Ultralet videnskab-målinger af grænselag fra lavflyvende kilde

På en græsklædte landingsbane lige uden for Madison, Grant Petty foretager de sidste kontroller på sit skelet med fly. Når den er klar, han rammer gashåndtaget og stikker fremad. Efter et par 100 fod, det ultralette fly er luftbåret og klatrer støt, landskabet miniaturiserer under Petty's fødder. Han vil i sidste ende nå en krydshastighed på omkring 40 mph.

Petty er professor i atmosfærisk videnskab ved University of Wisconsin – Madison, og denne flyvning er mere end en hobbyglæde. Det er en del af et forskningsprojekt, der sigter mod bedre at forstå Jordens atmosfære. Instrumenter fastspændt til vingerne og cockpittet i flyet indsamler atmosfæriske data, mens det er i luften, indsamling af data fra en del af Jordens atmosfære kendt som grænselaget.

"Det ultralette, fly i lav højde kan fange, hvad der sker i den lavere atmosfære, hvor meget af turbulensen er, "siger Ankur Desai, en af ​​Petty's samarbejdspartnere om projektet i Institut for Atmosfæriske og Oceaniske Videnskaber (AOS). "Det er nøglen til at forstå koblingen af ​​overfladen til atmosfæren på en eksperimentel måde."

Kobling er processen med varme- og fugtudveksling mellem jordens overflade og atmosfæren. Forskere studerer denne udveksling, fordi den giver et vindue ind i vores klimasystem. Det ultralette fly kan være en ideel platform til måling af det, da det kan kigge ind i dele af atmosfæren og fange målinger, der ellers ikke er muligt med værktøjer som satellitter, jordbaserede instrumenter, eller højhastighedsfly ligesom NASAs ER-2.

"Det indbyggede udstyr indeholder udstyr, der ligner det, du kan finde i en vejrstation i hjemmet:værktøjer som et vindmålere, termometer, tryk- og fugtighedsfølere, "siger Desai." Andet udstyr giver os mulighed for at måle vandstrømme, eller fordampning fra overfladen, ud over at indsamle data om land- og overfladejendomme. "

UW Ultralight -projektet blev til virkelighed i sommeren 2017, da Petty (som er hovedforsker for projektet) og UW – Madison Space Science and Engineering Center (SSEC) -forsker Jonathan Thom kom i gang med at samle det ultralette Zigolo MG12 -håndværk. Efter tre ugers omhyggelig håndmontering, Petty tog den første testflyvning i august 2017, med et par "kragehumler" - korte start og umiddelbare landinger - indtil han følte sig tryg ved at stige højere.

Petty er i øjeblikket den eneste pilot for projektet, men håber at udvide programmet til at omfatte andre erfarne piloter, der kan hjælpe med at indsamle de atmosfæriske data, forskere har brug for. Holdet, som også omfatter AOS -professor Tristan L'Ecuyer, ser ultralet som en måde at udfylde huller i vores forståelse om atmosfærisk fysik.

"Selvom de første målinger vil være fokuseret på koblinger mellem land og atmosfære i Wisconsin, målet er til sidst at indsamle en mangfoldig prøve, der kan fortælle os, mere detaljeret, hvordan overfladen interagerer med atmosfæren, "siger L'Ecuyer." Vi er begejstrede for enkelheden og evnen til hurtigt at tilpasse instrumenterne, flyveveje, og videnskabsmål baseret på det, vi lærer. "

Fartøjet flyver normalt mellem 150-til-1, 500 fod over jorden og kan forblive i luften i lidt mere end fire timer på en fuld tank med gas. Den vejer omkring 485 pund og kan tage fra kort, ikke -asfalterede landingsbaner mindre end 200 fod lange. Kommercielle flyselskaber, til sammenligning, vejer mere end 600, 000 pund og kræver mere end 10, 000 fod landingsbane til start.

Imidlertid, med en lastkapacitet på kun 260 pund, tunge indbyggede instrumenter udgør en teknisk udfordring for projektet. Det vil kræve, at forskere enten designer nye instrumenter fra bunden eller rekonfigurerer færdigbygget instrumentering for at tabe overvægt.

Heldigvis, SSEC og AOS har en lang historie med gør-det-selv luftfartsprojekter og instrumentbygning, går tilbage til 1950'erne. Petty planlægger at udnytte denne lokale ekspertise til at tilpasse instrumenter til håndværket, herunder inddragelse af elever i praktiske læreplaner til instrumenttest og kalibrering. Han ser dette som en fantastisk mulighed for at engagere dem inden for fjernmåling.

Teamet planlægger til sidst at konvertere flyets 25-hestes benzinmotor til en helelektrisk motor gennem et konverteringssæt, hvilket gør det muligt for dem at indsamle nøjagtige forurening og partikelmålinger uden forstyrrelser fra udstødning. Andre forsøg omfatter måling af fordampningshastigheder over landbrugsmarker (den proces, hvorved vand overføres fra jorden og fra planter til atmosfæren), fugtudveksling fra Madisons søer, og vinterflyvninger over Mendotas søfrosne overflade.

Brug af en ny type infrarød måleenhed, ultralet vil også fungere som en testbed for NASAs Polar Radiant Energy in the Infrared Experiment (PREFIRE).

I øjeblikket i planlægningsfasen, PREFIRE vil involvere CubeSats - små satellitter, der er nogenlunde på størrelse med et brød - til at indsamle data over Arktis og måle frekvenser i den langt infrarøde del af det elektromagnetiske spektrum. Dette vil give forskere mulighed for at måle energimissioner fra Arktis, en sjældent undersøgt del af energikredsløbet der, og kan bruges til bedre at forudsige, hvor hurtigt arktisk sne og is vil smelte.

Ved at flyve vintertransekter over Madisons frosne søer, L'Ecuyer siger, at ultralet vil blive brugt til at indsamle de data, der er nødvendige for kalibrering og andre sammenlignende undersøgelser, efterhånden som PREFIRE -programmet er udviklet.

Når en højde på 1, 100 fod., Petty slutter sin testflyvning med en sidste manøvre, banker mod landingsbanen, hvor ultralet græsser jorden og til sidst stopper et skånsomt stop. Tilfreds med testresultaterne, Petty og Thom lagde håndværket væk i en opbevaringshangar.

"Vi glæder os til at tage imod forskere på tværs af campus, der måske ikke har råd til projekter med avancerede fly, men kunne bruge de data, vi har til rådighed, "Siger Petty." Vi er spændte på at se, hvad folk finder på til ideer og anvendelser til denne platform. "