Turbulencije sve jače i češće, može li avio-industrija da „smiri“ nebo

Kada je avion Singapur erlajnsa zahvatila jaka turbulencija tokom prelaska iznad južnog dela Mjanmara 2024. godine, mnogo ljudi našlo se na podu. Početkom ovog proleća, boing 787 američke kompanije Junajted erlajnsa takođe je imao problema sa turbulencijom dok je leteo iznad Filipina. Stjuardesa je poletela ka plafonu, što je rezultiralo potresom mozga i prelomom ruke.

Incidenti sa turbulencijom poput ovih su u porastu kao rezultat klimatskih promena. Jaka turbulencija čistog vazduha označava pojavu „veoma grubo strujanje vazduha“ koje je nevidljivo satelitima, radaru i ljudskom oku.

Ova vrsta turbulencija češća je čak 55 odsto u odnosu na 1979. godinu kada je počelo beleženje pouzdanih meteoroloških merenja, pokazali su rezultati istraživanja Pola Vilijamsa, profesora na Univerzitetu u Redingu.

Turbulencija – opasna i skupa

Očekuje se da će se turbulencije utrostručiti širom sveta do 2050-ih i verovatno će imati veliki uticaj na rute širom istočne Azije i severnog Atlantika.

Takođe, ovaj porast mogao bi uticati na spremnost ljudi da uopšte lete. Među najčešćim razlozima koje ljudi navode kada opravdavaju strah od letenja su gubitak kontrole i prethodno iskustvo sa turbulencijom.

Turbulencija, osim toga što je potencijalno opasna, takođe košta vazduhoplovnu industriju, jer izaziva habanje letelica i produžava neke letove zbog toga što piloti pokušavaju da je izbegnu. Takvi manevri znače potrošnju veće količine goriva i povećanje emisija.

Iako turbulencije najčešće izazivaju samo nelagodnost, a ne povrede ili smrti, sve veći obim haotičnih kretanja u atmosferi dovodi do toga da su avio-kompanije, naučnici i inženjeri primorani da se suoče sa pronalaženjem načina za ublažavanje problema.

Kompanija "Turbulence Solutions" sa sedištem u Badenu, u Austriji, razvila je veoma mala zakrilca koja se mogu dodati većim zakrilcima ili eleronima na krilima aviona. Ta sasvim mala zakrilca blago podešavaju svoj ugao kako bi se suprotstavila promenama protoka vazduha na osnovu očitavanja pritiska izmerenog neposredno ispred njih na prednjoj ivici krila. To pomaže pri stabilizaciji aviona, slično kao što ptice podešavaju svoje perje tokom leta.

Iz kompanije navode da ta tehnologija može smanjiti efekte turbulencije koje putnici osećaju za više od 80 odsto. Do sada je tehnologija testirana samo na malim avionima iako je izvršni direktor Andraš Galfi, koji je i sam pilot, uveren da će moći da se primeni i na mnogo veće avione.

„Uvreženo mišljenje je da možete ili izbeći ili se boriti sa turbulencijom tako što ćete pričvrstiti i ojačati krilo. Ali mi kažemo da je ne morate prihvatiti. Potreban vam je samo pravi kontrasignal. Za lake avione uvek je postojao ovaj problem, ali čak i za komercijalnu avijaciju postaje sve ozbiljniji jer turbulencija postaje učestalija“, objašnjava Galfi.

Veštačka inteligencija, mašinsko i duboko učenje (možda) mogu da pomognu 

Let kroz vrtloge i uzlazne struje sa minimalnim poremećajima zahteva ne samo precizno inženjerstvo već i mnogo napredne matematike i analizu dinamike fluida. (Vazduh, kao i voda, je fluid). To će uvek biti komplikovano jer je fundamentalna priroda turbulencije da je haotična. Male perturbacije, od načina na koji vetar skreće sa zgrade do traga drugog aviona, mogu poremetiti vazdušne struje. Ljudima je teško da to shvate, ali veštačka inteligencija mogla bi lakše da se izbori sa tim.

„Mašinsko učenje je veoma dobro u pronalaženju obrazaca unutar visokodimenzionalnih podataka. Turbulencija bi mogla biti savršena primena za veštačku inteligenciju“, kaže Rikardo Vinuesa, istraživač mehanike fluida, inženjerstva i veštačke inteligencije na Kraljevskom tehnološkom institutu u Stokholmu.

U nedavno sprovedenom eksperimentu, Vinuesa i njegove kolege iz Centra za super računare u Barseloni i danskog Tehnološkog univerzitetu u Delftu, testirali su sistem veštačke inteligencije koji je kontrolisao „sintetičke nalete“ vazduha na simuliranom krilu aviona.

Sama veštačka inteligencija je trenirana korišćenjem dubokog učenja sa pojačanjem, procesa u kojem model uči metodom pokušaja i grešaka, kao kada malo dete uči da hoda.

„Možemo koristiti veštačku inteligenciju da bismo kreirali veoma precizne numeričke simulacije protoka vazduha na osnovu merenja izvršenih direktno na krilu. I tamo gde se neuronske mreže obično smatraju crnim kutijama, mi koristimo veštačku inteligenciju, koja nam omogućava da utvrdimo koja su merenja najvažnija za predviđanja koja generiše model“, precizirao je Vinuesa.

Vinuesa i njegove kolege sarađuju sa tehnološkim kompanijama na daljem razvoju tehnologije.

Razni modeli detekcije turbulencije u razvoju

Prošle godine, tim stručnjaka Kalteka, to jest Tehnološkog instituta Kalifornije (The California Institute of Technology – Caltech) i Envidije (Nvidia) primenio je ekstremnu turbulenciju unutar aerotunela kako bi testirao sistem za detekciju i predviđanje za dronove koji pokreće veštačka inteligencija. Rezultati su bili interesantni.

Stručnjaci u Nasinom istraživačkom centru u Lengliju testirali su namenski napravljen mikrofon koji može da detektuje ekstremno niske infrazvučne frekvencije koje stvaraju vrtlozi turbulencije čistog vazduha na udaljenosti do 480 kilometara.

Još jedan pristup koji je u aktivnom razvoju najmanje od 2010. godine uključuje upotrebu detekcije i određivanja daljine svetlosti (Light Detection and Ranging – Lidar) za kreiranje 3D mape vazduha oko aviona, slično kao što autonomni automobili stvaraju „oblak tačaka“ obližnjih objekata i vozila, kako bi se kretali kroz svoje okruženje.

Kineska studija iz 2023. godine predložila je Lidar sistem „dvostruke talasne dužine“, za koji tvrde da može da uoči lagane do umerene turbulencije čistog vazduha između sedam i 10 kilometara ispred letelice. Nažalost, manja gustina molekula vazduha na velikim visinama znači da instrumenti postaju preveliki, teški i da troše mnogo energije da bi se mogli koristiti u postojećim komercijalnim avionima.

Napredak u proizvodnji, razvoju veštačke inteligencije i novih senzora mogla bi da transformiše avijaciju u drugoj polovini 21. veka.

Ali šta se dešava danas? Pre poletanja, piloti proveravaju meteorološke izveštaje i proučavaju karte vazdušnih struja. Konsultuju se sa softverom za planiranje leta i proveravaju prognoze koje podrazumevaju grafičke smernice za turbulenciju (Graphical Turbulence Guidance – GTG) čijoj izradi je doprineo Pol Vilijams.

„Pre oko 20 godina mogli smo da predvidimo oko 60 odsto turbulencije. Danas je to više, negde oko 75 odsto i cilj nam je da taj broj povećamo“, precizirao je Vilijams i dodao da napredak koči pristup podacima o turbulenciji koje mere avioni. „Naučnici moraju da kupuju podatke, a to nije jeftino.“

Sa naprednim izračunavanjem, veštačkom inteligencijom i sve većim brojem satelita, prognoza vremena se poboljšava, ali postoji opšti nedostatak merenja vetra iznad Zemljine površine. Podaci koje imamo potiču sa oko 1.300 lokacija meteoroloških balona širom planete i iz akcelerometara na otprilike 100.000 komercijalnih letova.

Turbulence Aware, aplikacija iza koje stoji Međunarodna asocijacija za vazdušni saobraćaj (IATA), deli anonimne podatke o turbulenciji u realnom vremenu, a već je koriste avio-kompanije, uključujući Er Frans, Izi džet i Aer Lingus. Za putnike postoji sve veći broj aplikacija koje pružaju pristup podacima koji su do sada bili dostupni samo pilotima i kontrolama leta, a jedna od njih je Turbli.

„Koristim Turbli i otkrio sam da je prilično tačan, s obzirom na to da ne znaju vašu tačnu rutu, tako da ne mogu biti 100 odsto precizni. Ali to je pomalo situacija kao kada hipohondar gugla svoje simptome. Nisam siguran da uvek pomaže“, poručuje Vilijams.