تکان هاي ناشي از هواي متلاطم از علت هاي عمده آسيب ديدگي هاي در حين پرواز است. در بيست و پنج درصد موارد خلبان مجبور شده است تا مسير پرواز را تغيير دهد و در نخستين فرودگاه بنشيند. هر سال چندين تن در اثر تکان هاي هوايي آسيب هاي جوي مي بينند. در فاصله زماني بين سال هاي 2007 تا 2016 ميلادي 424 تن خدمه پرواز و مسافر آسيب هاي جدي ديده اند. اين عده در شرايطي که هواپيما در پرواز مستقيم بوده و ناگهان در جريان هواي متلاطم افتاده آسيب ديده اند.
در ماه مي سال 2017 يک فروند هواپيماي بوئينگ 777 در مسير مسکو به بانکوک در هواي متلاطم قرار مي گيرد و 25 تن از سرنشينان آسيب هاي جدي مي بينند و حتي چند تن دچار شکستگي مي شوند. در ماه ژوئن همان سال تعدادي از مسافران هواپيماي بوئينگ 737 شرکت هواپيمايي يونايتد که از پاناماسيتي، پاناما به طرف هوستون، تگزاس در حرکت بود بر فراز مکزيک در هواي متلاطم قرار مي گيرد و آسيب هاي جدي مي بينند به طوري که سه تن از مسافران بستري مي شوند. پرواز اديکن ايرلاينز که از يونان به فيلادلفيا در ايالات متحده پرواز مي کند چند لحظه پيش از نشستن با هواي متلاطم روبرو مي شود. در اين پرواز نيز تعدادي از مسافران آسيب هاي جدي مي بينند.
بيشتر اين حوادث بدون هيچ هشداري روي داده اند حتي بزرگترين هواپيماها هم در برابر اين گونه هواهاي متلاطم آسيب پذير هستند. بيشتر اين حوادث در ارتفاع پروازي بالاتر از 30 هزار پا و در حالي که مسافران صندلي خود را ترک کرده و ميهمانداران در حرکت بوده اند روي داده است.
به طور کلي سه نوع تکان هاي هوايي وجود دارد که مي تواند بر هواپيما تاثير بگذارد. تکان هاي هوايي (تلاطم هاي هوايي) مکانيکي که پس از گذشتن جريان هوا از موانع فيزيکي مانند ساختمان يا پستي بلندي هاي زمين تشکيل مي گردد. در اين صورت سرعت و جهت آن را مي توان پيش بيني کرد. تکان هاي بالارونده که بدون هيچ گونه نشانه اي مانند ابر تشکيل مي شود و تکان هايي مانند گذشتن از يک سطح داراي دست انداز است.
تکان هاي بالا رونده شديدي که در حاشيه ابرهاي جوششي (کومولوس) به وجود مي آيند. معمولا اين تکان ها به وسيله بعضي از انواع رادارهاي هواشناسي ديده مي شوند.
تکان هايي که به وسيله پديده باد قيچي تشکيل مي شود با بادهاي شديدي همراه است و احتمال دارد آشکار نباشد. زماني که وزش باد شديدي در سطح زمين گزارش مي شود، خلبانان مي توانند تکان هاي شديدي را پيش بيني کنند ولي در صورتي که اين پديده در ارتفاع بالاتري تشکيل شود، پيش بيني پذير نخواهد بود. بعضي وقت ها هواشناسان مي توانند مناطق داراي تلاطم هاي هوايي در ارتفاعات بالاتر را پيش بيني کنند. اين نوع تلاطم هوايي را که «تلاطم در هواي بدون ابر» ناميده مي شود، به وسيله چشم يا دستگاه رادار هواشناسي هواپيما ديده نمي شود. سازمان هواپيمايي کشوري پديده تلاطم در هواي بدون ابر را چنين توصيف مي کند: تکان هاي هوايي شديد ناگهاني در مناطق بدون ابر که تکان هاي شديدي به هواپيما مي دهد.
رديابي تکان هاي هوايي
رادار هواشناسي امواج ميکرو را به صورت پالس هاي کوتاه مي فرستند. در صورتي که اين امواج به چيزي در هوا برخورد کند، بخشي از انرژي آن به طرف رادار برمي گردد. يک گيرنده اين انرژي را دريافت و آن را به صورت تصويري روي صفحه رادار تبديل مي کند. قطره هاي آب انرژي را به خوبي برمي گردانند. در صورتي که کريستال هاي يخ به خوبي اين کار را انجام نمي دهند. به همين دليل به خوبي روي صفحه رادار به نمايش در نمي آيند. در «تلاطم در هواي بدون ابر» (تلاطم در آسمان صاف) که به آن Clear Air Turbulence يا AT نيز مي گويند ذره هاي حاوي رطوبت وجود ندارد.
بعضي از رادارهاي هواشناسي مانند رادار WSR-88-D در خدمات ملي هواشناسي ايالات متحده را مي توان در حالت «هواي صاف» قرار داد. در چنين حالتي رادار مي تواند کوچکترين ذره هاي حاوي رطوبت ذره هاي گرد و غبار و حتي حشره ها را رديابي کند. براي اين کار صفحه رادار بايد با سرعت بسيار کمي حرکت کند. اين رادار تنها در لايه هاي پايين اتمسفر کارايي دارد. به اين ترتيب هواپيماي متلاطم CAT در ارتفاعات بالاتر رديابي و شناسايي نخواهد شد.
رادارهاي هواشناسي داخل هواپيما نيز محدوديت هاي مشابهي دارند. اين رادارها مي توانند بارندگي را شناسايي کنند و در صورتي که توانايي داپلر داشته باشند مي توانند تکان هاي هوايي داخل بارندگي را نيز مشخص نمايند. اين رادارها نمي توانند هواي متلاطم در آسمان صاف يا CAT را شناسايي و مشخص کنند. به خاطر محدوديت هاي زماني، امکان شناسايي هواي متلاطم در آسمان صاف امکان پذير نخواهد بود زيرا سرعت ارزيابي رادار آنقدر آهسته و کند خواهد بود که کارايي نخواهد داشت. در اين صورت با همان مشکلات رادارهاي معمولي همراه خواهد بود. طول موج امواج ميکرو آنقدر بزرگ خواهد بود که نمي تواند ذره هاي بسيار ريزي را که با هواي متلاطم در آسمان صاف همراه است را رديابي و شناسايي کند.
در دهه 1960 رادار ردياب نور و برد (فاصله) توسعه يافت کهLight Detection and Ranging=LIDAR ناميده مي شود. در اين سامانه نيز مانند رادار معمولي، انرژي منتشر مي شود و پس از برخورد به هر شئي يا ذره بخشي از آن به طرف آنتن برمي گردد ولي در اين سامانه از نور استفاده مي شود که طول موج کوتاهتري دارد و مي تواند ذره هاي بسيار کوچکتر را دريافت و شناسايي کند. پالس هاي متمرکز نور از يک ليزر بيشترين بازدهي را دارد. حسگرهاي عدسي نور پخش شده را رديابي مي کنند. پديده داپلر در نور هم صدق مي کند. به اين ترتيب که طول موج انرژي که برمي گردد تغيير مي يابد. از ليدار به همراه داپلر در بسياري از فرودگاههاي جهان استفاده مي شود. به اين ترتيب وجود پديده اي گردباد توليد شده به وسيله بال هاي هواپيما مشخص مي گردد. به اين ترتيب ليدار داپلر کارايي لازم را براي نشان دادن هواي متلاطم در آسمان صاف CAT را خواهد داشت.
مشکلات
به طور کلي مشکلات هواي متلاطم در آسمان صاف چند جنبه دارد. نخست توسعه فناوري رديابي اين نوع هواي متلاطم امکان پذير است. اين سامانه بايد کوچک و سبک باشد تا بتوان آن را در هواپيما نصب کرد. در ضمن اطلاعات به دست آمده بايد هر چه زودتر در دسترس قرار بگيرد تا خلبان بتواند اقدامات لازم را انجام دهد. دوم اينکه براي محافظت از خدمه و مسافران چه گام هايي مي توان برداشت؟
در دهه گذشته تلاش هايي براي ساخت سامانه ليدار که بتوان آن را در هواپيما نصب کرد صورت گرفته است. يک نمونه اوليه به وسيله يک شرکت فرانسوي به نام تيل ساخته شد. البته اين پروژه به خاطر موانع اقتصادي متوقف شد. البته گفتني است که تلاطم آسمان صاف (منظور بدون ابر است) به هواپيمايي که خوب نگهداري شده باشد آسيب نمي زند. اگر چه وارد شدن به منطقه داراي چنين تکان هاي هوايي مي تواند به سرنشينان هواپيما آسيب هاي جدي وارد کند ولي احتمال آسيب به سرنشينان هواپيما دارد. البته به خاطر اينکه ايمني سازه هواپيما را به خطر نمي اندازد، کارخانه هاي سازنده و شرکت هاي هواپيمايي هيچ تمايلي نسبت به توسعه و به کارگيري سامانه رديابي اين نوع تکان هاي در حين پرواز ندارد.
پيشرفت ها
به نظر مي آيد پيشرفت هايي در اين زمينه صورت گرفته باشد. آژانس اکتشافات هوا فضاي ژاپن توسعه يک ليدار داپلر را در سال 2010 آغاز کرد. اين دستگاه به اندازه اي کوچک بود که مي توانستند آن را در هواپيما نصب کنند. در سال 2011 همين آژانس دستگاه ليدار داپلري ساخت که 150 کيلوگرم وزن داشت ومي توانست تا ارتفاع 40 هزار پايي تلاطم هاي هوايي در آسمان صاف را تا فاصله 5 مايل جلوتر از هواپيما را رديابي و شناسايي کند. در فوريه 2012 اين سامانه با موفقيت آزمايش شد. گفته مي شد که براي نخستين بار در حين پرواز تلاطم هوايي در آسمان صاف را تشخيص داد و شناسايي کرد. قرار است که اين آژانس براي آزمايش هاي پروازي بيشتر با بوئينگ همکاري هاي نزديکي داشته باشد.
آزمايش هاي پروازي از فرودگاه بوئينگ و به وسيله يک فروند بوئينگ 777 متعلق به شرکت هوايي فدرال اکسپرس انجام خواهد شد. سامانه جديدي که در اين آزمايش هاي پروازي استفاده مي شود 84 کيلوگرم وزن دارد و تا فاصله 17 کيلومتر جلوتر از هواپيما را دريابي مي کند. به اين ترتيب در حين پرواز خلبان 70 ثانيه فرصت براي آماده سازي هواپيما فرصت دارد. يعني چراغ کمربندها روشن و به ميهمانداران اعلام شود تا هر چه سريعتر بنشينند.
اين آزمايش ها بخشي از يک پروژه بزرگتر است. اطلاعات به دست آمده از سامانه رديابي و شناسايي ليدار داپلر به سامانه کاهش تکان هاي هوايي داده مي شود. حسگرهاي موجود در اين سامانه به حالت آماده باش در مي آيند. در صورت مشاهده نخستين تکان هاي هواپيما سطوح کنترل مانند شهپرها، بالابرها و سکان هواپيما با انجام حرکت هاي لازم، تکان هاي هوايي را به کمترين ميزان کاهش خواهند داد. در حال حاضر اين سامانه در بوئينگ 787 وجود دارد. مجموعه اين سامانه ها مي تواند به ميزان 60 درصد از آسيب هاي ناشي از تکان هاي هوايي بکاهد.
پيش بيني ها
در ماه مارس سال 2017 پژوهشگران آب و هوا در دانشگاه ريدينگ انگلستان چنين گزارش کرده اند که به خاطر تغييرات آب و هوايي بر ميزان تکان هاي هوايي افزوده خواهد شد. تنها در مسيرهاي هوايي شمال اقيانوس اطلس پيش بيني مي شود که به ميزان 10 درصد بر ميزان تکان هاي هوايي در ارتفاعات پروازي افزوده شود. البته نتيجه پژوهش هاي جديدتر نشان مي دهد که وضعيت خيلي وخيم تر است.
دانشمندان مي گويند که با استفاده از الگوي شبيه سازي آب و هوايي براي دوره بين 2050 تا 2080 دريافته اند که تکان هاي هوايي شديدتري در آسمان صاف وجود خواهد داشت. به ويژه در عرض هاي جغرافيايي مياني که بيشترين پروازهاي مسافري انجام مي شود. دانشمندان مي گويند در عين حال افزايش چشمگيري در پروازهاي بين المللي در همين عرض هاي جغرافيايي پيش بيني مي شود که با افزايش تکان هاي هوايي در آسمان صاف نيز همراه خواهد بود.
براساس اين پيش بيني ها ميزان تکان هاي هوايي در شمال اقيانوس اطلس 181 درصد، در اروپا 161 درصد ،113 درصد در آمريکاي شمالي و 50 درصد در ساير نقاط جهان افزايش خواهد يافت.