Вороже середовище Марса створює значні проблеми для вимірювання швидкості вітру, але нові досягнення дозволяють збирати більш точні дані. Дослідники розробили нову звукову анемометричну систему з використанням п’єзоелектричних перетворювачів, яка дозволяє швидше й точніше вимірювати марсіанські вітри.
Ця технологія, яка може вимірювати до 100 швидкості вітру в секунду, є значним покращенням у порівнянні з попередніми методами. Потенціал збору більш детальних даних може мати вирішальне значення для майбутніх місій на Марс, включаючи роботу невеликих транспортних засобів, таких як гелікоптер Ingenuity.
Проблеми з вимірюванням швидкості вітру на Марсі
Марс має сумнозвісне негостинне середовище з температурою, яка різко коливається протягом марсіанського дня та становить у середньому мінус 80 градусів за Фаренгейтом . Його поверхня здебільшого вкрита червоним пилом, а місцевість представлена кратерами, каньйонами та вулканами. А його атмосфера надзвичайно тонка, її щільність становить лише близько 1% земної.
Зайве говорити, що виміряти швидкість вітру на Червоній планеті складно. Марсіанські посадкові апарати змогли зафіксувати вимірювання — одні вимірювали швидкість охолодження нагрітих матеріалів, коли над ними дмуть вітри, інші використовували камери для зображення «сигналів», які дмуть вітром. Обидва анемометричні методи дали цінну інформацію про клімат і атмосферу планети. Але в астрономічному інструментарії ще є місце для вдосконалення, особливо враховуючи плани відправки астронавтів на Марс, які розгортаються в найближчі роки.
Інновації в технології вимірювання вітру
У JASA , опублікованому від імені Акустичного товариства Америки видавництвом AIP, дослідники з Канади та США продемонстрували нову звукову анемометричну систему, яка містить пару вузькосмугових п’єзоелектричних перетворювачів для вимірювання часу проходження звукових імпульсів у марсіанському повітрі. Дослідження враховувало змінні, включаючи ефекти дифракції перетворювача та напрям вітру.
«Вимірюючи різницю в часі подорожі звуку вперед і назад, ми можемо точно виміряти вітер у трьох вимірах», — сказав автор Роберт Уайт. «Дві основні переваги цього методу полягають у тому, що він швидкий і добре працює на низьких швидкостях».
Наслідки для майбутніх місій на Марс
Дослідники сподіваються, що зможуть виміряти до 100 швидкостей вітру в секунду і при швидкості всього 1 см/с, що є надзвичайним контрастом з попередніми методами, які могли реєструвати лише близько 1 швидкості вітру в секунду і важко відстежували швидкість нижче 50 см. /с.
«Завдяки швидким і точним вимірюванням ми сподіваємося виміряти не тільки середні вітри, але й турбулентність і коливання вітрів», — сказав Вайт. «Це важливо для розуміння атмосферних змінних, які можуть бути проблематичними для невеликих транспортних засобів, таких як гелікоптер Ingenuity, який нещодавно літав на Марсі».
Точність і швидкість нової системи
Дослідники охарактеризували ультразвукові перетворювачі та датчики в широкому діапазоні температур і вузькому діапазоні тисків вуглекислого газу, основного атмосферного газу на Марсі. За допомогою свого вибору вони показали, що лише номінальна частота помилок буде результатом зміни температури та тиску.
Погляд у майбутнє на дослідження Марса
«Система, яку ми розробляємо, буде в 10 разів швидшою і в 10 разів точнішою за будь-які раніше використовувані системи», — сказав Вайт. «Ми сподіваємося, що це дасть більше цінних даних у міру розгляду майбутніх місій на Марс і надасть корисну інформацію про марсіанський клімат, можливо, також з наслідками для кращого розуміння клімату нашої планети».