MarsWrogie środowisko stwarza poważne wyzwania w zakresie pomiaru prędkości wiatru, ale nowe osiągnięcia umożliwiają gromadzenie dokładniejszych danych.
Naukowcy opracowali nowatorski dźwiękowy system anemometryczny wykorzystujący przetworniki piezoelektryczne, umożliwiający szybsze i dokładniejsze pomiary marsjańskich wiatrów. Technologia ta, umożliwiająca pomiar prędkości wiatru do 100 na sekundę, stanowi znaczny postęp w porównaniu z poprzednimi metodami. Potencjał gromadzenia bardziej szczegółowych danych może mieć kluczowe znaczenie dla przyszłych misji na Marsa, w tym dla obsługi małych pojazdów, takich jak helikopter Ingenuity.
Wyzwania związane z pomiarem prędkości wiatru na Marsie
Mars ma notorycznie niegościnne środowisko, a temperatury zmieniają się dramatycznie w ciągu marsjańskiego dnia, a średnia temperatura wynosi minus 80 stopni. Fahrenheita. Jego powierzchnię pokrywa głównie czerwony pył, a teren charakteryzują kratery, kaniony i wulkany. Jej atmosfera jest niezwykle rzadka i stanowi jedynie około 1% gęstości Ziemi.
Nie trzeba dodawać, że pomiar prędkości wiatru na czerwonej planecie jest wyzwaniem. Lądowniki marsjańskie były w stanie wykonywać pomiary – niektóre mierzą szybkość chłodzenia nagrzanych materiałów pod wpływem wiatru, inne wykorzystują kamery do rejestrowania „wskaźników” wiejących na wietrze. Obie metody anemometryczne dostarczyły cennych informacji na temat klimatu i atmosfery planety.
Jednak wciąż jest miejsce na ulepszenia w zakresie narzędzi astronomicznych, zwłaszcza że w nadchodzących latach pojawią się plany wysłania astronautów na Marsa.
Innowacje w technologii pomiaru wiatru
W JASAopublikowanej na zlecenie Acoustical Society of America przez AIP Publishing, badacze z Kanady i USA zademonstrowali nowatorski dźwiękowy system anemometryczny składający się z pary wąskopasmowych przetworników piezoelektrycznych do pomiaru czasu podróży impulsów dźwiękowych przez marsjańskie powietrze. W badaniu uwzględniono zmienne, w tym efekty dyfrakcyjne przetwornika i kierunek wiatru.
„Mierząc różnice w czasie podróży dźwięku zarówno do przodu, jak i do tyłu, możemy dokładnie zmierzyć wiatr w trzech wymiarach” – powiedział autor Robert White. „Dwie główne zalety tej metody to to, że jest szybka i działa dobrze przy niskich prędkościach”.
Konsekwencje dla przyszłych misji na Marsa
Naukowcy mają nadzieję, że będą w stanie zmierzyć do 100 prędkości wiatru na sekundę i przy prędkościach tak niskich jak 1 cm/s, co stanowi niezwykły kontrast w stosunku do poprzednich metod, które mogły rejestrować tylko około 1 prędkość wiatru na sekundę i miały trudności ze śledzeniem prędkości poniżej 50 cm /S.
„Mamy nadzieję, że dzięki szybkim i dokładnym pomiarom będziemy w stanie zmierzyć nie tylko średnie wiatry, ale także turbulencje i zmienne wiatry” – powiedział White. „Jest to ważne dla zrozumienia zmiennych atmosferycznych, które mogą być problematyczne dla małych pojazdów, takich jak helikopter Ingenuity, który niedawno leciał na Marsa”.
Dokładność i szybkość nowego systemu
Naukowcy scharakteryzowali przetworniki i czujniki ultradźwiękowe w szerokim zakresie temperatur i wąskim zakresie ciśnień w dwutlenku węgla, głównym gazie atmosferycznym na Marsie. Dokonując wyboru, wykazali, że ze zmian temperatury i ciśnienia wynikają jedynie nominalne poziomy błędów.
Patrząc w przyszłość na przyszłą eksplorację Marsa
„System, który opracowujemy, będzie 10 razy szybszy i 10 razy dokładniejszy niż jakikolwiek inny system stosowany wcześniej” – powiedział White. „Mamy nadzieję, że w miarę rozważań nad przyszłymi misjami na Marsa dostarczy cenniejszych danych i dostarczy przydatnych informacji na temat marsjańskiego klimatu, być może także mających wpływ na lepsze zrozumienie klimatu naszej własnej planety”.
Odniesienie: „Modelowanie i charakterystyka przetworników ultradźwiękowych sprzężonych z gazem przy niskich ciśnieniach i temperaturach oraz implikacje dla anemometrii dźwiękowej na Marsie”: Robert D. White, Rishabh Chaudhary, Zijia Zhao, Luisa Chiesa, Ian Neeson i Don Banfield, 13 sierpnia 2024 r., Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Akustycznego (JASA).
DOI: 10.1121/10.0028008
