Sur une piste herbeuse juste à l'extérieur de Madison, Grant Petty effectue les dernières vérifications sur son avion au cadre squeletté. Une fois prêt, il appuie sur l'accélérateur et vacille en avant. Après quelques 100 pieds, l'avion ultraléger est en vol et monte régulièrement, le paysage se miniaturise sous les pieds de Petty. Il atteindra finalement une vitesse de croisière d'environ 40 mph.

Petty est professeur de sciences atmosphériques à l'Université du Wisconsin-Madison, et ce vol est plus qu'une balade d'amateur. Il fait partie d'un projet de recherche visant à mieux comprendre l'atmosphère terrestre. Les instruments attachés aux ailes et au cockpit de l'avion collectent des données atmosphériques pendant qu'il est en vol, la collecte de données à partir d'une partie de l'atmosphère terrestre connue sous le nom de couche limite.

"L'ultra-léger, les avions à basse altitude peuvent capter ce qui se passe dans la basse atmosphère où se trouve une grande partie de la turbulence, " dit Ankur Desai, l'un des collaborateurs de Petty sur le projet au Département des sciences atmosphériques et océaniques (AOS). "C'est la clé pour comprendre le couplage de la surface à l'atmosphère de manière expérimentale."

Le couplage est le processus d'échange de chaleur et d'humidité entre la surface de la Terre et l'atmosphère. Les scientifiques étudient cet échange car il ouvre une fenêtre sur notre système climatique. L'avion ultraléger peut fournir une plate-forme idéale pour le mesurer car il peut scruter des parties de l'atmosphère et capturer des mesures autrement impossibles avec des outils tels que des satellites, instruments au sol, ou avion à grande vitesse, comme l'ER-2 de la NASA.

« L'équipement embarqué comprend des équipements similaires à ceux que l'on peut trouver dans une station météo domestique :des outils comme un anémomètre, thermomètre, capteurs de pression et d'humidité, " dit Desai. " D'autres équipements nous permettent de mesurer les flux d'eau, ou l'évaporation de la surface, en plus de collecter des données sur les propriétés des terres et des surfaces. »

Le projet UW Ultralight s'est concrétisé à l'été 2017, lorsque Petty (qui est le chercheur principal du projet) et Jonathan Thom, chercheur au Centre des sciences et de l'ingénierie spatiales de l'UW-Madison (SSEC), se sont mis au travail pour assembler le vaisseau ultraléger Zigolo MG12. Après trois semaines d'assemblage minutieux à la main, Petty a effectué le premier vol d'essai en août 2017, avec quelques "sauts de corbeau" - des décollages courts et des atterrissages immédiats - jusqu'à ce qu'il se sente à l'aise pour monter plus haut.

Petty est actuellement le seul pilote du projet, mais espère étendre le programme pour inclure d'autres pilotes expérimentés qui peuvent aider à collecter les données atmosphériques nécessaires aux scientifiques. L'équipe, qui comprend également le professeur AOS Tristan L'Ecuyer, voit l'ultra-léger comme un moyen de combler les lacunes dans notre compréhension de la physique atmosphérique.

"Bien que les mesures initiales se concentrent sur les couplages terre-atmosphère dans le Wisconsin, le but est de recueillir à terme un échantillon diversifié qui puisse nous dire, plus en détail, comment la surface interagit avec l'atmosphère, " déclare L'Ecuyer. " Nous sommes enthousiasmés par la simplicité et la capacité d'adaptation rapide des instruments, trajectoires de vol, et des objectifs scientifiques basés sur ce que nous apprenons.

L'engin vole généralement entre 150 et 1, 500 pieds au-dessus du sol et peut rester en l'air pendant un peu plus de quatre heures avec un plein d'essence. Il pèse environ 485 livres et peut décoller de court, pistes non pavées de moins de 200 pieds de long. Avions de ligne commerciale, par comparaison, peser plus de 600, 000 livres et nécessitent plus de 10, 000 pieds de piste pour le décollage.

Cependant, avec une capacité de charge de seulement 260 livres, les instruments embarqués lourds présentent un défi d'ingénierie pour le projet. Cela exigera des chercheurs qu'ils conçoivent de nouveaux instruments à partir de zéro ou qu'ils reconfigurent l'instrumentation pré-construite pour éliminer l'excès de poids.

Heureusement, SSEC et AOS ont une longue histoire de projets d'aviation de bricolage et de construction d'instruments, datant des années 1950. Petty envisage d'exploiter cette expertise locale pour adapter les instruments à l'artisanat, y compris l'implication des étudiants dans des programmes pratiques pour les tests et l'étalonnage des instruments. Il y voit une excellente occasion de les engager dans le domaine de la télédétection.

L'équipe prévoit de convertir éventuellement le moteur à essence de 25 chevaux de l'avion en un moteur tout électrique grâce à un kit de conversion, ce qui leur permettra de collecter des mesures précises de la pollution et des particules sans interférence des gaz d'échappement. D'autres expériences incluent la mesure des taux d'évapotranspiration sur les champs agricoles (le processus par lequel l'eau est transférée du sol et des plantes dans l'atmosphère), échange d'humidité des lacs de Madison, et des vols hivernaux au-dessus de la surface gelée du lac Mendota.

En utilisant un nouveau type d'appareil de mesure infrarouge, l'ultra-léger servira également de banc d'essai pour l'énergie radiante polaire de la NASA dans l'expérience dans l'infrarouge lointain (PREFIRE).

Actuellement en phase de planification, PREFIRE impliquera CubeSats – de petits satellites à peu près de la taille d'une miche de pain – pour collecter des données sur l'Arctique et mesurer les fréquences dans la partie infrarouge lointain du spectre électromagnétique. Cela permettra aux scientifiques de mesurer les émissions d'énergie de l'Arctique, une partie du cycle de l'énergie rarement étudiée là-bas, et peut être utilisé pour mieux prédire à quelle vitesse la neige et la glace de l'Arctique fondront.

En survolant des transects hivernaux au-dessus des lacs gelés de Madison, L'Ecuyer dit que l'ultra-léger sera utilisé pour collecter les données nécessaires à l'étalonnage et à d'autres études comparatives au fur et à mesure du développement du programme PREFIRE.

Atteignant une altitude maximale de 1, 100 pieds., Petty termine son vol d'essai par une dernière manœuvre, vers la piste d'atterrissage où l'ulm frôle le sol et finit par s'arrêter en douceur. Satisfait des résultats des tests, Petty et Thom rangent l'engin dans un hangar de stockage.

« Nous sommes impatients d'accueillir des chercheurs de tout le campus qui ne peuvent peut-être pas se permettre des projets avec des avions haut de gamme mais qui pourraient utiliser les données dont nous disposons, " Petty dit. " Nous sommes ravis de voir ce que les gens proposent pour des idées et des utilisations pour cette plate-forme. "