Boisz się turbulencji? Studenci z UW wiedzą, co zrobić, aby piloci je omijali

Każdy lecący samolot natrafia na ruchome masy powietrza. Turbulencja powstaje, gdy samolot trafia w miejsce "zetknięcia się" dwóch prądów powietrznych (różniących się np. prędkością i kierunkiem wiatru).

 

Jak informuje wydział fizyki UW, wykrywanie turbulencji jest słabą stroną współczesnego lotnictwa. Zaś najtańszą i nadal najczęściej stosowaną metodą są subiektywne i nierzadko bardzo niedokładne raporty pilotów.

 

Naukowcy z Uniwersytetu Warszawskiego twierdzą jednak, że wszystko wskazuje na to, iż dane pozwalające omijać obszary turbulencji, a nawet przewidywać ich występowanie, są już rejestrowane rutynowo i to od wielu lat.

 

Jacek Kopeć, doktorant z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego (FUW) oraz pracownik Interdyscyplinarnego Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW, wydobył te cenne informacje z parametrów lotu standardowo wysyłanych przez transpondery zainstalowane na pokładach większości nowoczesnych samolotów komercyjnych. Urządzenia te automatycznie odbierają, modulują, wzmacniają sygnał przychodzący i odpowiadają - wszystko to dzieje się w czasie rzeczywistym.

 

Nowa metoda detekcji turbulencji okazała się tak oryginalna i potencjalnie łatwa do szybkiego wprowadzenia na szeroką skalę, że opisujący ją artykuł został wyróżniony przez redakcję czasopisma "Atmospheric Measurement Techniques".

 

O co w niej chodzi?

 

Walka z niedokładnymi ocenami

 

"Dzisiejsze samoloty komercyjne latają na wysokościach 10-15 km, gdzie temperatura spada do -60 stopni Celsjusza. Warunki do pomiarów parametrów atmosfery są bardzo trudne i to tłumaczy, dlaczego nie prowadzi się ich ani systematycznie, ani na szeroką skalę. Brak dostatecznie dokładnych i aktualnych danych nie tylko powoduje, że samoloty i ich pasażerowie są wystawiani na niebezpieczeństwo, ale także ogranicza rozwój teorii i narzędzi służących do przewidywania turbulencji" - powiedział Jacek Kopeć.

 

Jak podkreślają eksperci z UW, obecnie podstawową metodą gromadzenia danych o turbulencjach jest PIREP, czyli raporty pilotów przekazywane drogą radiową i propagowane przez kontrolera ruchu do pilotów innych samolotów. Z uwagi na subiektywność ocen, tak zebrane dane są obarczone znacznymi niedokładnościami: zarówno miejsce wystąpienia turbulencji, jak i jej intensywność, często są raportowane błędnie. Bardziej precyzyjnych danych dostarczają specjalne samoloty AMDAR (Aircraft Meteorological Data Relay). Jednak z uwagi na koszty, dane gromadzone na wysokościach przelotowych są wysyłane stosunkowo rzadko, co w praktyce uniemożliwia ich użycie do wykrywania i prognozowania turbulencji.

 

Ważna wiedza o przyspieszeniu

 

Samoloty pasażerskie są wyposażone w czujniki rejestrujące wiele parametrów lotu. Niestety, większość danych nie jest upubliczniana, a powszechnie dostępna reszta zawiera tylko najbardziej podstawowe informacje, takie jak położenie samolotu, czy jego prędkość względem ziemi oraz powietrza. Tymczasem wykrycie turbulencji wymagało wiedzy o przyspieszeniu samolotu w kierunku pionowym.

 

- Przyspieszenia pionowe są najdotkliwiej odczuwane zarówno przez pasażerów, jak i sam samolot - wyjaśnił Jacek Kopeć. - Niestety, akurat do materiałów o przyspieszeniach pionowych nie ma dostępu. Postanowiliśmy więc sprawdzić, czy nie można byłoby tych informacji wywnioskować z innych parametrów lotu, dostępnych w transmisjach Mode-S I ADS-B. Skorzystaliśmy z faktu, że samolot wykonujący pomiary na potrzeby projektu, w którym uczestniczyłem, był wyposażony w odpowiedni transponder. Dzięki zbiegowi okoliczności transmisje z transpondera zostały nagrane przez naszego współautora, Siebrena de Haana z Royal Netherlands Meteorological Institute w Holandii. 

 

Trzy algorytmy

 

Naukowcy z FUW przetestowali trzy algorytmy wykrywania turbulencji. Pierwszy bazował na informacjach o położeniu samolotu. Wstępne testy i ich porównanie z parametrami zarejestrowanymi przez znajdujący się w tym samym rejonie przestrzeni powietrznej samolot pomiarowy nie przyniosły jednak zadowalających rezultatów.

 

Dwa pozostałe algorytmy korzystały - każdy w nieco inny sposób - z napływających co cztery sekundy parametrów transmitowanych w trybie Mode-S. W jednym podejściu do ich analizy użyto standardowej teorii turbulencji, w drugim zaadaptowano metodę wyznaczania intensywności turbulencji stosowaną dotychczas w pomiarach turbulencji w poszyciu leśnym, w bardzo małych skalach.

 

Dokładność do 20 km

 

Okazało się, że po wyznaczeniu prędkości wiatru w pobliżu samolotu i analizie jej zmian w kolejnych odczytach, za pomocą obu podejść teoretycznych można wyznaczać lokalizację obszarów turbulencji z dokładnością do 20 km. Taką odległość samoloty pasażerskie pokonują w ok. 100 sekund, zatem osiągnięta dokładność pozwalałaby pilotom podjąć skuteczny manewr omijania.

 

UW zaznacza, że system detekcji turbulencji, opracowany w Instytucie Geofizyki, nie wymaga żadnych znaczących inwestycji w infrastrukturę lotniczą: do jego działania wystarczy odpowiedni program i komputer w prosty sposób podłączony do aparatury odbierającej dane Mode-S z transponderów samolotów, należących do standardowego wyposażenia instytucji zajmujących się nadzorem ruchu lotniczego w Europie. Rolę czujników w tak skonstruowanym systemie pełnią same samoloty pasażerskie, które nad Europą tworzą gęstą sieć punktów pomiarowych.

 

polsatnews.pl

Czytaj więcej