Турбуленције све јаче и чешће, може ли авио-индустрија да „смири“ небо

Када је авион Сингапур ерлајнса захватила јака турбуленција током преласка изнад јужног дела Мјанмара 2024. године, много људи нашло се на поду. Почетком овог пролећа, боинг 787 америчке компаније Јунајтед ерлајнса такође је имао проблема са турбуленцијом док је летео изнад Филипина. Стјуардеса је полетела ка плафону, што је резултирало потресом мозга и преломом руке.

Инциденти са турбуленцијом попут ових су у порасту као резултат климатских промена. Јака турбуленција чистог ваздуха означава појаву „веома грубо струјање ваздуха“ које је невидљиво сателитима, радару и људском оку.

Ова врста турбуленција чешћа је чак 55 одсто у односу на 1979. годину када је почело бележење поузданих метеоролошких мерења, показали су резултати истраживања Пола Вилијамса, професора на Универзитету у Редингу.

Турбуленција – опасна и скупа

Очекује се да ће се турбуленције утростручити широм света до 2050-их и вероватно ће имати велики утицај на руте широм источне Азије и северног Атлантика.

Такође, овај пораст могао би утицати на спремност људи да уопште лете. Међу најчешћим разлозима које људи наводе када оправдавају страх од летења су губитак контроле и претходно искуство са турбуленцијом.

Турбуленција, осим тога што је потенцијално опасна, такође кошта ваздухопловну индустрију, јер изазива хабање летелица и продужава неке летове због тога што пилоти покушавају да је избегну. Такви маневри значе потрошњу веће количине горива и повећање емисија.

Иако турбуленције најчешће изазивају само нелагодност, а не повреде или смрти, све већи обим хаотичних кретања у атмосфери доводи до тога да су авио-компаније, научници и инжењери приморани да се суоче са проналажењем начина за ублажавање проблема.

Компанија "Turbulence Solutions" са седиштем у Бадену, у Аустрији, развила је веома мала закрилца која се могу додати већим закрилцима или елеронима на крилима авиона. Та сасвим мала закрилца благо подешавају свој угао како би се супротставила променама протока ваздуха на основу очитавања притиска измереног непосредно испред њих на предњој ивици крила. То помаже при стабилизацији авиона, слично као што птице подешавају своје перје током лета.

Из компаније наводе да та технологија може смањити ефекте турбуленције које путници осећају за више од 80 одсто. До сада је технологија тестирана само на малим авионима иако је извршни директор Андраш Галфи, који је и сам пилот, уверен да ће моћи да се примени и на много веће авионе.

„Уврежено мишљење је да можете или избећи или се борити са турбуленцијом тако што ћете причврстити и ојачати крило. Али ми кажемо да је не морате прихватити. Потребан вам је само прави контрасигнал. За лаке авионе увек је постојао овај проблем, али чак и за комерцијалну авијацију постаје све озбиљнији јер турбуленција постаје учесталија“, објашњава Галфи.

Вештачка интелигенција, машинско и дубоко учење (можда) могу да помогну 

Лет кроз вртлоге и узлазне струје са минималним поремећајима захтева не само прецизно инжењерство већ и много напредне математике и анализу динамике флуида. (Ваздух, као и вода, је флуид). То ће увек бити компликовано јер је фундаментална природа турбуленције да је хаотична. Мале пертурбације, од начина на који ветар скреће са зграде до трага другог авиона, могу пореметити ваздушне струје. Људима је тешко да то схвате, али вештачка интелигенција могла би лакше да се избори са тим.

„Машинско учење је веома добро у проналажењу образаца унутар високодимензионалних података. Турбуленција би могла бити савршена примена за вештачку интелигенцију“, каже Рикардо Винуеса, истраживач механике флуида, инжењерства и вештачке интелигенције на Краљевском технолошком институту у Стокхолму.

У недавно спроведеном експерименту, Винуеса и његове колеге из Центра за супер рачунаре у Барселони и данског Технолошког универзитету у Делфту, тестирали су систем вештачке интелигенције који је контролисао „синтетичке налете“ ваздуха на симулираном крилу авиона.

Сама вештачка интелигенција је тренирана коришћењем дубоког учења са појачањем, процеса у којем модел учи методом покушаја и грешака, као када мало дете учи да хода.

„Можемо користити вештачку интелигенцију да бисмо креирали веома прецизне нумеричке симулације протока ваздуха на основу мерења извршених директно на крилу. И тамо где се неуронске мреже обично сматрају црним кутијама, ми користимо вештачку интелигенцију, која нам омогућава да утврдимо која су мерења најважнија за предвиђања која генерише модел“, прецизирао је Винуеса.

Винуеса и његове колеге сарађују са технолошким компанијама на даљем развоју технологије.

Разни модели детекције турбуленције у развоју

Прошле године, тим стручњака Калтека, то јест Технолошког института Калифорније (The California Institute of Technology – Caltech) и Енвидије (Nvidia) применио је екстремну турбуленцију унутар аеротунела како би тестирао систем за детекцију и предвиђање за дронове који покреће вештачка интелигенција. Резултати су били интересантни.

Стручњаци у Насином истраживачком центру у Ленглију тестирали су наменски направљен микрофон који може да детектује екстремно ниске инфразвучне фреквенције које стварају вртлози турбуленције чистог ваздуха на удаљености до 480 километара.

Још један приступ који је у активном развоју најмање од 2010. године укључује употребу детекције и одређивања даљине светлости (Light Detection and Ranging – Lidar) за креирање 3Д мапе ваздуха око авиона, слично као што аутономни аутомобили стварају „облак тачака“ оближњих објеката и возила, како би се кретали кроз своје окружење.

Кинеска студија из 2023. године предложила је Lidar систем „двоструке таласне дужине“, за који тврде да може да уочи лагане до умерене турбуленције чистог ваздуха између седам и 10 километара испред летелице. Нажалост, мања густина молекула ваздуха на великим висинама значи да инструменти постају превелики, тешки и да троше много енергије да би се могли користити у постојећим комерцијалним авионима.

Напредак у производњи, развоју вештачке интелигенције и нових сензора могла би да трансформише авијацију у другој половини 21. века.

Али шта се дешава данас? Пре полетања, пилоти проверавају метеоролошке извештаје и проучавају карте ваздушних струја. Консултују се са софтвером за планирање лета и проверавају прогнозе које подразумевају графичке смернице за турбуленцију (Graphical Turbulence Guidance – GTG) чијој изради је допринео Пол Вилијамс.

„Пре око 20 година могли смо да предвидимо око 60 одсто турбуленције. Данас је то више, негде око 75 одсто и циљ нам је да тај број повећамо“, прецизирао је Вилијамс и додао да напредак кочи приступ подацима о турбуленцији које мере авиони. „Научници морају да купују податке, а то није јефтино.“

Са напредним израчунавањем, вештачком интелигенцијом и све већим бројем сателита, прогноза времена се побољшава, али постоји општи недостатак мерења ветра изнад Земљине површине. Подаци које имамо потичу са око 1.300 локација метеоролошких балона широм планете и из акцелерометара на отприлике 100.000 комерцијалних летова.

Turbulence Aware, апликација иза које стоји Међународна асоцијација за ваздушни саобраћај (IATA), дели анонимне податке о турбуленцији у реалном времену, а већ је користе авио-компаније, укључујући Ер Франс, Изи џет и Aer Lingus. За путнике постоји све већи број апликација које пружају приступ подацима који су до сада били доступни само пилотима и контролама лета, а једна од њих је Turbli.

„Користим Turbli и открио сам да је прилично тачан, с обзиром на то да не знају вашу тачну руту, тако да не могу бити 100 одсто прецизни. Али то је помало ситуација као када хипохондар гугла своје симптоме. Нисам сигуран да увек помаже“, поручује Вилијамс.