Мікрофони в космосі: чому вчені хочуть слухати чужі світи

Використання крихітних мікрофонів на марсоході NASA Perseverance виявилося неймовірно корисним як для інженерів, так і для вчених. Датчики можуть розпізнавати пориви вітру і навіть чути звуки стаккато, створені лазерними імпульсами, створеними інструментами марсохода.

Подібним чином ці мікрофони вловлюють закручені лопаті гелікоптера Ingenuity Mars, як і ритм накачування експерименту з використання ресурсів Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE), експерименту зі створення кисню на борту Perseverance.

Враховуючи цінний науковий внесок, який ці прилади зробили на борту Perseverance, коли він рухається в межах кратера Джезеро, настав час збільшити гучність мікрофонів для екстрапланетних досліджень.

Міжнародні зусилля 

Тімоті Лейтон — професор ультразвуку та підводної акустики в британському Саутгемптонському університеті в Англії. Він продовжує підтримувати міжнародні зусилля щодо встановлення акустичних датчиків на зондах, які прямують до Марса та інших космічних напрямків.

«Робота виходить за рамки простого чуття звуків», — сказав Лейтон Space.com, оскільки їх можна проаналізувати, щоб розповісти дослідникам про вітер, температуру, хімію та турбулентність на Марсі. «Ви можете налаштувати величезну кількість інформації, слухаючи звуки», — сказав Лейтон.

Лейтон був зосереджений на підвищенні громадського інтересу, щоб гарантувати, що політики докладуть зусиль, щоб розмістити мікрофони в інших світах.  

Пакет програм 

З цією метою Лейтон поставив пристрій для акустичного моделювання в місцевий планетарій для використання в живих шоу, спрямованих на залучення та надихання дітей до науки та техніки. Пакет програмного забезпечення відтворює аудіосимуляції, які оцінюють звуки, створювані природними явищами — звуки грому, вітру та кріовулканів — для супроводу візуальних презентацій і шоу планетарію про дослідження Венери, Марса та найбільшого супутника Сатурна Титана. 

Пакет програмного забезпечення також може змінювати мову доповідача або члена аудиторії, щоб імітувати їхні голоси так, як вони звучали б у будь-якому позаземному світі, про який йдеться.

«Вправи також дозволили пояснити науку та техніку, що стоять за створенням звуків», — сказав Лейтон. «Однак справді серйозні прориви — це наука та інженерія Perseverance, — сказав він, — і порівняно з цим мій внесок — це дрібниця, я просто працюю, щоб зацікавити людей». 

Чутний діапазон 

Після посадки в лютому 2021 року марсохід NASA Mars Perseverance став першою місією на Червону планету, яка змогла повернути акустичні дані з поверхні в чутному діапазоні.

Робот на колесах оснащений двома мікрофонами: мікрофоном SuperCam, розташованим на верхній частині щогли ровера, що обертається, і мікрофоном для входу, спуску та посадки, закріпленим на корпусі ровера.

Мікрофон SuperCam записав шум вітру та турбулентності та різні операції обладнання. Це також зробило можливим провести аналіз на місці того, як звукові хвилі поводяться в тонкій атмосфері Марса з домінуванням вуглекислого газу. 

Акустичні сигнатури  

Записані звуки на Марсі походять із трьох основних джерел: атмосфера (створена турбулентністю та вітром), ударні хвилі, створювані інструментом спектроскопії лазерного пробою (LIBS) на SuperCam, і апаратно-індуковані штучні звуки, такі як двигуни на марсоході, що обертає колеса.

Наприклад, за словами Майкла Хехта з обсерваторії Хейстек Массачусетського технологічного інституту, MOXIE чути майже під час кожного запуску мікрофона SuperCam. 

«Він знаходиться у верхній частині щогли й навмисно ізольований від тіла, щоб звук йшов у повітрі», — сказав Гехт Space.com.

Ще один штучний звук, створений апаратним забезпеченням, виходить від високошвидкісних обертових лопатей гелікоптера Ingenuity. Кілька польотів Ingenuity були досить близько, щоб мікрофон SuperCam зафіксував їхні акустичні сигнатури. 

Плейлист Perseverance 

Тепер існує «список відтворення Perseverance», який містить години марсіанських звуків, повідомили дослідники Ральф Лоренц з Лабораторії прикладної фізики Університету Джонса Гопкінса та Баптист Чід з групи дослідження космосу та планет Національної лабораторії Лос-Аламоса.

На нещодавній зустрічі Акустичного товариства Америки дослідники повідомили, що найпомітніший звук виходить від польотів вертольота Ingenuity.

У відповідній статті Лоренц сказав, що дані, зібрані вертольотом, мають вирішальне значення для розуміння акустичного середовища Марса. Крім того, ці акустичні вимірювання є корисним діагностичним інструментом для оцінки характеристик польоту роботизованого вертольота, що цілком може бути доречним для підтримки майбутніх операцій із повернення зразків на Марс.

Лоренц і його колеги також відзначають, що місія вертольота NASA Dragonfly до крижаного супутника Сатурна Титану, яка зараз розробляється, може мати один або більше мікрофонів, які можуть вимірювати роботу ротора/двигуна і, можливо, також виявляти шум вітру чи інші звуки навколишнього середовища.

Сигнали тиску 

Щоб планувати місії з мікрофонами або іншими акустичними датчиками для інших світів і правильно проектувати ці інструменти, Лейтон сказав, що корисно передбачити природу сигналів, які вони можуть виявити. Такі прогнози можуть, наприклад, визначити на ранній стадії, що запланована система з одним мікрофоном повинна бути замінена системою з трьох мікрофонів, сказав він. Джерело