El micrófono de la NASA detecta turbulencias a cientos de millas de distancia
Los efectos de la turbulencia en aire claro tienen sus días contados.
Ya sea en el vórtice de estela de los aviones despegando o en un aire aparentemente tranquilo, hay pocos problemas más inadvertidamente riesgosos en el vuelo que la turbulencia. Cierta turbulencia no sólo puede hacer que los viajes aéreos sean agitados sino que a veces los vuelve peligrosos y los intentos por evitarlos muchas veces llevan a consumir grandes cantidades de combustible.
Recientemente, investigadores de la NASA han desarrollado tecnología para detectar zonas turbulentas y pronto podrían revolucionar la planificación de los vuelos y la forma en que se aborda la investigación aeronáutica.
¿Un micrófono?
Todo en la atmósfera puede emitir un sonido. Los volcanes retumban, las cascadas fluyen estruendosas y el aire circula generando sonidos que a veces el oído humano no percibe. Sucede como con la luz infrarroja que se compone de frecuencias que no son visibles a simple vista, existe un audio analógico llamado infrasonido. El infrasonido consiste en tonos demasiado bajos, que van entre los 0,001 y 20 hercios, como para que el oído humano los detecte.
Micrófono infrasónico especial, diseñado en el Centro de Investigación Langley, de la NASA, para captar las frecuencias ultrabajas generadas por las turbulencias en los cielos.La turbulencia repentina que a veces se experimenta al volar se llama turbulencia en aire claro, llamada así porque no hay nubes visibles o características atmosféricas para advertir su presencia. El aire turbulento e invisible aparentemente puede salir de la nada y causar estragos en los aviones. Aunque la dificultad en detectarlo es enorme, la turbulencia en el aire claro tiene un registro infrasónico definido. Los investigadores Qamar Shams y Allan Zuckerwar, del Langley Research Center de la NASA, en Hampton, Virginia, se dieron cuenta de que si los controladores de tránsito aéreo o los pilotos pudieran escuchar el sonido de la turbulencia antes de que los aviones se aproximaran a ellos, se podría trazar una ruta alternativa con anticipación y ahorrando recursos y sobresaltos.
Los experimentos de Shams y Zuckerwar comenzaron en 2007 pero, como era de esperar, las pruebas iniciales mostraron que no podían registrar el infrasonido turbulento con un micrófono estándar, por eso los científicos diseñaron un micrófono especial que pudiera escuchar estas bajas frecuencias con alta fidelidad. Los micrófonos utilizan un diafragma en movimiento para captar audio donde las ondas sonoras hacen que la superficie vibre. Los investigadores utilizaron un diafragma de baja tensión con un radio amplio emparejado con una cámara de aire grande y sellada por detrás para permitir que el micrófono “escuche” las ondas de sonido ultrabajas que viajan grandes distancias. Los micrófonos infrasónicos son fabricados por PCB Piezotronics, de Depew, Nueva York, bajo contrato con Langley.
Logrado el sensor, comenzaron las pruebas. Cuando los micrófonos se colocaron en un patrón triangular equidistante alrededor de los terrenos de la pista de aterrizaje de Langley, pudieron detectar y localizar turbulencias atmosféricas en los cielos de Pensilvania, a más de 300 millas de distancia.
Los agradables cielos azules
Para 2017, la tecnología de Shams y Zuckerwar había ganado el premio a la “Invención Comercial del Año”, que otorga la NASA. La tecnología había sido probada en tierra para el Departamento de Defensa y había sido investigada en Sandia National Laboratories, para validar su desempeño, pero no había volado a bordo de ningún avión. Fue entonces que apareció el interés en la detección de turbulencias de Stratodynamics Inc. de Lewes, Delaware, una empresa avanzada en vuelos no tripulados que había participado en innovaciones de la NASA y había tomado conocimiento del descubrimiento de Shams y Zuckerwar.
Stratodynamics se dio cuenta de que el sistema de micrófonos tenía un potencial significativo como sensor de detección de turbulencias en vuelo, por lo que gestionó y obtuvo la licencia de las patentes de la NASA, lo que llevó a que, junto a Shams, la compañía montara el sensor en un planeador estratosférico sin tripulación conocido como HiDRON, diseñado por su filial canadiense, Stratodynamics Aviation Inc.
Stratodynamics ha elevado su UAV planeador HiDRON lanzado desde un globo a alturas de más de 33.000 metros, desde donde desciende lentamente a la tierra. Con la ayuda del micrófono infrasónico y la sonda de viento, el UAV mide la intensidad de la turbulencia en su trayectoria a distancia. Los ensayos avanzaron y hoy se está trabajando para establecer los algoritmos necesarios a los efectos de comprender la intensidad y el rango de los sonidos turbulentos.
El planeador HiDRON transporta instrumentos científicos a los tramos superiores de la atmósfera y los mantiene funcionando mientras desciende, probó el micrófono infrasónico diseñado por la NASA. Créditos: EstratodinámicaRecientemente, las pruebas iniciales vieron que el micrófono funcionaba bien. Incluso con el viento fuerte azotando al UAV, el equipo pudo aislar las bajas frecuencias de las condiciones ambientales. Stratodynamics llevará a cabo pruebas de vuelo adicionales para avanzar aún más en la tecnología. La compañía no sólo evaluará el micrófono desarrollado por la NASA, sino que también servirá como proveedor de vuelo para una tecnología complementaria de detección de turbulencias de la Universidad de Kentucky, que recibió el apoyo del programa Flight Opportunities de la NASA. A la espera de los resultados de estas pruebas, el micrófono infrasónico se convertirá en una opción de tecnología estándar para los clientes de Stratodynamics.
Stratodynamics Aviation ahora está trabajando en una nueva versión del planeador en colaboración con la Agencia Espacial Canadiense y la Universidad de Waterloo en Ontario. El avión espacial suborbital HiDRON tendrá una mayor capacidad de carga útil y estará diseñado específicamente para un rendimiento óptimo en la estratósfera.
El equipo espera que los datos proporcionados por el micrófono infrasónico se vuelvan omnipresentes en la detección y predicción de turbulencias, la toma de decisiones de control del tránsito aéreo y la planificación de rutas de aviación. Al hacer que sea más fácil evitar las turbulencias en todas las etapas del vuelo, se desperdiciará menos combustible al navegar alrededor del aire turbulento.
