上周，桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)的研究人员首次将一个系绳气球和一个无人驾驶航空系统(俗称无人机)结合在一起，以比以往任何时候都更好的位置控制来获得北极的大气温度。除了提供更精确的天气数据和气候模型在美国，能够在北极有效运行UASs对国家安全非常重要。
Sandia机器人经理Jon Salton表示:“在北极偏远、恶劣的环境中使用UASs将为加强技术提供机会，使其在健壮性和可靠性方面可以直接转化为国家安全的需要。”“最终，整合北极研究所需的专业操作和传感需求，将转化为各种各样的国家安全需求。”
大气温度信息对于预测天气、监测恶劣天气和改进气候模型至关重要。不像拴着的气球气象气球在美国，UASs不需要氦气这种不可再生资源，而且起飞前准备较少。因此，它们可以从更偏远的地点发射。桑迪亚的大气科学家达里·德克斯海默说，大多数机场已经每天收集两次大气温度资料，但改用配备分布式温度传感器的UASs会更好，因为它们可以重复使用，而且可以更频繁地飞行。
气球可以飞行数小时，无人机可以飞到精确的位置
自2015年以来，德克斯海默经常在桑迪亚的专用北极的领空在阿拉斯加普拉德霍湾最北端的奥利克托克岬。这些13英尺高的气球携带分布式温度传感器，收集北极大气温度剖面，或地面上不同高度的空气温度，以及其他大气传感器。本月早些时候的测试是桑迪亚第一次驾驶八翼直升机在奥利克托克点上空飞行。
“无人机和气球是相辅相成的，因为无人机的飞行时间更短，但它的空间多样性更大。拴着的气球可以在空中停留很长时间，提供大量数据，但不容易移动。”气球被风吹到系绳的极限，但无人机可以被引导到精确的GPS坐标。
今年初夏，德克斯海默和戴安·卡洛领导的无人机飞行团队在桑迪亚测试了联合无人机气球装置。他们克服了一系列的技术挑战，包括找出如何最好地固定和拉出4个足球场长的分布式温度传感器电缆，同时确保它不会缠绕在无人机的转子上。
他们还同时解决了操作气球和系统的后勤问题。为了避免相互碰撞或缠绕电缆，气球被系在顺风处，无人机保持在至少100英尺的距离。
酷酷的传感器为酷酷的科学服务
分布式温度传感器是一根天使般粗的光纤电缆。通过观察光线在电缆中的弯曲情况，德克斯海默可以计算出云层那部分的温度。这个测量的分辨率是1米，她每30秒发送一个光脉冲。这给了德克斯海默和气候模型师前所未有的大气温度细节。
除了温度传感器，系住的气球还携带了特殊的过冷液态水传感器。过冷液态水是在冰点以下保持液体状态的纯水，因为它没有任何东西可以在上面结晶。这一点很重要，因为含有大量过冷液态水的云与普通云的行为不同，它们会持续存在数天，甚至会像毯子一样温暖下面的表面。更好地理解这种混合相云对于建立更精确的气候模型非常重要。
传感器是振动的电线，过冷的液态水可以在其上结冰。随着冰的积累，振动会减慢，这就告诉研究人员在云层的那部分有多少过冷液态水。对于该项目的下一步，该团队希望将这些过冷液态水传感器添加到固定翼无人机上，并将无人机飞到云端。他们希望看到无人机结冰的程度，确定如何减轻结冰的影响，并最终在比气球更大的空间控制下收集云层条件的有用数据。
云温和过冷液态水含量都可以在无人机和气球之间进行比较，也可以与地面数据进行比较大气辐射测量传感器也在奥利克托克点。桑迪亚管理着阿拉斯加的ARM北坡基地，作为ARM气候研究设施的一部分，这是一个由能源部资助的国家科学用户设施科学办公室．
桑迪亚大气科学经理Lori Parrott说:“我们在北极运行UASs和栓系气球的能力，以及我们以创新的方式结合这些测量和计算机建模的能力，使我们能够真正将Oliktok设施用于国家安全和科学界。”
Sandia并不是唯一一家使用Oliktok Point在极端北极条件下测试UASs的机构;其他机构也在Oliktok使用无人机系统。例如，阿拉斯加费尔班克斯大学的阿拉斯加无人飞机系统集成中心通过与Sandia的合作研发协议，于今年夏天在Oliktok点试飞了UASs。帕罗特说，他们在约130英里以南的图里克湖(Toolik Lake)有一个测试设施，但进入桑迪亚在波弗特海(Beaufort Sea)上空的受限空域是非常宝贵的。
目前正在与多个联邦机构的其他潜在用户进行讨论。帕罗特说:“桑迪亚为能源部管理的700英里长的限制空域具有战略重要性，因为它可以让科学家在北极水域进行实验和演习，而不会对载人飞机造成危险。否则，进行搜救演习、在冰上或大气条件下收集数据或测试技术的飞行将非常困难。”
该项目结合了UASs和系绳气球，由Sandia内部资金支持。
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