黑色雨燕技術(shù)公司和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室開展無人機(jī)火山探測研究

卡洛琳·里斯

2月5日，黑色雨燕技術(shù)公司（Black Swift Technologies）已宣布與美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室成功合作，通過無人機(jī)系統(tǒng)飛越一座活火山附近的森林冠層，捕獲空氣中的二氧化碳含量測量。通過測量和監(jiān)測從活火山通風(fēng)口和裂縫噴出的二氧化碳等氣體，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室可以更好地了解火山活動(dòng)及其影響，提高火山噴發(fā)的應(yīng)急規(guī)劃和預(yù)警能力。

飛行試驗(yàn)在哥斯達(dá)黎加進(jìn)行，由哥斯達(dá)黎加大學(xué)的喬治·安德烈斯·迪亞茲博士及其同事協(xié)助，使用黑色雨燕技術(shù)公司最先進(jìn)的小型無人機(jī)系統(tǒng)“黑色雨燕”S2（Black Swift S2），配備用于測量火山噴出的二氧化碳、水蒸氣的傳感器。未來的飛行試驗(yàn)，“黑色雨燕”S2將利用傳感器、濁度計(jì)能夠測量甲烷、硫化氫、二氧化硫，評(píng)估火山顆粒的大小和分布，利用大氣探針分析壓力、溫度、濕度和三維風(fēng)場。

2月5日，黑色雨燕技術(shù)公司（Black Swift Technologies）已宣布與美國宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室成功合作，通過無人機(jī)系統(tǒng)飛越一座活火山附近的森林冠層，捕獲空氣中的二氧化碳含量測量。通過測量和監(jiān)測從活火山通風(fēng)口和裂縫噴出的二氧化碳等氣體，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室可以更好地了解火山活動(dòng)及其影響，提高火山噴發(fā)的應(yīng)急規(guī)劃和預(yù)警能力。

飛行試驗(yàn)在哥斯達(dá)黎加進(jìn)行，由哥斯達(dá)黎加大學(xué)的喬治·安德烈斯·迪亞茲博士及其同事協(xié)助，使用黑色雨燕技術(shù)公司最先進(jìn)的小型無人機(jī)系統(tǒng)“黑色雨燕”S2（Black Swift S2），配備用于測量火山噴出的二氧化碳、水蒸氣的傳感器。未來的飛行試驗(yàn)，“黑色雨燕”S2將利用傳感器、濁度計(jì)能夠測量甲烷、硫化氫、二氧化硫，評(píng)估火山顆粒的大小和分布，利用大氣探針分析壓力、溫度、濕度和三維風(fēng)場。

而地面變形和被動(dòng)二氧化碳由衛(wèi)星測量繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。這些科學(xué)飛行試驗(yàn)已經(jīng)證明，一架專用的無人機(jī)能夠更精確地測量火山通風(fēng)口和裂縫周圍以及被樹冠遮擋的通風(fēng)口和裂縫的氣體化合物，進(jìn)行火山生命周期量化分析。

黑色雨燕技術(shù)公司首席執(zhí)行官杰克埃爾斯頓博士說，“與地面人員或昂貴的載人飛機(jī)相比，無人機(jī)可以有效地到達(dá)所需要的位置。我們目標(biāo)是在火山周圍等具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境部署小型無人機(jī)，沿森林冠層的等高線采集氣體樣品的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。而衛(wèi)星觀測只能測量氣體樣品的平均值?！?/p>

了解、分析火山氣體是研究火山爆發(fā)的原因和如何爆發(fā)至關(guān)重要的途徑。研究和證據(jù)表明，二氧化碳的排放量可以預(yù)測火山爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)樗鼈兪腔鹕絻?nèi)部發(fā)生情況的評(píng)價(jià)指標(biāo)。如果從火山口、裂縫、噴氣孔等釋放到大氣中的氣體濃度提高，則表明火車爆發(fā)的概率增大。通過研究氣體混合物的組成和監(jiān)測其組成的變化，科學(xué)家們就能更好地預(yù)測火山爆發(fā)的可能性。

世界各地不斷發(fā)生火山爆發(fā)。據(jù)加州大學(xué)洛杉磯分校博士和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)成員弗洛里安· 施宛德納說，“世界大約有1500座潛在的活火山，火山大爆發(fā)每年發(fā)生50～60次，造成近十億人的重大健康和財(cái)產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn)，以及包括氣候變化和航空事故等造成的影響。在2018年1月下旬，菲律賓馬榮火山開始噴發(fā)前，有超過70000人被安全疏散。發(fā)出撤離重要通知的及時(shí)性是火山灰咨詢中心（VAAC）和地方當(dāng)局對(duì)火山觀測和前兆檢測、監(jiān)測診斷的結(jié)果。二氧化碳排放量的增加是火山正在復(fù)活、可能爆發(fā)的早期指標(biāo)之一。但是，尤其是在熱帶地區(qū)，把儀器安放在在這么多火山上是一件非常困難的事?！?/p>

美國宇航局/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室使用小型無人機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有針對(duì)性的現(xiàn)場觀測，飛行到以前無法進(jìn)入的地區(qū)，通過量化火山的生命周期，對(duì)火山進(jìn)行科學(xué)監(jiān)測，為火山活動(dòng)提供新的見解。

利用黑色雨燕技術(shù)公司的專有的雨燕核飛行管理系統(tǒng)（SwiftCore Flight Management System），美國宇航局/噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家可以在幾分鐘內(nèi)規(guī)劃“黑雨燕”S2區(qū)域飛行，然后開始收集數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)分析和決策。雨燕核飛行管理系統(tǒng)的高性能自動(dòng)駕駛功能使得科學(xué)家團(tuán)隊(duì)能夠在自主高度可變地形跟隨（AGL）和接近恒定高度（MSL）下使用黑雨燕”S2。此外，黑雨燕”S2任務(wù)載荷艙的模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了飛行部署之間的快速周轉(zhuǎn)，使科學(xué)家能夠快速地調(diào)整或校準(zhǔn)傳感器載荷，或替換由二氧化硫氣體濃度等導(dǎo)致性能退化的零部件。

憑借其直觀的界面，飛行計(jì)劃很容易完成。任務(wù)監(jiān)控和成像都是在黑色雨燕技術(shù)公司裝載有SwiftTab軟件的手持式Android平板電腦中處理。采用基于手勢(shì)的控制方式，用戶能夠放心地在沒有經(jīng)過多學(xué)時(shí)培訓(xùn)情況下部署這種小型無人機(jī)以收集數(shù)據(jù)。

杰克·埃爾斯頓博士說，“小型無人機(jī)已經(jīng)使得我們以往經(jīng)常認(rèn)為不可能的觀察世界的方式變成了可能，隨著技術(shù)的發(fā)展，自主性的提高將使得小型無人機(jī)的操作更加簡單、安全，便于小型無人機(jī)更廣泛地用于各種科學(xué)研究?！?/p>

（編譯：王曉麗）