Nyt Sandia-ballonbåret infralydsensormatrix registrerer eksplosioner

Plader af plast svarende til dem, der bruges til affaldssække, pakningstape, noget snor, lidt kulstøv og en hvid kasse i skostørrelse er mere end odds og ender. Det er forsyningerne Danny Bowman, en geofysiker fra Sandia National Laboratories, har brug for at bygge en soldrevet luftballon til påvisning af infralyd.

Infralyd er lyd af meget lave frekvenser, under 20 hertz, som er lavere end mennesker kan høre. Afrikanske elefanter producerer infralyd til langdistancekommunikation ved omkring 15 hertz. Til sammenligning, en humles summen er typisk 150 hertz, og mennesker hører i intervallet 20 til 20, 000 hertz.

I juli sidste år, en flåde på fem soldrevne balloner nåede en højde på 13 til 15 miles, dobbelt så højt som kommercielle jetfly, og opdagede infralyd fra en testeksplosion. Dette eksperiment blev finansieret af Sandia's Laboratory Directed Research and Development -program. Bowman præsenterede resultaterne på American Geophysical Union -konferencen i december. Resultaterne offentliggøres snart.

Infralyd er vigtig, fordi det er en af ​​de verifikationsteknologier, USA og det internationale samfund bruger til at overvåge eksplosioner, herunder dem, der er forårsaget af atomprøvninger. Traditionelt set infralyd detekteres af jordbaserede sensorarrays, som ikke dækker det åbne hav og kan blive forvirret af andre lyde, såsom vinden. Bowman sagde, at klimaanlæg også er en almindelig kilde til infralydsstøj.

"Stratosfæren er meget mindre støjende, så du kan registrere begivenheder af interesse for videnskab og national sikkerhed fra større afstande, "sagde Bowman. Stratosfæren er det atmosfæriske lag fra omkring 5 miles til 31 miles over jorden.

Billige luftballoner flyver hele dagen

En solcelledrevet luftballon tager tre timer for Bowman og medgeofysikeren Sarah Albert at lave, og bruger materialer til en værdi af omkring $ 50, inkl. den genanvendelige infralydssensor eller GPS -tracker. Trækulstøvet hjælper med at opvarme luften inde i ballonen, giver lift, uden at kræve heliumgas, en ikke -fornybar ressource.

Ballonerne kan endda blive lanceret på delvis overskyede dage, sagde Albert. De bliver oppe i stratosfæren hele dagen og kommer ned efter solen går ned. Denne "garanterede afslutningsmekanisme" er både en fordel og ulempe, sagde Bowman.

Det er en fjolsikker måde at få ballonerne ned på, sensorerne og de data, de har indsamlet. På den anden side, længere flyrejser ville være nyttigt. I løbet af den arktiske sommer, ballonerne kunne flyve i uger, men teamet arbejder også på balloner, der kan forblive højt om natten.

Til fremtidige forsøg, Bowman er interesseret i et ballondesign med en isolator på ballonens øverste overflade og absorber i bunden, så det absorberer varme fra jorden for at tillade den at blive ved med at flyve om natten.

Flere sensorer bestemmer placeringen

Det vigtigste aspekt af dette eksperiment er, at de fem balloner dannede en 3-D række sensorer, sagde Albert. En sensor kan høre en lyd, men kan ikke give nogen placeringsoplysninger. Albert sagde, "Min mor er døv i det ene øre, så det er svært for hende at fortælle, hvor en lyd kommer fra." At have to ører gør det muligt for dyr at bestemme kilden til en lyd.

Fem mikrofoner i en matrix, som i dette eksperiment eller jordbaserede sensorarrays, give de samme oplysninger - den retning, hvorfra lydbølgen kommer. Forskere koordinerer oplysningerne fra flere arrays for at triangulere lydkilden.

At beregne, hvor lydbølgen kommer fra, kan være en udfordring, når hver sensor i arrayet bevæger sig i forhold til hinanden og kilden, sagde Bowman. Mange beregningsalgoritmer antager stationære sensorer, så teamet skulle tilpasse dem til at omfatte GPS -oplysninger.

Fremtidig brug i traktatovervågning og efterforskning af solsystemet

Bowman har foreslået flyvende ballonbårne infralydssensorer som en del af den næste serie af National Nuclear Security Administration's Source Physics Experiment-projekt. Dette projekt udvikler nyt og forbedret, fysikbaserede metoder til overvågning af underjordiske atomeksplosioner.

Ud over potentiel traktatovervågning og national sikkerhedsanvendelse, Bowman og Albert håber at kunne flyve luftballoner i ikke-terrestriske eksperimenter.

Bowman bistår et NASA Jet Propulsion Laboratory-projekt med at undersøge muligheden for at bruge ballonbårne infralydssensorer på Venus til at lytte efter Venus-skælv. Venus ligner jorden i masse, men er geologisk meget anderledes uden tilsyneladende pladetektonik.

En anden mulighed, som teamet undersøger, er flyvende infralydssensorer på Jupiter. Jupiter er en gasgigant med åbne videnskabelige spørgsmål om sin interne struktur og geologi, som infralyd kunne hjælpe med at besvare. "Vi er stadig årtier ude af en egentlig mission, "sagde Bowman." Men jeg er spændt på at se, hvor langt det vil gå. "

Resultaterne fra Bowmans tidligere forskningstest med individuelle infralydssensorer på balloner blev offentliggjort i Geofysiske forskningsbreve og for nylig i Journal of Geophysical Research:Atmosfærer .

Bowman sagde, "Dette er et virkelig spændende nyt forskningsområde. Ballonbårne infralydssensorer erstatter aldrig jordbaserede akustiske arrays, men jeg tror, ​​det kan forstærke dem. Og det mest spændende er at flyve i atmosfæren på andre planeter, og hvad vi kan lære af dem. "