.webp)
Метеоры регулярно пролетают сквозь атмосферу Земли, вызывая потенциально разрушительные последствия. Ученые сообщают, что использовали километры оптоволокна для анализа ударных волн, исходящих от космического корабля НАСА, возвращающегося на Землю. Это позволяет предположить, что существующие телекоммуникационные оптоволоконные сети могут помочь пролить свет на естественные космические столкновения, которые постоянно происходят на нашей планете.
Ежегодно на Землю падает около 100 000 тонн метеоров с гиперзвуковой скоростью — до 262 000 километров в час. Учёные хотели бы более подробно проанализировать траектории метеоров, чтобы лучше понять, какую опасность они могут представлять, но непредсказуемость метеоров, как правило, затрудняет эту задачу.
Снимок НАСА, на котором запечатлен метеороид, горящий в атмосфере.
Волоконно-оптические кабели предлагают решения
Шанс решить эту проблему появился с возвращением миссии NASA «Происхождение, спектральная интерпретация, идентификация ресурсов и безопасность — исследователь реголита» (OSIRIS-REx). Запущенный в 2016 году, OSIRIS-REx приземлился на астероиде Бенну в 2020 году и загрузил собранные образцы в капсулу, которая благополучно вернулась на Землю на испытательном и учебном полигоне Министерства обороны США в штате Юта 24 сентября 2023 года. Известные время и траектория этого возвращения дали учёным редкую возможность развернуть ряды датчиков для анализа капсулы во время её спуска.
В новом исследовании исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико и Университета штата Колорадо в Форт-Коллинзе использовали оптоволоконные кабели для обнаружения акустических волн от OSIRIS-REx, пролетающего по небу. Они применили стратегию, известную как распределённое акустическое зондирование, которая, как показали предыдущие исследования, позволяет обнаруживать сейсмические волны от землетрясений и лунотрясений.
Что такое распределенное акустическое зондирование?
Распределённое акустическое зондирование передаёт лазерные световые импульсы по оптическим волокнам и анализирует интенсивность сигналов, отражённых от дефектов в волокнах. Небольшое растяжение или сжатие волокна под воздействием акустических волн может изменить эти отражённые сигналы.
За последнее десятилетие достижения в области распределённых акустических датчиков вывели их за рамки узкоспециализированного применения в скважинах и на другие сферы применения. «Распределённые акустические датчики обычно используются для обнаружения вибраций, распространяющихся в твёрдых телах, таких как земля, или в жидкостях, например, в океане, но реже применяются для обнаружения акустических волн, распространяющихся в воздухе», — говорит Карли Донахью, физик из Лос-Аламоса.
Перед возвращением OSIRIS-REx учёные проложили 12 километров оптоволоконных кабелей по грунтовым дорогам между двумя площадками недалеко от города Эврика, штат Невада. Они также использовали шесть пар сейсмометров и инфразвуковых датчиков для проверки точности и надёжности распределённых акустических датчиков.
Исследователи с трудом собирали сеть из оптоволоконных кабелей, чтобы попытаться обнаружить возвращение космического аппарата OSIRIS-REx на Землю в 2023 году. Фотография сделана Элизой Макги.
«Поскольку мы узнали о такой возможности только за пять месяцев до прибытия, нам пришлось поторопиться, чтобы собрать команду, разработать план и собрать всё необходимое оборудование», — говорит Донахью. «Эврика, штат Невада, известна как „самый дружелюбный город на самой одинокой дороге Америки“ и находится далеко не рядом с крупным городом. Поэтому нам нужно было быть готовыми привезти всё необходимое оборудование самостоятельно».
Предыдущие исследования показали, что заглубление оптического волокна снижает шум, который могут испытывать распределённые акустические датчики из-за ветра. Однако, несмотря на то, что большая часть оптоволокна была заказана за несколько месяцев, оно прибыло всего за несколько дней до начала эксперимента. Из-за ограниченного времени «заглубить его было невозможно, поэтому мы разложили его на поверхности», — говорит Донахью.
Испытания датчиков «обнаружили множество сигналов от движущихся транспортных средств, самолётов и людей, что вызвало опасения, что эти фоновые сигналы могут полностью перекрыть сигналы от космической капсулы», — говорит Донахью. Чтобы смягчить это, учёные скоординировали свои действия с полицией штата, чтобы временно остановить движение на время входа в атмосферу.
«Раньше никто не пытался зарегистрировать вход в атмосферу космической капсулы с помощью оптоволоконных датчиков, таких как распределённые акустические датчики, поэтому мы невероятно переживали, что отправимся в Неваду из Нью-Мексико и не сможем ничего показать», — говорит Донахью. «Мы были в восторге от того, что не только зафиксировали вход в атмосферу в обоих местах, но и собрали обширный набор данных, который дал нам представление о том, как развивался звуковой удар по мере его распространения». Сейсмометры и инфразвуковые датчики зафиксировали схожие показания.
Донахью предполагает, что будущие распределенные акустические зондирующие кампании по анализу объектов, входящих в атмосферу Земли, могут использовать уже существующие телекоммуникационные волокна или волоконную оптику, специально разработанную для измерения звуковых ударов или сейсмических волн.
(Источник: IEEE Spectrum, отредактировано и перепечатано Fibermart)
Еще ни один комментарий не опубликован.