Når det kommer til flyforsinkelser og aflysninger, er den største skyldige vejret, siger NASAs John Murray. Han talte om satellitter, der hjælper med at gøre det muligt at producere bedre prognoser for en række forskellige luftfarer.
Dette fly mistede en motor på grund af turbulens. Fotokredit: John Murray
Og det sker bare så, at konvektivt vejr eller tordenvejr i løbet af sommeren - og disse stærke vinterstorme - er den primære årsag til forsinkelser med flyrejser og aflysning af flyet. Disse storme er en af vores store udfordringer. En højeste prioritet lige nu er at forbedre konvektive vejrprognoser, at have en bedre forståelse af nøjagtigt, hvad fysikken er inden for konvektive skyer. Hvorfor ser nogle skyer ud til at vokse, mens andre ikke gør det, selvom forholdene ser meget ens ud? Satellitter kan give os indsigt, der viser, at det ikke nødvendigvis er tilfældet.
Den grundlæggende forskning, som NASA udfører, er indarbejdet i produktionen af bedre prognoser for en række forskellige luftfartsfare. Det kan være glasur eller turbulens eller tordenvejr. Ved at inkorporere satellitbaserede applikationer i konvektive vejrprognoser kan du foretage betydelige forbedringer i prognoserne. Disse kan for eksempel være relateret til intensiteten og placeringen af tordenvejr eller kraftig nedbør og andre faktorer, der normalt er forbundet med stærke storme. Oplysningerne udstedes af National Weather Service i form af forskellige typer rådgivning eller advarsler. Og disse oplysninger bruges af luftfartsselskaberne til at rute deres fly mest effektivt.
Fortæl os om icing-in-flight. Hvordan hjælper NASAs Applied Sciences-program både kommercielle og private fly med at forhindre isdannelse?
I-flight icing har en tendens til at forekomme, uanset hvor du har superkølet flydende vand. I atmosfæren kan der eksistere vand ved temperaturer, der er meget lavere end frysning, så længe der ikke er en overflade eller en eller anden form for en kerne, hvor vandet danner en iskrystall på. I dele af atmosfæren har du en masse suspenderet flydende vand, fordi der ikke er aerosoler såsom støvpartikler. Så i de områder af atmosfæren kan vandet ikke danne iskrystaller. Det er disse områder med superkølet flydende vand, der er ekstremt farlige for små fly.
Fly efter isdannelse. Fotokredit: John Murray
Når et lille generelt luftfartøj flyver gennem en af disse skyer, bliver det i det væsentlige kerneoverfladen for alt det superkølede vand. Så du får en meget hurtig opbygning af et islag på flyet. Isdannelse er et fænomen, der er meget farligt for små luftfartsfly. Det er en af de største årsager til hændelser blandt dem. Der er meget bekymring for isdannelse, både hos FAA og i luftfartssamfundet. Det er meget vanskeligt for en enkelt type teknologi at registrere områder af atmosfæren, hvor der kan forekomme isdannelse.
Udfordringen er at finde disse områder med superkølet flydende vand og prøve at måle koncentrationen af vand, som vi registrerer. Fly er virkelig gode til at gøre det, men det er ikke rigtig den foretrukne måde at finde disse områder på. Satellitter har vist sig at være særlig effektive, fordi vi kan se på egenskaberne ved en sky med en satellit. Uanset om det er flydende eller vand eller gas, vi har at gøre med, kan vi se, hvad temperaturen er. Så vi ved, at hvis det er superafkølet, og vi også kan udlede dråbernes diameter. Det hjælper os med at vide, hvilken slags indvirkning det vil have på et fly.
For store kommercielle fly, forresten, er problemet som regel afisning på jorden. Det er vigtigt at få den rigtige glasur på et fly - og få den på der tæt nok til starttid - så flyet ikke er for tungt og kan starte sikkert. I nogle tilfælde påvirker icing under flyvning store kommercielle fly. Der var en hændelse for omkring 20 år siden, hvor et fly gik ind i Potomac lige uden for Washington, D.C., og det var tungt med isdannelse. Så det er ikke uhørt for kommercielle fly at støde på icing.
Hvad er NextGen, og hvordan er NASA involveret i det?
NextGen er det næste generations lufttransportsystem. Transportministeriet begyndte at kræve det i 2003. Efterspørgslen efter kapacitet i luftrummet voksede hurtigt ud af landets evne til at imødekomme denne efterspørgsel. Et antal agenturer - Department of Transportation, Department of Commerce, NASA, DOD, Department of Homeland Security m.fl. sammen med Det Hvide Hus Kontor for Videnskab og Teknologi Politik - blev bedt om at løse problemet.
Så tanken bag NextGen er i det væsentlige, at vi bliver nødt til at rumme meget højere kapacitet til flyrejser. Vi bliver nødt til at lægge flere fly i mindre områder. Systemet fungerer på dette tidspunkt nær dets kapacitet. Vi beviser, at hver gang der er en vinterstorm. Hvis du har nogen form for forstyrrelse, kaskader det bare gennem systemet. Du mister evnen til at imødekomme kravene til systemet. Så hvis du skulle fordoble eller tredoble antallet af fly, der har brug for at besætte det samme luftrum ... ja, kan du se, hvad problemet ville være.
Som en del af dette team hjælper NASA - og specifikt Applied Sciences-programmet - med at forbedre de vejrinformation, vi har, og med at udvikle et NextGen-vejrsystem, så vi kan finde mere præcist alle de luftfarer, som eksisterer. Vi kan betjene fly sikkert i luftrum med højere densitet. Med andre ord vil vi være i stand til at placere fly meget tættere på hinanden.
Vi har brug for væsentligt bedre information end vi har nu med hensyn til placering af storme, hvor de faktiske fareområder er, og om begrænsningerne for dette luftrumssystem på grund af disse farer. Det er et temmelig komplekst problem, som vi prøver at løse, men NASAs rolle gennem det anvendte videnskabsprogram er at forsøge at sikre, at vi har de bedste oplysninger om konvektiv vejr og isdannelse, turbulens og andre typer luftfarer, så NextGen vil være muligt.
Hvordan ellers bruges jordobserverende satellitter til at studere atmosfæren?
Vi bruger jordobserverende satellitter til at studere for eksempel skyegenskaber. Det er vigtigt, fordi satellitten er i stand til at fortælle os over et meget stort område nøjagtigt, hvad der sker inden for skyer. Forskere har brug for denne information for bedre at kunne forudsige vejret og bedre forstå klimaet. De ser på skyegenskaber såsom skyens egentlige sammensætning, hvad enten det er isskyer, gasformige skyer eller flydende skyer, hvad temperaturen på disse skyer er, hvilke fysiske processer der foregår inden for disse skyer .
Fortæl os om instrumenterne på satellitterne, der bruges til at studere skyer.
Et, der har givet os særligt spændende information i det sidste årti, er et instrument kaldet MODIS, den mellemstore opløsning Imaging Spectroradiometer, der flyver på vores Terra- og Aqua-satellitter. Denne billedbehandler har gjort det muligt for os at se på skyer med meget mere detaljerede, end vi nogensinde havde været i stand til før. Så vi har været i stand til at producere applikationer specifikt til billedet, der hjælper os med at forstå de dynamiske processer i skyen meget bedre.
NASAs jordobservationssatellitter. Billedkredit: NASA
Vi har satellitter som vores CALIPSO-satellit, der flyver lidaren, der ligner radar. Imidlertid bruger det reflekterende laserlys i modsætning til reflekteret radioenergi til grundlæggende at bestemme egenskaberne for aerosoler og skyer og deres fordeling i atmosfæren. Så vi kan lære en masse yderligere oplysninger ved at se på lidardataene.
Og for det tredje studerer vi atmosfærisk kemi med et antal satellitter. Et af de mest spændende for forskere, et af de mest nyttige værktøjer, som vi for nylig har fløjet, er OMI-instrumentet, som er Ozone Monitoring Instrument ombord på vores Aura-satellit. Med OMI kan vi bedre forstå den atmosfæriske kemi. Vi kan se efter svovldioxid fra vulkaner. Du kan se på emissioner af forurenende stoffer, forskellige typer kemikalier, kemikalier, som vi kalder NOx og SOx, som er nitrat og sulfat og deres aerosoler. Og naturligvis er instrumentets primære formål at studere opførslen af ozonlaget. Vi overvåger nedbrydning af ozon i Antarktis.
Hvad er det vigtigste, du ønsker, at folk i dag skal vide om NASAs program for anvendte videnskaber?
I en årrække har forskere og offentlige beslutningstagere og offentligheden alle været meget bekymrede for, at det har været meget hårdt - hvis ikke umuligt - for en masse virkelig vigtig grundlæggende videnskabelig forskning at gå over til operationer i den virkelige verden. Der var en National Academy of Sciences-rapport for omkring ti år siden, hvor akademiet omtalte dette problem som ”dødens dal”. Tilbage i 2002 blev NASA Applied Sciences-programmet bragt online grundlæggende for at bygge bro over denne dal - for at muliggøre vigtige grundlæggende forskning til overgang, for at gøre det til operationer - bygge bro over den "dødens dal." Vi har været meget succesrige med det. Vi har vigtige partnerskaber med National Weather Service og FAA og andre agenturer, og NASA Applied Sciences data og applikationer har klart gjort en stor forskel.
Vi takker i dag til NASAs Applied Sciences-program, der arbejder for at opdage og demonstrere innovative anvendelser og fordele ved NASAs jordvidenskabelige data og teknologi.