據外媒報導，無論是在飛機起飛的尾流中，還是在看似平靜的空氣中，沒有什麼問題比湍流對飛行更容易造成乾擾。這些“水平龍捲風”不僅會讓空中旅行變得不舒服，還可能帶來危險，而且試圖避開它們也會消耗大量的燃料。美國宇航局（NASA）的研究人員已經開發出了尋找這些區域的技術，通過一些工程上的獨創性，他們可以徹底改變飛行計劃和航空研究。

非典型的麥克風

大氣中的一切都能發出聲音。但就像紅外線由肉眼看不見的頻率組成一樣，有一種音頻類似於次聲(Infrasound)。次聲是頻率低於20Hz的聲音，人耳無法聽到，在0.001到20Hz之間。

飛行時有時會遇到的突發湍流被稱為晴空湍流，之所以如此命名，是因為沒有可見的雲層或大氣特徵來警告這種干擾。看不見的湍流空氣似乎會突然出現，對飛機造成嚴重破壞。雖然視覺上不易察覺，但晴空湍流具有明確的次聲特徵。NASA蘭利研究中心的研究人員Qamar Shams和Allan Zuckerwar意識到，如果空中交通管制員或飛行員能在飛機遇到這些湍流之前就能監聽到它們，就能規劃出一條備用路線。

他們的實驗從2007年開始，但不出所料，最初的測試表明，他們不能隨便抓一個現成的麥克風，就指望它能對次聲起作用。長波頻率往往會被更高頻率的聲音所覆蓋，從而導致干擾。

“我們發現，傳感器會飽和，它們的表現並不好，”Shams說。“我們想，’我們結合了儀器方面的專業知識，為什麼不自己設計一個麥克風呢？’”

Shams和Zuckerwar開始開發能夠高保真地聆聽這些低頻的東西。麥克風使用一個移動的振膜來獲取音頻，聲波引起表面振動。研究人員使用了一個半徑很寬的低張力振膜，並在其後面配上一個大的密封氣室，使麥克風能夠聽到這些傳播距離很遠的超低聲波。次聲麥克風由紐約Depew的PCB Piezotronics公司根據與蘭利的合同製造。傳感器完成後，開始進行測試。當麥克風被放置在蘭利跑道周圍等距離的三角形圖案時，它們能夠接收並定位300多英里外賓夕法尼亞州上空的大氣湍流。

進入藍天

到2017年，Shams和Zuckerwar的技術已經獲得了NASA年度商業發明獎，為國防部進行了地面測試，並在Sandia國家實驗室進行了研究，以驗證其性能，但它還沒有在任何飛機上飛行。特拉華州路易斯的Stratodynamics公司對湍流探測的興趣將很快改變這種狀況。

公司創始人是2016年太空競賽挑戰賽的參與者，該挑戰賽由推進創新中心與美國宇航局合作領導。Space Race是一項全球競賽，向能夠展示各種技術的應用和商業案例的團體提供許可證。Stratodynamics公司參加了多個類別的比賽，包括無人駕駛飛行器（UAV）控制系統。在該公司在無人飛行器競賽中獲得一等獎後，該團隊應邀訪問蘭利，並會見了專利背後的研究人員。

“當我們在那裡的時候，Shams正在倡導次聲技術，”Stratodynamics的業務開發負責人Nick Craine說。

Stratodynamics公司認識到，麥克風系統作為飛行中湍流探測傳感器具有很大的潛力，並尋找機會測試該技術。在從NASA獲得專利授權後，在Shams的協助下，該公司開始在加拿大子公司Stratodynamics Aviation Inc.設計的名為HiDRON的無人平流層滑翔機上實施該傳感器。

Stratodynamics公司已經將他們的氣球發射的HiDRON滑翔機升到了超過10萬英尺的高度，從這裡慢慢地回到地球。在次聲麥克風和風探頭的協助下，無人機在遠處測量其路徑上的湍流強度，並可能檢測到熱柱，以使飛機航行更長時間。更多的工作正在進行中，以設計了解湍流特徵的強度和範圍所需的算法。

最近，初步測試中，該麥克風表現良好。即使有狂風從無人機旁呼嘯而過，該團隊也能將低頻與環境條件隔離開來。Stratodynamics公司將進行更多的飛行測試，以進一步推動該技術的發展。該公司不僅將評估NASA開發的麥克風，還將作為肯塔基大學的一項補充湍流檢測技術的飛行供應商，該技術得到了NASA飛行機會計劃的支持。在這些測試結果出來之前，次聲麥克風將成為Stratodynamics客戶的標準技術選項。

Stratodynamics航空公司目前正與加拿大航天局和安大略省滑鐵盧大學合作開發新版滑翔機。HiDRON亞軌道空間飛機將擁有更大的有效載荷能力，並將專門為在平流層的最佳性能而設計。

該團隊希望次聲麥克風提供的數據能夠在探測和預測湍流、空中交通管制決策和航空路線規劃中變得無處不在。通過使飛行的各個環節更容易避開湍流，在湍流空氣周圍航行時浪費的燃料就會減少，釋放到大氣中的二氧化碳也會減少。

“隨著次聲探測不斷證明其作為一種湍流減緩技術的價值，其永遠改變航空業格局的潛力隨著每一次飛行而變得越來越強。”Craine說。

NASA向私營部門轉讓技術的歷史由來已久。該機構的Spinoff出版物介紹了NASA的技術，這些技術已經轉化為商業產品和服務，展示了美國對其太空計劃的投資所帶來的更廣泛的利益。Spinoff是美國航天局空間技術任務局技術轉讓方案的一份出版物。