Op een met gras begroeide landingsbaan net buiten Madison, Grant Petty voert de laatste controles uit op zijn vliegtuig met een skelet. Eenmaal klaar, hij geeft gas en schiet naar voren. Na een paar honderd meter, het ultralichte vliegtuig is in de lucht en klimt gestaag, het landschap verkleint onder Petty's voeten. Hij zal uiteindelijk een kruissnelheid van ongeveer 40 mph bereiken.

Petty is hoogleraar atmosferische wetenschappen aan de Universiteit van Wisconsin-Madison, en deze vlucht is meer dan de joyride van een hobbyist. Het maakt deel uit van een onderzoeksproject gericht op een beter begrip van de atmosfeer van de aarde. Instrumenten die aan de vleugels en de cockpit van het vliegtuig zijn vastgemaakt, verzamelen atmosferische gegevens terwijl het in de lucht is, het verzamelen van gegevens uit een deel van de atmosfeer van de aarde dat bekend staat als de grenslaag.

"De ultralichte, vliegtuigen op lage hoogte kunnen vastleggen wat er gebeurt in de lagere atmosfeer waar veel van de turbulentie is, " zegt Ankur Desai, een van Petty's medewerkers aan het project in het Department of Atmospheric and Oceanic Sciences (AOS). "Het is essentieel om op een experimentele manier de koppeling van het oppervlak aan de atmosfeer te begrijpen."

Koppeling is het proces van warmte- en vochtuitwisseling tussen het aardoppervlak en de atmosfeer. Wetenschappers bestuderen deze uitwisseling omdat het een kijkje geeft in ons klimaatsysteem. Het ultralichte vliegtuig kan een ideaal platform zijn om het te meten, omdat het in delen van de atmosfeer kan kijken en metingen kan vastleggen die anders niet mogelijk zijn met hulpmiddelen zoals satellieten, instrumenten op de grond, of hogesnelheidsvliegtuigen, zoals NASA's ER-2.

"De apparatuur aan boord omvat apparaten die vergelijkbaar zijn met wat je zou kunnen vinden in een weerstation thuis:hulpmiddelen zoals een windmeter, thermometer, druk- en vochtigheidssensoren, ", zegt Desai. "Met andere apparatuur kunnen we waterfluxen meten, of verdamping van het oppervlak, naast het verzamelen van gegevens over land- en oppervlakte-eigenschappen."

In de zomer van 2017 kwam het UW Ultralight-project tot stand, toen Petty (die de hoofdonderzoeker van het project is) en UW-Madison Space Science and Engineering Center (SSEC)-onderzoeker Jonathan Thom aan de slag gingen met het assembleren van het ultralichte Zigolo MG12-vaartuig. Na drie weken van zorgvuldige handmatige montage, Petty maakte de eerste testvlucht in augustus 2017, met een paar "kraaihoppen" - korte starts en onmiddellijke landingen - totdat hij zich comfortabel voelde om hoger te stijgen.

Petty is momenteel de enige pilot voor het project, maar hoopt het programma uit te breiden met andere ervaren piloten die kunnen helpen bij het verzamelen van de atmosferische gegevens die wetenschappers nodig hebben. Het team, waaronder ook AOS-professor Tristan L'Ecuyer, ziet het ultralicht als een manier om lacunes in ons begrip van atmosferische fysica op te vullen.

"Hoewel de eerste metingen gericht zullen zijn op land-atmosfeerkoppelingen in Wisconsin, het doel is om uiteindelijk een divers monster te verzamelen dat ons kan vertellen, in meer detail, hoe het oppervlak interageert met de atmosfeer, " zegt L'Ecuyer. "We zijn enthousiast over de eenvoud en het vermogen om de instrumenten snel aan te passen, vliegroutes, en wetenschappelijke doelstellingen op basis van wat we leren."

Het vaartuig vliegt meestal tussen 150-tegen-1, 500 voet boven de grond en kan iets meer dan vier uur in de lucht blijven op een volle tank benzine. Hij weegt ongeveer 485 pond en kan opstijgen van korte, onverharde banen van minder dan 200 voet lang. Commerciële luchtvaartlijnstralen, ter vergelijking, weegt meer dan 600, 000 pond en vereisen meer dan 10, 000 voet landingsbaan voor het opstijgen.

Echter, met een laadvermogen van slechts 260 pond, zware instrumenten aan boord vormen een technische uitdaging voor het project. Het vereist dat onderzoekers nieuwe instrumenten van de grond af ontwerpen of vooraf gebouwde instrumenten opnieuw configureren om overtollig gewicht te verliezen.

Gelukkig, SSEC en AOS hebben een lange geschiedenis van doe-het-zelf luchtvaartprojecten en instrumentenbouw, daterend uit de jaren vijftig. Petty is van plan deze lokale expertise aan te boren om instrumenten aan te passen aan het ambacht, inclusief het betrekken van studenten bij praktische leerplannen voor het testen en kalibreren van instrumenten. Hij ziet dit als een mooie kans om hen te betrekken op het gebied van remote sensing.

Het team is van plan om uiteindelijk de 25 pk sterke benzinemotor van het vliegtuig om te bouwen tot een volledig elektrische motor door middel van een conversiekit. waardoor ze nauwkeurige metingen van vervuiling en deeltjes kunnen verzamelen zonder interferentie van uitlaatgassen. Andere experimenten zijn onder meer het meten van verdampingssnelheden over landbouwvelden (het proces waarbij water uit de bodem en van planten naar de atmosfeer wordt overgebracht), vochtuitwisseling van de meren van Madison, en wintervluchten over het bevroren oppervlak van Lake Mendota.

Met behulp van een nieuw type infrarood meetapparaat, het ultralicht zal ook dienen als een testbed voor NASA's Polar Radiant Energy in het Far Infrared Experiment (PRFIRE).

Momenteel in de planningsfase, PREFIRE zal CubeSats betrekken - kleine satellieten ongeveer zo groot als een brood - om gegevens over het noordpoolgebied te verzamelen en frequenties in het verre infrarode deel van het elektromagnetische spectrum te meten. Hierdoor kunnen wetenschappers de energie-emissies van het noordpoolgebied meten, een zelden bestudeerd onderdeel van de energiecyclus daar, en kan worden gebruikt om beter te voorspellen hoe snel Arctische sneeuw en ijs zullen smelten.

Door winterdoorsneden over de bevroren meren van Madison te vliegen, L'Ecuyer zegt dat het ultralicht zal worden gebruikt om de gegevens te verzamelen die nodig zijn voor kalibratie en andere vergelijkende onderzoeken terwijl het PREFIRE-programma wordt ontwikkeld.

Het bereiken van een piekhoogte van 1, 100 voet., Petty beëindigt zijn testvlucht met een laatste manoeuvre, richting de landingsbaan waar de ultralight de grond graast en uiteindelijk tot stilstand komt. Tevreden met de testresultaten, Petty en Thom zetten het vaartuig weg in een opslagloods.

"We kijken ernaar uit om onderzoekers over de hele campus tegemoet te komen die zich misschien geen projecten met geavanceerde vliegtuigen kunnen veroorloven, maar de gegevens die ons ter beschikking staan, zouden kunnen gebruiken. " zegt Petty. "We zijn verheugd om te zien wat mensen bedenken voor ideeën en toepassingen voor dit platform."