Najnowocześniejsze rejestratory naziemne wybrane do pomiaru przyszłych cichych lotów naddźwiękowych X-59

Na pustyniach południowej Kalifornii, główne kamienie milowe lotnictwa od dawna były naznaczone wyjątkowymi widokami i dźwiękami lotu.

Od przełamania bariery dźwięku przez Chucka Yeagera w 1947 r., do podejścia i lądowania promów kosmicznych w Centrum Badań Lotów im. Armstronga (wówczas Dryden) w Edwards, aż do dnia dzisiejszego, jednym rozpoznawalnym dźwiękiem jest grom dźwiękowy – głośne, czasami zaskakujące zdarzenie, które słyszymy na ziemi, gdy samolot nad głową leci szybciej niż prędkość dźwięku, zwana także prędkością ponaddźwiękową..

NASA od dziesięcioleci kieruje wysiłkami na rzecz badania uderzeń dźwiękowych, których głośność jest uważana za kluczową przeszkodę w tworzeniu przyszłości lądowych, komercyjnych samolotów naddźwiękowych. Ta przyszłość będzie bliższa rzeczywistości, gdy samolot X-59 Quiet SuperSonic Technology (QueSST) wystartuje w 2022 roku, podejmując pierwsze kroki w celu zademonstrowania zdolności do latania z prędkością ponaddźwiękową przy jednoczesnym zmniejszeniu boomu dźwiękowego do znacznie cichszego uderzenia dźwięku.

Podczas gdy NASA będzie latać X-59 nad społecznościami wokół Stanów Zjednoczonych już w 2024 r., aby przeanalizować postrzeganie i akceptację cichego lotu naddźwiękowego przez społeczeństwo, agencja musi najpierw udowodnić, że samolot X jest tak cichy, jak został zaprojektowany.

Aby to zrobić, NASA zmierzy dźwięk uderzeń dźwiękowych na pustyni Mojave za pomocą najnowocześniejszej technologii – najnowocześniejszego systemu nagrywania naziemnego dla najnowocześniejszego samolotu X.

NASA zakontraktowała Crystal Instruments z Santa Clara w Kalifornii, aby dostarczyć wysokiej jakości dźwiękowy boom – a wkrótce będzie cichy dźwięk – system nagrywania, zdolny do dostarczenia danych niezbędnych agencji do zweryfikowania sygnatury akustycznej X-59.

„Będzie to pierwszy raz, kiedy w NASA będziemy mieć jeden system do przeprowadzenia tych badań, który będzie zawierał wiele nowszych technologii” – powiedział Larry Cliatt, główny technolog NASA w fazie walidacji akustycznej misji NASA Low-Boom Flight Demonstration. „Uważam, że to następna generacja boomu dźwiękowego, a wkrótce będą to cichsze systemy nagraniowe”.

NASA wykorzysta system rejestracji naziemnej Crystal Instruments, lub w skrócie CI-GRS, do gromadzenia czasu, kształtu fali i danych spektralnych związanych z falami dźwiękowymi i uderzeniami dźwiękowymi. CI-GRS będzie również oferować NASA możliwość instalowania niestandardowego oprogramowania i algorytmów do wykonywania różnych specjalistycznych operacji na potrzeby analizy uderzeń dźwięku w czasie rzeczywistym.

NASA użyje systemu rejestracji naziemnej Crystal Instruments, w skrócie CI-GRS, do zbierania danych związanych z uderzeniami dźwiękowymi, a w przyszłości cichymi uderzeniami dźwiękowymi X-59. Cechą CI-GRS będzie możliwość instalowania przez NASA niestandardowego oprogramowania i algorytmów dostosowanych do różnych specjalistycznych operacji do analizy uderzeń dźwiękowych w czasie rzeczywistym. (fot. Crystal Instruments)

Dzięki tej technologii NASA będzie mogła wyodrębniać, przeglądać i analizować określone dane z nagrania. Na przykład CI-GRS będzie miał możliwość dostosowania oprogramowania, które może odróżnić uderzenie dźwiękowe o niskiej amplitudzie od X-59 wśród innych dźwięków otoczenia. Oprogramowanie to będzie również w stanie obliczyć szereg różnych typów wskaźników akustycznych, w tym odczuwalny poziom dźwięku, który jest obecnie akceptowaną miarą głośności dla boomu dźwiękowego.

„To, co budujemy, to system akwizycji danych, który będzie wykorzystywał najnowsze osiągnięcia technologiczne, z najnowocześniejszymi możliwościami sprzętowymi i programowymi, aby NASA mogła przechwytywać wysokiej jakości dane o boomie dźwiękowym, których potrzebuje” – powiedział Darren Fraser, wiceprezes Crystal Instruments.

Oczekuje się, że pierwsze dostawy CI-GRS zostaną wdrożone do wstępnych testów terenowych w NASA Armstrong, a później niektóre z nich zostaną rozmieszczone poza bazą sił powietrznych Edwards w postaci zestawu mikrofonów naziemnych na długości 30 mil morskich. Będzie to część następnych rund lotów „Carpet Determination in Entirety Measurements”, zwanych w skrócie CarpetDIEM.

Loty te będą symulować fazę walidacji akustycznej X-59, wykorzystując samolot NASA Armstrong, który będzie latał z prędkością ponaddźwiękową, testując zdolność jednostek do rejestrowania danych o bomie dźwiękowym, zanim uchwycą ciche uderzenie dźwiękowe X-59.

Wnioski wyciągnięte z testów CarpetDIEM ułatwią wszelkie niezbędne aktualizacje i modyfikacje dla ostatecznego projektu CI-GRS, który zostanie następnie wykorzystany w ten sam sposób dla X-59 z aż 70 naziemnymi stacjami rejestrującymi.

Kolejnym wymaganiem, które NASA będzie potrzebować do spełnienia przez CI-GRS, będzie zdolność do zdalnego działania. W poprzednich, podobnych naddźwiękowych badaniach akustycznych, NASA rozmieściła w terenie rejestratory z boomem dźwiękowym i zbierała czujniki pod koniec każdego dnia testowego. Jednak zestaw mikrofonów o długości 30 mil na pustyni Mojave stanowi wyzwanie logistyczne.

„Ten naziemny system nagrywania będzie bardziej wytrzymały i wzmocniony, jeśli chodzi o zastosowanie operacyjne, i tego właśnie oczekujemy, z możliwością wdrażania na kilka dni naraz” – powiedział Cliatt. „Będą one również obejmować komunikację dwukierunkową, dzięki czemu będą mogły być rozmieszczone na dużym obszarze, gdy X-59 przelatuje nad społecznościami, począwszy od 2024 r., więc ostatecznie 175 z nich będzie można kontrolować z jednego zdalnego hosta”.

Kolejne loty CarpetDIEM planowane są na koniec 2021 roku.

„CI-GRS będzie pierwszym w swoim rodzaju, podobnie jak X-59, i myślę, że będzie wiele nowości w nowej erze potencjalnych komercyjnych podróży naddźwiękowych” – powiedział Fraser. „Uważamy, że to przygotuje grunt pod przyszłość i myślę, że właśnie w tym kierunku wszyscy chcą spojrzeć”.