最新研发的声波技术将推进火星上的风力探测能力

火星的环境恶劣是出了名的，火星一天中的温度起伏很大，平均温度为零下 80华氏度。火星表面大部分被红色尘埃覆盖，地形以陨石坑、峡谷和火山为主。火星的大气极其稀薄，密度只有地球的 1%。

因此，在这颗红色星球上测量风速是一项重大挑战。火星登陆器已经能够捕捉到一些测量数据--有些是测量风吹过受热物质时的冷却速度，有些则是使用照相机拍摄风吹过的"痕迹"。这两种风速测量方法都为了解火星的气候和大气层提供了宝贵的资料。

但天文工具箱仍有改进的余地，尤其是在未来几年将宇航员送上火星的计划即将展开之际。

2019年，作者罗伯特-怀特（左）、伊恩-尼森（中）和唐-班菲尔德（右）在丹麦奥胡斯大学的火星模拟风洞中，准备测试火星声波风速仪的早期原型，中间可见。这两个原型分别由塔夫茨大学（左）和VN仪器公司（右）制造。资料来源：怀特、尼森和班菲尔德

在 AIP 出版社代表美国声学学会出版的《美国科学院院刊》上，来自加拿大和美国的研究人员展示了一种新型声波风速测量系统，该系统采用一对窄带压电换能器来测量声音脉冲在火星空气中的传播时间。这项研究考虑到了包括换能器衍射效应和风向在内的各种变量。

作者罗伯特-怀特（Robert White）说："通过测量声音向前和向后的传播时间差，我们可以精确地测量三维风力。这种方法有两大优势，一是速度快，二是低速时效果好。"

研究人员希望能够测量每秒多达 100 次的风速，风速可低至 1 厘米/秒，这与以往每秒只能记录约 1 次风速、难以跟踪 50 厘米/秒以下风速的方法形成了鲜明对比。

怀特说："通过快速而精确的测量，我们希望不仅能够测量平均风速，还能测量湍流和波动风速，这对于了解大气变量非常重要，而大气变量可能会给小型飞行器带来问题，比如最近在火星上飞行的Ingenuity直升机。"

研究人员在火星主要大气气体二氧化碳的宽温度范围和窄压力范围内对超声波传感器和感应器进行了鉴定。他们的研究结果表明，温度和压力的变化只会导致额定误差率。

怀特说："我们正在开发的系统将比以前使用的任何系统快 10 倍，准确性高 10 倍。我们希望，在考虑未来的火星任务时，它将产生更有价值的数据，并提供有关火星气候的有用信息，或许还能对更好地了解我们自己星球的气候产生影响"。

编译自/ScitechDaily