Efter deras första sprängning, rymdraketer skjuter bort från jorden med mullrar i infraljud, ljudvågor för låga för att höras av mänskliga öron som kan färdas tusentals mil.

Ny forskning använde ett system för att övervaka kärnvapenprov för att spåra infraljudet från 1, 001 raketuppskjutningar. Forskningen identifierade de distinkta ljuden från sju olika typer av raketer, inklusive rymdfärjorna, Falcon 9 raketer, olika sojusraketer, Europeiska rymdorganisationens Ariane 5, Ryska protoner och flera typer av kinesiska Long March-raketer.

I vissa fall, som rymdfärjan och Falcon 9, forskarna kunde också identifiera de olika stadierna av raketernas resa.

Den nya informationen kan vara användbar för att hitta problem och identifiera de atmosfäriska återinträde eller stänkplatser för raketsteg, enligt den nya studien publicerad i Geofysiska forskningsbrev , AGU:s journal för effektfulla, kortformatsrapporter med omedelbara implikationer som spänner över alla jord- och rymdvetenskaper.

Infraljud representerar akustiska ljudvågor under den allmänna frekvenströskeln som människor kan höra. Men medan högre frekvensljud är högre nära källan till saker som kärnvapenexplosioner, lågfrekvent infraljud färdas längre sträckor. Infraljud produceras av naturliga händelser såväl som tekniska källor, och har använts för att upptäcka avlägsna vulkanutbrott eller bruset från havets dyningar.

För att lyssna på raketuppskjutningar, författarna utnyttjade ett globalt övervakningsnätverk. Efter att FN:s generalförsamling antog det omfattande fördraget om förbud mot kärnvapenprov 1996, forskare upprättade det internationella övervakningssystemet (IMS). Detta system kännetecknas för närvarande av en serie av 53 certifierade och operativa infraljudsstationer runt om i världen. Mikrobarometrar vid IMS-stationerna kan upptäcka det infraljud som släpps ut av stora kärnvapenexplosioner.

Dessa stationer samlar också infraljud som släpps ut av andra stora explosioner som vulkanutbrott eller rymdraketuppskjutningar. Forskarna ville se om de kunde upptäcka och karakterisera uppskjutningen av rymdraketer runt om i världen.

De undersökte 7, 637 infraljudssignaturer inspelade på IMS-stationer från 2009 till mitten av 2020, en period som inkluderade 1, 001 raketuppskjutningar. Teamet undersökte bara raketuppskjutningar som inträffade upp till 5, 000 kilometer från en IMS-station, men fann att de akustiska signalerna från raketuppskjutningar ibland kunde detekteras upp till 9, 000 kilometer bort, enligt författaren Patrick Hupe, en forskare vid det tyska federala institutet för geovetenskap och naturresurser.

Forskarna hittade infraljudssignaturer för upp till 73 % av dessa raketer, eller 733. De övriga 27 % av uppskjutningarna kunde de inte upptäcka eftersom raketerna hade mindre dragkraft eller de atmosfäriska förhållandena inte gynnade spridningen över långa avstånd.

För dem de upptäckte, de kunde bestämma vilken typ av raketer som avfyrades, allt från rymdfärjorna, varav den sista lanserades 2011, till ryska sojusraketer. Totalt, de undersökte signaturerna för sju rakettyper för att härleda ett samband mellan den uppmätta amplituden och raketens dragkraft:rymdfärjor; Falcon 9s; olika sojusraketer; Europeiska rymdorganisationens Ariane 5; ryska protoner; kinesiska långa mars 2Cs, 2Ds, 3As, 4Bs, och 4Cs; och Long March 3Bs.

Rymdfärjan vs Falcon 9

Forskarna tittade också närmare på två olika rakettyper - rymdfärjan och Falcon 9.

De fann att de kunde identifiera infraljudssignalerna från olika flygsteg för dessa raketer. För det första, en rymdfärja som sköts upp från Kennedy Space Center i november 2009, teamet upptäckte det infraljud som skapades av nedstänkningen av bränsleförstärkarna innan de upptäckte den akustiska signalen från den första raketuppskjutningen eftersom de föll ner närmare infraljudsstationen än uppskjutningsplatsen. Med andra ord, raketen var snabbare än ljudet.

"Raketen var snabbare än infraljudet spred sig genom atmosfären, " sa Hupe.

De undersökte också lanseringen och nedstigningen av SpaceX:s Falcon 9-raket, som har en delvis återanvändbar raket som kom in i atmosfären igen och landade framgångsrikt på ett drönarfartyg i havet i januari 2020. Hupes team kunde upptäcka både raketens start och landningen av den första boostern.

"Genom att bearbeta data och även tillämpa olika kvalitetskriterier på infraljudssignaturerna kunde vi separera olika raketsteg, " sa Hupe.

"Förmågan att upptäcka olika typer av raketer kan vara till hjälp, sa Adrian Peter, en professor i datateknik och vetenskap vid Florida Institute of Technology som inte var involverad i Hupes arbete men som har studerat infraljudssignaturerna för raketer tidigare.

Han sa att karaktäriseringen av olika stadier av raketuppskjutningar kan vara användbar för att fastställa framtida problem. Till exempel, om en raket inte startade ordentligt eller exploderade, forskare kanske kan upptäcka vad som gick fel genom att analysera infraljudsignaturen, speciellt när informationen är korrelerad med sensoravläsningar från själva raketerna.

Peter tillägger att det är fantastiskt att se forskare utnyttja informationen som samlats in av ett övervakningsnätverk som från början bara var avsett att titta efter kärnvapenuppskjutningar och explosioner.

"Nu använder vi det för andra vetenskapliga tillämpningar, " han sa, och tillägger att det sannolikt finns ytterligare användningsområden för denna typ av data.