton, VA se dieron cuenta de que si los controladores de tráfico aéreo o los pilotos pudieran escuchar estos vórtices giratorios antes de que los aviones los encuentren, se podría trazar una ruta alternativa.

Sus experimentos comenzaron en 2007, pero las pruebas iniciales les mostraron que no podían tomar cualquier micrófono comercial y esperar que funcionara con infrasonido. Las frecuencias de onda larga son superadas por sonidos de frecuencia más alta, lo que resulta en interferencia.

La pareja comenzó a desarrollar algo que pudiera escuchar estas bajas frecuencias con alta fidelidad. Los micrófonos usan un diafragma móvil para captar audio donde las ondas sonoras causan vibración en la superficie. Los investigadores usaron un diafragma de baja tensión con un radio amplio combinado con una gran cámara de aire sellada detrás para permitir que el micrófono escuchara estas ondas de sonido ultra-bajas que viajan grandes distancias. Los micrófonos infrasónicos son fabricados por PCB Piezotronics de Depew, NY bajo contrato con Langley.

Con el sensor completado, comenzaron las pruebas. Cuando los micrófonos se colocaron en un patrón triangular equidistante alrededor de la pista de Langley, pudieron captar y localizar turbulencia atmosférica a más de 300 millas de distancia.

Para 2017, la tecnología había ganado el premio NASA Commercial Invention of the Year, había sido probada en tierra para el Departamento de Defensa, e investigada en los Laboratorios Nacionales Sandia para validar su rendimiento, pero no había volado a bordo de ninguna aeronave. El interés en la detección de turbulencia de Stratodynamics Lewes, DE, pronto cambiaría eso.

Stratodynamics se dio cuenta de que el sistema de micrófono tenía un potencial significativo como sensor de detección de turbulencia en vuelo y buscó oportunidades para probar la tecnología. Después de licenciar las patentes de NASA, la compañía comenzó a implementar el sensor en un planeador estratosférico no tripulado conocido como HiDRON.

Stratodynamics ha elevado su planeador HiDRON lanzado por globo a alturas de más de 100.000 pies, desde el cual desciende lentamente de vuelta a la Tierra. Con la ayuda del micrófono infrasónico y sonda de viento, el UAV mide la intensidad de la turbulencia en su camino a distancia y posiblemente detecte columnas térmicas para mantener el avión volando más tiempo. Actualmente, se está trabajando más en el diseño de los algoritmos requeridos para entender la intensidad y el rango de la firma turbulenta.

Los investigadores esperan que los datos proporcionados por el micrófono infrasónico se vuelvan ubicuos en la detección y pronóstico de turbulencia, la toma de decisiones de control de tráfico aéreo y la planificación de rutas de aviación.

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