Применяя бортовой GPS и сенсоры мобильного телефона, любой дрейфующий воздушный шар делается частью « роя » роботизированных транспортных средств, каковые смогут иногда информировать через спутниковый канал связи о собственном расположении, местной температуре, давлении, скорости и влажности ветра.Эта новая, относительно недорогая стратегия зондирования обещает обеспечить такие нужный отбор проб внешней среды на месте в течение более долгого периода времени и со многих точек зрения в пределах развивающихся ураганов.
Это может существенно улучшить упрочнения по оценке и отслеживанию и прогнозированию интенсивности будущих ураганов в настоящем времени.Текущие двух-пятидневные прогнозы многих ураганов существенно отличаются друг от друга и от истины. К примеру, в то время, когда ураган Мэтью обрушился на восточное побережье в первых числах Октября 2016 года, разные информационные агентства сказали «прогнозы» наподобие «Ураган Мэтью, возможно, обрушится на берег где-то между Бостоном и Чарльстоном, так что все подготавливайтесь».
«Подобное управление совсем неадекватно для подготовки к аварийному реагированию и эвакуации», — сообщил Томас Бьюли, доктор наук инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший создатель статьи.Он сказал, что улучшенные прогнозы, которым в значительной мере содействует улучшенный отбор проб внешней среды на месте, имеют серьёзное значение для спасения жизней и защиты собственности от таких экстремальных экологических угроз.
Главные неприятности в этом направлении включают создание маленьких, прочных аэростатов с регулируемой плавучестью, каковые не будут накапливать лед; действенная координация перемещения этих воздушных шаров для удержания их в урагане на высоте от 0 до 8 километров (около 5 миль); и дабы они были прекрасно распределены по динамически значимым регионам в пределах урагана, до семь дней за раз.Бьюли и научный сотрудник Калифорнийского университета в Сан-Диего Джанлука Менегелло детально поведали о разных качествах собственной работы по данной проблеме в октябрьском выпуске издания Physical Review Fluids за 2016 год, основываясь на работе, которую они разместили в трудах восьмого Интернационального симпозиума по стратифицированным потокам (ISSF). в Сан-Диего (1 сентября 2016 г.).
Они собираются расширить собственную работу на грядущей космической конференции IEEE в Биг Скай, Монт. (6 марта 2017 г.).Как трудится модель
Модель широкомасштабной координации скоплений воздушных шаров в ураганов, как обрисовано в статье Physical Review Fluids, применяет умную стратегию для моделирования прогнозирующего контроля за счет применения передового кода погодных прогнозирования и исследований, созданного Национальным центром атмосферных изучений. Национальное управление океанических и атмосферных изучений и Метеорологическое агентство ВВС Соеденненых Штатов (AFWA).«Главная мысль отечественной широкомасштабной стратегии координации воздушных шаров, — сообщил Бьюли, — пребывает в том, дабы« плыть по течению », руководя маленькими вертикальными перемещениями воздушных шаров и применяя сильную вертикальную стратификацию горизонтальных ветров в урагана для распределения воздушные шары желаемым образом по горизонтали ".Среднемасштабные и мелкомасштабные флуктуации сильного турбулентного потока урагана, каковые не разрешаются кодами прогнозирования, такими как WRF, очень значительны.
Стратегия исследователей? «Мы мелкомасштабные колебания потока», — сообщил Менегелло. «Мелкомасштабные флуктуации поля потока вызывают что-то наподобие случайного блуждания в движении шара. Мы моделируем эти колебания статистически и реагируем поправками лишь в том случае, если шар отклоняется через чур на большом растоянии от собственного желаемого расположения в пласте».Предыстория проектаКак резюмируется в их документе ISSF, стратегия исследователей для применения таких поправок, названную Трехуровневый контроль (и приятно сокращенно TLC), использует конечный сдвиг к вертикальному положению смещенного воздушного шара на маленький период времени, опять применяя сильные вертикальное расслоение горизонтальных ветров для возврата шара в его номинальное желаемое положение.
Третий ответственный компонент проекта, коротко изложенный в докладе исследователей IEEE, — это конструкция маленьких (около трех килограмм либо 6,5 фунтов), надежных, энергоэффективных аэростатов с контролируемой плавучестью, каковые смогут выжить без большого скопления льда. , в холодной, мокрой, турбулентной, электрически активной среде урагана. Воздушные шары смогут действенно трудиться до семь дней при заряде аккумулятора, не намного превышающем заряд горстки iPhone. «Технологии сотового телефона, как для датчиков внешней среды, так и для микропроцессоров и маломощных радиоприёмников, в сочетании с новой разработкой космических аэростатов, созданной Thin Red Line Aerospace, находятся на пороге того, дабы сделать эту амбициозную миссию роботизированного зондирования выполнимой», — сообщил он.
Бьюли.Используемая теория управленияКроме робототехники, команда Бьюли специализируется в области теории управления, которая есть серьёзной «скрытой разработкой» во многих инженерных приложениях, таких как круиз-системы и контроль адаптивной подвески в машинах, совокупности увеличения устойчивости в высокопроизводительных самолетах и ??адаптивный шум. отмена в электросвязи. Теория управления разрешила ракетам SpaceX приземлиться на баржи в море.
Не смотря на то, что задействованные математические и численные способы сложны, фундаментальный принцип несложен: датчики измеряют физическую среду, после этого компьютер применяет эти измерения в настоящем времени для координации соответствующих реакций совокупности (в этом случае плавучести воздушных шаров). ) с целью достижения желаемого результата.Бьюли, Менегелло и его коллеги на данный момент трудятся над тестированием воздушных шаров и методов, созданных в этом изучении, в реальности.
С роем сенсорных шаров и особой совокупностью TLC, выходящей из их лаборатории, у охранников и пожарных скоро может показаться критически серьёзная дополнительная пара дней, дабы убрать людей с дороги и подготовить экстренные меры, в то время, когда следующая Катрина либо Сэнди угрожают.