Многим пассажирам знакомо явление: небо ярко-синее, самолет находится в спокойном крейсерском полете, который внезапно нарушает временная турбулентность. Это часто воспринимается пассажирами как некая «воздушная дыра». Настоящей причиной неприятного изменения высоты является то, что известно как «турбулентность ясного неба» - турбулентность, которая возникает независимо от облачности, не видна и не может быть точно предсказана. Для пассажиров и экипажа в салоне это означает повышенный риск падения и аварии в условиях сильной турбулентности. В атмосферных исследованиях также имеются последние указания на то, что эти турбулентности, вызванные изменением климата, будут возникать в воздушном движении все чаще в будущем и, таким образом, еще больше обременят его. В настоящее время впервые разработан метод обнаружения турбулентности в рамках совместного европейского проекта DELICAT (Демонстрация обнаружения турбулентности в чистом воздухе на основе лидара).
Происхождение турбулентности
Вдоль струйного течения часто возникает сдвиг ветра - обширные слои воздуха, движущиеся горизонтально друг против друга с разной скоростью. Особенно сильный сдвиг ветра может образовывать волны, которые со временем могут разбиться - точно так же, как волна на воде. Разбивающаяся волна вызывает турбулентность в воздухе или турбулентность - «турбулентность ясного неба».
Как только самолет сталкивается с этой турбулентностью, угол атаки воздушного потока на крыльях меняется. Результатом являются известные колебания подъемной силы самолета. CAT до сих пор были неизбежным явлением в воздушном движении, поскольку эти турбулентные воздушные массы в ясном небе не видны невооруженным глазом и не поддаются измерению с помощью датчиков.
Но решение уже видно: турбулентность воздуха можно рассчитать в будущем, необходимые данные должны быть получены лазерным методом измерения. Идея состоит в том, чтобы идентифицировать тонкие изменения плотности воздуха и скорости впереди и тем самым обнаруживать и прогнозировать CAT на расстоянии.
Измерение лазером
Исследователи из Института физики атмосферы DLR разработали измерительное устройство на основе лазера: прибор LIDAR (Light Detecting and Ranging) крепится к самолету и излучает коротковолновые ультрафиолетовые лазерные лучи в направлении полета. Плотность воздуха определяется по измеренному значению обратного рассеяния молекул воздуха, кислорода и азота. Затем колебания плотности дают информацию о преобладающей там турбулентности. Информация, полученная косвенно, позволяет провести конкретный анализ воздуха в районе, через который будет осуществляться полет: «турбулентность ясного воздуха» для предстоящего маршрута становится видимой заранее.
Измерительные приборы, специально разработанные
Текущие испытательные полеты проекта "DELICAT" служат для демонстрации процесса измерения и функциональности новой технологии. Для этой цели используется исследовательский самолет PH-LAB голландского партнера National Aerospace Laboratory (NLR), модифицированный Cessna Citation. Для лазерных измерений установлена система UV-LIDAR, специально разработанная Институтом физики атмосферы DLR.
Текущая обмерная летная кампания продлится до конца августа. Маршрут полета ведет из Амстердама через всю Европу. После успешного завершения кампании измерительного полета данные оцениваются. Благодаря комплексным результатам измерений «турбулентности ясного неба» исследователи смогут не только продемонстрировать свою новую технологию. Кроме того, уникальный набор данных предоставит им важную информацию о механизмах формирования и сложных атмосферных процессах. Долгосрочная цель состоит в том, чтобы разработать интегрированную систему обнаружения, чтобы избежать воздушной турбулентности. В будущем пилоты смогут отдавать инструкции в салоне самолета, чтобы вернуться на свое место и пристегнуть ремни безопасности или даже облететь соответствующие регионы.