Microfone Avançado Detecta Turbulência a Centenas de Milhas de Distância

Spinoff é a publicação anual da NASA apresentando tecnologias da NASA comercializadas com sucesso. Esta comercialização contribuiu para o desenvolvimento de produtos e serviços nas áreas de saúde e medicina, bens de consumo, transporte, segurança pública, tecnologia de computadores e recursos ambientais.

Tudo na atmosfera pode emitir som — vulcões roncam e cachoeiras caem — mas há mais nesse som do que nossos ouvidos percebem. Muito parecido com a luz infravermelha consistir em frequências não visíveis a olho nu, existe um análogo de áudio chamado infrassom que consiste em tons muito baixos (0,001 a 20 hertz) para serem ouvidos pelo ouvido humano.

A turbulência súbita às vezes experimentada ao voar é chamada de turbulência de ar limpo, assim nomeada porque não há nuvens visíveis ou características atmosféricas para alertar sobre a perturbação. Ar turbulento invisível pode aparentemente surgir do nada e causar estragos em aeronaves.

Embora não seja facilmente detectada visualmente, a turbulência de ar limpo tem uma assinatura de infrassom definida. Os pesquisadores Qamar Shams e Allan Zuckerwar no Centro de Pesquisa Langley da NASA em Hampton, VA, perceberam que se controladores de tráfego aéreo ou pilotos pudessem ouvir esses vórtices giratórios antes que os aviões os encontrassem, uma rota alternativa poderia ser traçada.

Seus experimentos começaram em 2007, mas testes iniciais mostraram que não podiam simplesmente pegar qualquer microfone pronto e esperar que funcionasse com infrassom. As frequências de onda longa são sobrepostas por sons de frequência mais alta, resultando em interferência.

A dupla começou a desenvolver algo que pudesse ouvir essas baixas frequências com alta fidelidade. Microfones usam um diafragma móvel para captar áudio onde ondas sonoras causam vibração na superfície. Os pesquisadores usaram um diafragma de baixa tensão com raio largo acoplado a uma grande câmara de ar selada atrás dele para permitir que o microfone ouça essas ondas sonoras ultra-baixas que viajam grandes distâncias. Os microfones infrassônicos são fabricados pela PCB Piezotronics de Depew, NY, sob contrato com Langley.

Com o sensor concluído, os testes começaram. Quando os microfones foram colocados em um padrão triangular equidistante ao redor da pista de Langley, eles conseguiram captar e localizar turbulência atmosférica a mais de 300 milhas de distância.

Em 2017, a tecnologia havia ganho o prêmio NASA Commercial Invention of the Year, sido testada em solo para o Departamento de Defesa, e sido pesquisada nos Laboratórios Nacionais Sandia para validar seu desempenho, mas ainda não havia voado a bordo de nenhuma aeronave. O interesse em detecção de turbulência da Stratodynamics Lewes, DE, mudaria isso em breve.

A Stratodynamics percebeu que o sistema de microfone tinha potencial significativo como sensor de detecção de turbulência em voo e buscou oportunidades para testar a tecnologia. Após licenciar as patentes da NASA, a empresa começou a implementar o sensor em um planador estratosférico não tripulado conhecido como HiDRON.

A Stratodynamics elevou seu planador HiDRON lançado por balão a alturas de mais de 100.000 pés, de onde ele lentamente faz seu caminho de volta à Terra. Com a assistência do microfone infrassônico e sonda de vento, o UAV mede a intensidade da turbulência em seu caminho à distância e pode possivelmente detectar colunas térmicas para manter o avião planar por mais tempo. Atualmente, mais trabalho está em andamento para projetar os algoritmos necessários para entender a intensidade e o alcance da assinatura turbulenta.

Os pesquisadores esperam que os dados fornecidos pelo microfone infrassônico se tornem onipresentes na detecção e previsão de turbulência, tomada de decisão de controle de tráfego aéreo e planejamento de rotas de aviação.

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