美国国家航空航天局麦克风可以利用次声探测到数百英里外的湍流。
非典型麦克风
大气中的一切都能发出声音。但是就像红外线是由肉眼看不到的频率组成一样，有一种类似于次声波的音频。次声是频率低于20Hz的声音，人耳听不到，范围为0.001 ~ 20Hz。
在飞行中有时遇到的突然湍流被称为晴空湍流，这样命名是因为没有可见的云或大气特征来警告这种干扰。看不见的湍流空气似乎突然出现，对飞机造成严重损害。虽然肉眼不易察觉，但晴空湍流具有明显的次声特征。美国国家航空航天局兰利研究中心的研究人员Qamar Shams和Allan Zuckerwar意识到，如果空中交通管制员或飞行员能够在飞机遇到这些湍流之前监测到它们，他们就可以计划一条替代路线。
他们的实验始于2007年，但正如预期的那样，最初的测试表明，他们不能只是抓住一个现成的麦克风，并指望它在次声上工作。长波频率经常被更高频率的声音覆盖，从而产生干扰。
“我们发现传感器已经饱和，它们表现不佳，”Shams说。“我们想，‘我们结合了我们在乐器方面的专业知识，为什么不自己设计一款麦克风呢？’"
Shams和Zuckerwar开始开发可以高保真地收听这些低频的东西。麦克风使用移动振膜来获取音频，声波会引起表面振动。研究人员使用了一个半径很宽的低张力振膜，背后有一个很大的密封气室，这样麦克风就可以听到这些传播很远的超低声波。次声麦克风由纽约Depew的PCB压电公司根据与Langley的合同制造。传感器完成后，开始测试。当麦克风被放置在兰利跑道周围等距离的三角形图案中时，它们可以接收并定位300多英里外宾夕法尼亚上空的大气湍流。
进入蓝天
到2017，Shams和Zuckerwar的技术已经获得了美国国家航空航天局年度商业发明奖，为国防部进行了地面测试，并在桑迪亚国家实验室进行了研究以验证其性能，但尚未在任何飞机上飞行过。特拉华州路易斯的Stratodynamics对湍流探测的兴趣将很快改变这种情况。
该公司的创始人是2016太空竞赛挑战赛的参与者，该挑战赛由促进创新中心与美国国家航空航天局合作领导。太空竞赛是一项全球性的竞赛，向能够展示各种技术的应用和商业案例的团体提供许可证。Stratodynamics参加了多种比赛，包括无人机控制系统。该公司在无人机竞赛中获得一等奖后，该团队应邀访问兰利，并与专利背后的研究人员会面。
Stratodynamics的业务发展主管尼克·克莱恩(Nick Craine)说:“我们在那里的时候，沙姆斯正在倡导次声技术。
Stratodynamics意识到麦克风系统作为飞行中的湍流检测传感器具有巨大的潜力，并寻找机会测试该技术。在获得美国国家航空航天局的专利授权后，在Shams的协助下，该公司开始在加拿大子公司Stratodynamics Aviation Inc设计的名为HiDRON的无人平流层滑翔机上实施该传感器。
Stratodynamics将其气球发射的HiDRON滑翔机升至超过65，438+百万英尺的高度，并从这里慢慢返回地球。在次声麦克风和风探头的帮助下，无人机在远处测量其路径上的湍流强度，并可能探测到热柱，从而使飞机航行更长时间。人们正在做更多的工作来设计理解湍流特性的强度和范围所需的算法。
最近在前期测试中，麦克风表现不错。即使有无人机呼啸的强风，团队也可以将低频从环境条件中隔离出来。Stratodynamics将进行更多的飞行测试，以进一步推动这项技术的发展。该公司不仅将评估美国国家航空航天局开发的麦克风，还将作为肯塔基大学的飞行供应商，补充美国国家航空航天局飞行机会计划支持的湍流探测技术。在这些测试结果出来之前，次声波麦克风将成为Stratodynamics客户的标准技术选项。
Stratodynamics航空公司目前正在与加拿大航天局和安大略省滑铁卢大学合作开发新版本的滑翔机。HiDRON亚轨道太空飞机将具有更大的有效载荷能力，并将专门设计为在平流层中发挥最佳性能。
该团队希望次声麦克风提供的数据在探测和预测湍流、空中交通管制决策和航线规划方面变得无处不在。通过更容易地避免飞行各方面的湍流，在湍流空气中航行时浪费的燃料将减少，释放到大气中的二氧化碳也将减少。
“随着次声探测继续证明其作为湍流缓解技术的价值，它永远改变航空业的潜力随着每次飞行而变得越来越强。”克雷恩说。
美国国家航空航天局有向私营部门转让技术的悠久历史。该机构的附带出版物介绍了美国国家航空航天局的技术，这些技术已经转化为商业产品和服务，并展示了美国对其空间项目的投资带来的更广泛的利益。《附带利益》是美国国家航空航天局空间技术任务局技术转让计划的出版物。