La semana pasada, investigadores de Sandia National Laboratories volaron un globo atado y un sistema aéreo no tripulado, coloquialmente conocido como dron, juntos por primera vez para obtener las temperaturas atmosféricas del Ártico con un mejor control de ubicación que nunca. Además de proporcionar datos más precisos para los modelos meteorológicos y climáticos, Ser capaz de operar UAS de manera eficaz en el Ártico es importante para la seguridad nacional.

"Operación de UAS en el control remoto, Los entornos hostiles del Ártico brindarán oportunidades para fortalecer las tecnologías de manera que sean directamente transferibles a las necesidades de la seguridad nacional en términos de solidez y confiabilidad. "dijo Jon Salton, gerente de robótica de Sandia. "Por último, la integración de las necesidades operativas y de detección especializadas requeridas para la investigación del Ártico se transferirá a una variedad de necesidades de seguridad nacional ".

La información sobre la temperatura de la atmósfera es fundamental para predecir el clima, monitorear el clima severo y mejorar los modelos climáticos. A diferencia de los globos amarrados o los globos meteorológicos, Los UAS no requieren helio, un recurso no renovable, y puede despegar con menos preparación. Por lo tanto, se pueden lanzar desde ubicaciones más remotas. La mayoría de los aeropuertos ya recopilan perfiles de temperatura atmosférica dos veces al día, pero cambiar a UAS con sensores de temperatura distribuidos sería mejor porque serían reutilizables y podrían volar con más frecuencia. dijo el científico atmosférico de Sandia Dari Dexheimer.

Los globos pueden volar durante horas UAS puede volar a ubicaciones precisas

Desde 2015, Dexheimer ha hecho volar regularmente globos atados desde el espacio aéreo ártico dedicado a Sandia en Oliktok Point, el punto más al norte de Prudhoe Bay en Alaska. Estos globos de 13 pies de altura llevan sensores de temperatura distribuidos para recopilar los perfiles de temperatura atmosférica del Ártico, o la temperatura del aire a diferentes alturas sobre el suelo, entre otros sensores atmosféricos. La prueba a principios de este mes fue la primera vez que Sandia ha volado un octocóptero en el cielo sobre Oliktok Point.

"El UAS y el globo realmente se complementan en el sentido de que el UAS tiene un tiempo de vuelo menor, pero es mucho más diverso espacialmente. El globo atado puede permanecer levantado durante mucho tiempo, brindándote muchos datos, pero no es fácil de mover "dijo Dexheimer. El globo es soplado por el viento, hasta los límites de la atadura, pero el UAS puede dirigirse a coordenadas GPS precisas.

A principios de este verano, Dexheimer y el equipo de vuelo de la UAS, dirigido por Diane Callow, probó la configuración conjunta del globo UAS en Sandia. Superaron una serie de desafíos técnicos que incluían descubrir cómo asegurar y desenrollar mejor el cable del sensor de temperatura distribuido de cuatro campos de fútbol mientras se aseguraban de que no se enredara en los rotores del UAS.

También trabajaron en la logística de operar el globo y el sistema al mismo tiempo. Para evitar chocar entre sí o enredar los cables, el globo estaba amarrado a favor del viento y el UAS se mantuvo al menos a 100 pies de distancia.

Sensores geniales para ciencia genial

El sensor de temperatura distribuida es un cable de fibra óptica con un grosor de pasta de cabello de ángel. Al ver cómo la luz se dobla en el cable, Dexheimer puede calcular la temperatura de esa parte de la nube. Esta medida tiene una resolución de 1 metro, y envía un pulso de luz cada 30 segundos. Esto le da a Dexheimer y a los modeladores climáticos un nivel de detalle sin precedentes sobre la temperatura de la atmósfera.

Además del sensor de temperatura, el globo atado lleva sensores especiales de agua líquida superenfriada. El agua líquida superenfriada es agua pura que permanece líquida por debajo de su punto de congelación porque no tiene nada sobre lo que cristalizar. Es importante porque las nubes que contienen mucha agua líquida superenfriada se comportan de manera diferente a las nubes normales, quedándose durante días e incluso actuando como una manta para calentar la superficie de abajo. Una mejor comprensión de este tipo de nubes de fase mixta es importante para obtener modelos climáticos más precisos.

Los sensores son cables vibrantes sobre los que se puede congelar el agua líquida superenfriada. A medida que el hielo se acumula, la vibración se ralentiza, y esto les dice a los investigadores cuánta agua líquida superenfriada está presente en esa parte de la nube. Para los próximos pasos del proyecto, el equipo espera agregar estos sensores de agua líquida superenfriada a un UAS de ala fija y volar el UAS hacia las nubes. Esperan ver cuánto se congela el UAS, determinar cómo mitigar los efectos del engelamiento y eventualmente recopilar datos útiles sobre las condiciones de las nubes con más control espacial del que podría obtener el globo.

Tanto la temperatura de la nube como el contenido de agua líquida superenfriada se pueden comparar entre el UAS y el globo, así como con los datos de los sensores terrestres de medición de radiación atmosférica también en Oliktok Point. Sandia administra el sitio ARM North Slope of Alaska como parte del Centro de Investigación Climática ARM, una instalación nacional para usuarios científicos financiada a través de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía.

"Nuestra capacidad para ejecutar UAS y operaciones con globos atados en el Ártico, y nuestra capacidad para combinar esas mediciones y modelos informáticos de formas innovadoras, nos permite poner realmente en uso las instalaciones de Oliktok para la seguridad nacional y las comunidades científicas, "dijo Lori Parrott, gerente de ciencias atmosféricas en Sandia.

Sandia no es la única institución que utiliza Oliktok Point para probar UAS en condiciones extremas del Ártico; otras instituciones también vuelan sistemas UAS en Oliktok. Por ejemplo, El Centro de Alaska para la Integración de Sistemas de Aeronaves No Tripuladas de la Universidad de Alaska Fairbanks voló sus UAS en Oliktok Point este verano a través de un Acuerdo de Investigación y Desarrollo Cooperativo con Sandia. Tienen una instalación de prueba en Toolik Lake a unas 130 millas al sur, pero el acceso al espacio aéreo restringido que administra Sandia sobre el mar de Beaufort en Oliktok es invaluable, dijo Parrott.

Se están llevando a cabo conversaciones con otros usuarios potenciales en varias agencias federales. Parrott dijo:"El espacio aéreo restringido de 700 millas de largo que administra Sandia para el DOE tiene una importancia estratégica porque puede permitir a los científicos realizar experimentos y ejercicios sobre las aguas del Ártico sin riesgo para las aeronaves pilotadas por humanos. Vuelos para ejercicios de búsqueda y rescate, recopilación de datos sobre el hielo o las condiciones atmosféricas, o tecnología de prueba, de lo contrario sería muy difícil de realizar ".

El proyecto que combina UAS y globos atados fue apoyado por fondos internos de Sandia.