Laboratorio de Investigación e Ingeniería de Regiones Frías

Los antecedentes y el establecimiento de CRREL fueron documentados en una historia oficial. ^{[ 17 ]} En 1944-53, el Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. estableció tres organizaciones independientes que fueron los antecedentes de CRREL. Dentro de su División de Nueva Inglaterra, el Cuerpo de Ingenieros fundó el Laboratorio de Efectos de Escarcha para "coordinar la investigación sobre los efectos de la escarcha en el diseño y la construcción de carreteras, aeródromos y estructuras en áreas afectadas por la escarcha", con sede en Boston, Massachusetts , en 1944. El Distrito de St. Paul (Minnesota) del Cuerpo de Ingenieros estableció su División de Permafrost en 1944 para determinar los métodos de diseño y los procedimientos de construcción para la construcción de aeródromos en permafrost .

El Cuerpo de Ingenieros estableció SIPRE (Centro de Investigación de Nieve, Hielo y Permafrost) en 1949, que se trasladó a Wilmette, Illinois , en 1951. Su propósito era "llevar a cabo investigación básica y aplicada sobre nieve, hielo y suelo congelado". En 1953, el Cuerpo fusionó el Laboratorio de Efectos de Escarcha y la División de Permafrost del Distrito de St. Paul para establecer ACFEL (Laboratorio de Construcción Ártica y Efectos de Escarcha) en Boston. En 1959, los investigadores de SIPRE participaron en la creación del Campamento Century en Groenlandia para estudiar cuestiones técnicas y científicas con una instalación ubicada en el casquete polar de Groenlandia . Tras construir una nueva instalación para las organizaciones combinadas SIPRE y ACFEL, el Cuerpo estableció CRREL el 1 de febrero de 1961 en Hanover, New Hampshire.

Durante su primer cuarto de siglo, los investigadores y el personal del CRREL trabajaron activamente en el Ártico , la Antártida , Alaska y los Grandes Lagos , proporcionando datos sobre la historia climática, abordando problemas relacionados con la extracción de recursos y ampliando la navegación invernal.

Facilitar el desarrollo petrolero en la vertiente norte de Alaska.

El descubrimiento de petróleo en 1967 al norte de la cordillera Brooks de Alaska planteó dos preguntas fundamentales que CRREL estaba en condiciones de responder como consultora de las compañías petroleras participantes: cómo extraer petróleo de terrenos congelados, permafrost o de debajo del mar de Beaufort , permanentemente congelado , y cuál era la mejor manera de transportar el petróleo crudo al territorio continental de Estados Unidos para su refinación y consumo.

Miembros del personal de CRREL participaron en la exploración de dos opciones de transporte: el uso de un buque petrolero rompehielos y el uso de un oleoducto terrestre que cruzaría gran parte de Alaska sobre regiones de permafrost. En cuanto al mar de Beaufort, los investigadores de CRREL realizaron estudios sobre las propiedades y el comportamiento del hielo marino ártico , que presentaría un problema para las operaciones de perforación en alta mar. ^{[ 19 ]} Los investigadores de CRREL participaron activamente en ambos viajes del buque petrolero rompehielos SS Manhattan para evaluar la viabilidad de la opción de transporte marítimo. Al mismo tiempo, los ingenieros de CRREL revisaron y asesoraron al inspector federal del oleoducto Trans-Alaska . Durante la construcción del oleoducto, los investigadores de CRREL estudiaron las implicaciones de ingeniería de los cimientos y las carreteras sobre permafrost y hielo. ^{[ 17 ] [ 20 ]}

papel en la Guerra Fría

CRREL desempeñó un papel importante al ayudar a la Fuerza Aérea de los Estados Unidos a establecer ^{[ 22 ]} y mantener un sistema de instalaciones de la Línea de Alerta Temprana a Distancia (DEW) durante la Guerra Fría . En 1976, un investigador de CRREL fue fundamental en el traslado de una instalación de la Línea DEW de 10 pisos de altura y 3300 toneladas en el casquete polar de Groenlandia desde una base que se había visto comprometida por el movimiento del hielo sobre la que estaba construida a una nueva base. ^{[ 23 ]} En 1984, el personal de CRREL completó sus informes de inspección para 31 sitios del nuevo Sistema de Alerta del Norte que reemplazó la Línea DEW. ^{[ 17 ] [ 24 ]}

En 1972 comenzó un intercambio científico continuo entre CRREL y las instituciones soviéticas de investigación de regiones frías, entre las que se incluían el Instituto de Investigación Ártica y Antártica de Leningrado y el Instituto de Investigación del Permafrost de Yakutsk . ^{[ 17 ]}

Los segundos 25 años de CRREL vieron la disolución de la Unión Soviética , el fin de la Guerra Fría y un cambio en la financiación que redujo el énfasis en las asignaciones directas del Congreso hacia una mayor dependencia del reembolso de la investigación por parte de los clientes de CRREL, como lo demuestra el patrocinio de sus informes técnicos. ^{[ 25 ]} Entre los clientes que financiaron la investigación de CRREL se encontraban varios componentes del Ejército, la Fuerza Aérea y la Armada de los EE. UU. Además, agencias civiles recurrieron a CRREL en busca de respuestas a sus investigaciones, incluyendo la Fundación Nacional de Ciencias , la Agencia de Protección Ambiental y la NASA . Asimismo, diversas organizaciones privadas financiaron la investigación de CRREL para resolver los problemas que enfrentaban. La lista de informes técnicos de CRREL enumera 27 categorías temáticas, que abarcan ciencia e ingeniería. ^{[ 26 ]}

Investigación militar

CRREL continuó desarrollando su capacidad para servir al ejército estadounidense con programas de propagación de señales que facilitarían la detección de movimientos enemigos mediante imágenes infrarrojas , radar , ^{[ 27 ]} acústica ^{[ 28 ]} o sensores sísmicos ^{[ 29 ]} en cualquier condición meteorológica. Atendió las necesidades ambientales del Ejército de los EE. UU. facilitando la identificación y limpieza de contaminantes en terrenos de entrenamiento, debido principalmente a explosivos parcialmente detonados ^{[ 30 ]} o municiones sin explotar (UXO). ^{[ 31 ]} Otros investigadores abordaron problemas de movilidad con vehículos sobre nieve y terreno fangoso. Investigadores de CRREL participaron en la definición de los requisitos tácticos de pista para el avión de transporte militar C-17 . ^{[ 32 ]}

Investigación civil

El personal del CRREL continuó dejando huella en la investigación polar, tanto en el Ártico como en la Antártida. En el Ártico, los investigadores del CRREL participaron activamente en la modelización del transporte marítimo en la Ruta Marítima del Norte ^{[ 33 ]} y en el experimento SHEBA ( Presupuesto de Calor Superficial del Océano Ártico ), llevado a cabo en el Océano Ártico de octubre de 1997 a octubre de 1998 para aportar datos polares a los modelos climáticos globales . ^{[ 34 ] [ 35 ]} Otros investigadores realizaron travesías por la Antártida y Groenlandia para recopilar datos pertinentes al cambio climático global . ^{[ 36 ]} En 2010, un investigador del CRREL fue codirector científico de otra misión científica a bordo de un rompehielos , denominada "Impactos del Cambio Climático en los Ecosistemas y la Química del Entorno Ártico-Pacífico" o ICESCAPE, para determinar "el impacto del cambio climático en la biogeoquímica y la ecología de los mares de Chukchi y Beaufort ". ^{[ 37 ]}

Otros investigadores del CRREL desarrollaron métodos para mejorar y mantener las instalaciones de investigación de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU . en la Antártida, incluyendo el diseño y la construcción de una nueva Estación del Polo Sur y el desarrollo de criterios para permitir que aeronaves modernas aterricen en pistas de nieve. ^{[ 38 ]} El personal del CRREL exploró y ayudó a desarrollar una nueva ruta de suministro terrestre a través de la Plataforma de Hielo de Ross sobre la Cordillera Antártica y el casquete polar antártico para reducir el costo de suministro a la Estación del Polo Sur. ^{[ 39 ] [ 40 ]} En 2016, los ingenieros civiles de investigación del CRREL diseñaron, construyeron y probaron una nueva pista de nieve para la Estación McMurdo , llamada "Phoenix". Está diseñada para acomodar aproximadamente 60 salidas anuales de aeronaves de transporte pesadas con ruedas. ^{[ 41 ]}

En su misión de Obras Civiles del Cuerpo de Ingenieros , los investigadores de CRREL desarrollaron métodos innovadores para evitar atascos de hielo y bases de datos para abordar la ocurrencia generalizada de tales problemas. ^{[ 42 ]} Se construyó una importante instalación de ingeniería de hielo para apoyar el modelado de estos problemas. Se estableció una instalación y organización de teledetección y SIG (sistema de información geográfica) para emplear mejor los recursos de imágenes satelitales y mapeo de información para abordar problemas en todo el mundo. ^{[ 43 ]} Otra instalación importante, la Instalación de Investigación de Efectos de Escarcha, se construyó para estudiar problemas asociados con aeródromos y carreteras, sujetos a congelación y descongelación. Se adquirió una máquina de carga automatizada para simular el paso de neumáticos de vehículos y aeronaves sobre pavimentos. ^{[ 44 ]} En tecnología de la construcción, los investigadores ayudaron a desarrollar métodos estadísticos para identificar cargas de nieve y hielo en todo Estados Unidos ^{[ 45 ]} y estándares para medir la pérdida de calor, ^{[ 46 ] [ 47 ]} detección de humedad en techos, ^{[ 48 ]} y cimentaciones superficiales protegidas contra las heladas. ^{[ 49 ]}

El Premio al Logro en Investigación y Desarrollo del Ejército se otorga a investigadores destacados que trabajan dentro del sistema de laboratorios del Ejército. Algunos galardonados notables con el CRREL fueron: ^{[ 17 ]}

• 1967 – Lyle Hanson por la perforación de núcleos de hielo en Groenlandia y la Antártida. Wilford Weeks por la investigación sobre la formación y las propiedades físicas del hielo marino. ^{[ 56 ]}
• 1970 – Guenther Frankenstein por su trabajo en el SS Manhattan y su asistencia en la recuperación de un B-52 derribado . ^{[ 56 ]}
• 1971 – James Hicks por técnicas de dispersión de niebla para aeródromos. ^{[ 56 ]}
• 1976 – Pieter Hoekstra, Paul Sellmann, Steven Arcone y Allan Delaney por desarrollar técnicas de exploración geofísica del subsuelo, relacionadas con el oleoducto Trans-Alaska. Malcolm Mellor por su investigación en la excavación y voladura de nieve, hielo y suelo congelado, lo que permitió la excavación rápida de suelo congelado y el corte de hielo de las paredes de las esclusas, y la voladura controlada de un gran muro de hielo en la Antártida para proporcionar un muelle para el atraque de buques de suministro. ^{[ 56 ]}
• 1977 – Malcolm Mellor por desarrollar principios de ingeniería fundamentales para el diseño de máquinas excavadoras. ^{[ 56 ]}
• 1978 – Wayne Tobiasson por el traslado de una instalación de la Línea de Alerta Temprana a Distancia (DEW) de 10 pisos de altura y 3300 toneladas en el casquete polar de Groenlandia, ahorrando aproximadamente 1,5  millones de dólares. ^{[ 56 ]}
• 1979 – Frederick Crory para asesoramiento en la construcción del oleoducto Trans-Alaska, en relación con los cimientos de pilotes en permafrost. ^{[ 56 ]}
• 1980 – Wilford Weeks por establecer una base científica para los problemas de ingeniería relacionados con el hielo flotante, especialmente el hielo marino. ^{[ 56 ]}
• 1982 – George Ashton por el estudio de los procesos térmicos del hielo de ríos y lagos, que permite controlar la formación de hielo con burbujeadores de aire y descargas de agua caliente. ^{[ 56 ]}
• 1983 – Michael Ferrick por ayudar a la NASA a predecir la formación de hielo en los tanques de combustible superenfriados del transbordador espacial Columbia . Yoshisuke Nakano, Joseph Oliphant y Allan Tice por el uso de técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) para investigar el contenido y el transporte de agua en suelos congelados. David Deck por el diseño de una estructura de control de hielo frazil para mitigar las inundaciones recurrentes. ^{[ 56 ]}
• 1985 – Richard L. Berg, Edwin J. Chamberlain Jr., David M. Cole y Thaddeus C. Johnson por técnicas que permitieron el cálculo del flujo de calor y humedad durante la congelación y descongelación de sistemas de pavimento. ^{[ 56 ]}
• 1986 – John H. Rand y Ben Hanamoto por desarrollar un sistema para controlar el hielo en las esclusas de navegación del Cuerpo de Ingenieros del Ejército. ^{[ 56 ]}
• 1987 – Michael G. Ferrick por desarrollar una teoría de la hidráulica que describía la ruptura del hielo de los ríos. Thomas F. Jenkins Jr. y Daniel C. Leggett por un método analítico estándar que determina los niveles residuales de explosivos en las aguas residuales de la planta de municiones del Ejército. Malcolm Mellor, Mark F. Wait, Darryl J. Calkins, Barry A. Coutermarsh y David A. L'Heureux por técnicas para desplegar puentes de cinta en ríos con una capa de hielo. Steven A. Arcone, Paul V. Sellman y Allan J. Delaney por utilizar técnicas geofísicas para caracterizar las propiedades subsuperficiales del permafrost. ^{[ 56 ]}
• 1988 – Edwin J. Chamberlain Jr., Iskander K. Iskander y C. James Martel por técnicas para procesar lodos de depuradora, material dragado y sedimentos, y para la descontaminación de sitios de desechos peligrosos, utilizando congelación. George L. Blaisdell por investigación sobre vehículos con ruedas que operan en la nieve. David S. Deck por usar agua de estanques de enfriamiento de una central eléctrica para prevenir la formación de atascos de hielo en los ríos. Frederick C. Gernhard y Charles J. Korhonen por un dispositivo que repara rápidamente ampollas en membranas de techos multicapa. ^{[ 56 ]}
• 1989 – Rachel Jordon por un modelo analítico para predecir la temperatura superficial de una capa de nieve. ^{[ 56 ]}
• 1990 – Austin Kovacs y Rexford M. Morey por sistemas de radar e inducción electromagnética que miden el espesor del hielo marino y del hielo de agua dulce y sus propiedades electromagnéticas del hielo marino, y una comprensión de la tasa de calentamiento global. ^{[ 56 ]}
• 1991 – Edgar L. Andreas por contribuir a la comprensión de los efectos de la turbulencia del aire en la transmisión óptica. ^{[ 56 ]}
• 1995 – Daniel Lawson, Steven Arcone y Allan Delaney por sus técnicas de radar de penetración terrestre para caracterizar residuos peligrosos y tóxicos subterráneos. James Welsh y George Koenig por su capacidad pionera de generación de escenas infrarrojas térmicas sintéticas. ^{[ 56 ]}
• 1996 – Donald G. Albert por teorías que describen la propagación acústica y sísmica en presencia de suelo congelado o nieve. ^{[ 56 ]}
• 1998 – Kathleen F. Jones para un nuevo mapa estándar nacional para la carga de hielo de diseño en estructuras tales como líneas eléctricas y torres de comunicación. ^{[ 56 ]}
• 2001 – Robert E. Davis por el avance de las teorías físicas asociadas con el modelado de vanguardia, la hidrología y la teledetección. ^{[ 56 ]}
• 2004 – D. Keith Wilson por una teoría y modelado de propagación del sonido que permite simulaciones realistas de efectos acústicos atmosféricos, utilizando cuasi-ondículas que describen la turbulencia atmosférica. ^{[ 56 ]}
• 2005 – D. Keith Wilson (con Sandra L. Collier y David H. Martin) por la teoría y el modelado de la propagación del sonido, utilizando la teoría del dominio del tiempo y métodos numéricos para la propagación del sonido en materiales porosos y fluidos turbulentos en movimiento, también por la incorporación de la dispersión por turbulencia atmosférica en los cálculos de propagación del sonido. ^{[ 57 ]}
• 2008 – Steven Arcone, Yeohoon Koh y Lanbo Liu por comprender la propagación de ondas de radio sobre el terreno, utilizando un método Doppler para medir la dispersión frontal de ondas de radio en ángulos casi rasantes. Antonio Palazzo y Timothy Cary por el desarrollo de nuevos germoplasmas para su uso en campos de entrenamiento militar. ^{[ 58 ]}
• 2009 – David Cole y Mark Hopkins (con John Peters) por integrar el conocimiento de materiales granulares a través del modelado de elementos discretos, validado mediante resultados experimentales. ^{[ 59 ]}

Como laboratorio, CRREL recibió premios del Ejército por excelencia en 1975 y 1978. ^{[ 17 ]} En 1991 y 1994, CRREL ganó el premio al Laboratorio del Año del Ejército por excelencia. ^{[ 60 ] [ 61 ]} En 1997, el laboratorio ganó el premio general al Laboratorio del Año del Ejército. ^{[ 62 ]} Después de unirse a ERDC en 1999, CRREL ha contribuido de manera constante a logros que permitieron que ERDC se convirtiera en un ganador frecuente del premio al Laboratorio de Investigación del Año del Ejército, cinco veces en sus primeros ocho años. ^{[ 63 ]}