Đề tài về hệ thống tự động phát hiện vùng xóc máy bay (turbulencja)

Việc phát hiện các vùng xóc máy bay là gót chân Achilles của ngành hàng không hiện nay. Phương pháp rẻ nhất và hay áp dụng nhất vẫn là báo cáo chủ quan và nhiều lúc không chính xác của các phi công. Ở Khoa Vật Lý, ĐHTH Vác sa va người ta đã trình bày một phương pháp nhanh và chính xác hơn nhiều: đấy là phát hiện các vùng xóc (turbulencja) chỉ trên cơ sở các số liệu tiêu chuẩn đang gửi từ các máy bay của các hãng hàng không đang hoạt động.

Bất cứ ai đã bay và gặp vùng xóc đều biết rõ cảm giác ấy không hề dễ chịu và cảm thấy an toàn cả. Mặc dù có sự tiến bộ của kỹ thuật, việc phát hiện các hiện tượng khí quyển nguy hiểm này còn xa mới có thể gọi là hoàn hảo. Hiện mọi thứ cho thấy các số liệu cho phép tránh các vùng gây xóc và cả để dự báo nó đã được ghi lại đều đặn từ nhiều năm nay rồi! Anh Jacek Kopeć, nghiên cứu sinh khoa Lý ĐHTH Vác sa va (FUW) và cán bộ Trung tâm Đa ngành Mô hình toán và Máy tính ĐHTH (Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego UW), đã lấy được các thông tin quý giá này từ các tham số bay vẫn được các transponder lắp trên phần lớn các máy bay hiện đại gửi về bình thường. Phương pháp mới phát hiện vùng xóc này rất độc đáo và có nhiều khả năng áp dụng dễ dàng và rộng rãi, do vậy bài báo về vấn đề này đã được phần thưởng của ban biên tập tạp chí „Atmospheric Measurement Techniques”.

 

 

 

Các máy bay thương mại hiện nay bay thường ở độ cao 10-15 km, nơi nhiệt độ hại tới -60 độ C. Các điều kiện để đo các tham số của bầu khí quyển ở đó là rất khó khăn, đấy là lí do vì sao người ta không tiến hành nghiên cứu nó một cách hệ thống trên diện rộng. Việc thiếu các số liệu chính xác và cập nhật làm cho máy bay và hành khách dễ bị nguy hiểm, cũng như hạn chế việc phát triển lý thuyết và công cụ dự báo vùng xóc máy bay, anh Jacek Kopeć nói.

 

 

 

Hiện nay phương pháp chủ yếu để thu thập số liệu về turbulencja là PIREP, tức là báo cáo do các phi công chuyển về theo liên lạc vô tuyến và do các nhân viên kiểm tra không lưu chuyển tới phi công của các máy bay khác. Do đánh giá chủ quan nên các số liệu nhận được không chính xác cả về nơi xuất hiện turbulencja lẫn cường độ của nó thường được báo về không chuẩn. Các số liệu chính xác hơn do các máy bay đặc biệt AMDAR (Aircraft Meteorological Data Relay) chuyển về. Nhưng vì lý do giá cao, nên các số liệu thu được trên các chiều cao bay được gửi đi rất thưa, nên trong thực tế không thể dùng chúng để phát hiện và dự báo vùng có turbulencja được.

 

 

 

Các máy bay chở khách đều có trang bị các bộ cảm biến ghi lại nhiều tham số bay. Rất tiếc là nhiều số liệu không được công bố, còn phần còn lại có thể xem được chỉ chứa các tham số cơ bản nhất như vị trí máy bay (truyền theo dạng ADS-B; trang mạng nhiều người dùng FlightRadar24 hoạt động trên cơ sở này) hay độ cao máy bay so với mặt đất và khí quyển (số liệu theo dạng Mode-S). Trong khi đó để phát hiện turbulencja ta cần có số liệu về gia tốc máy bay theo phương thẳng đứng.

 

 

 

Gia tốc máy bay theo phương thẳng đứng làm hành khách cũng như máy bay khó chịu nhất, anh Jacek Kopeć tiếp tục giải thích: Rất tiếc là chính các số liệu này chúng tôi không có. Vì vậy chúng tôi quyết định kiểm tra xem có thể dùng các tham số khác có trong các đường truyền Mode-S và ADS-B để có nó hay không. Chiếc máy bay chúng tôi đã dùng trong đề tài có được trang bị một chiếc transponder thích hợp. Do một sự ngẫu nhiên, các thông tin truyền từ chiếc transponder này đã được một đồng tác giả của chúng tôi là Siebren de Haan làm việc ở Viện Khí tượng Hoàng gia Hà Lan (Royal Netherlands Meteorological Institute) ghi lại, anh Jacek Kopeć nói tiếp.

 

 

 

Các nhà khoa học ở khoa Lý ĐHTH Vác sa va đã thử dùng ba thuật toán phát hiện vùng turbulencja. Thuật toán đầu dựa trên thông tin về vị trí máy bay (truyền tin ADS-B). Các phép thử ban đầu và so nó với các tham số do máy bay có các thiết bị đo đang bay ở vùng đó không mang lại kết quả mong muốn. Hai thuật toán sau mỗi thuật toán theo cách của mình đã sử dụng các thông tin truyền về bốn giây một lần ở dạng Mode-S. Trong một lần phân tích chúng tôi đã dùng thuật toán tiêu chuẩn về lý thuyết turbulencja, và một lần nữa chúng tôi đã cải tiến, dùng phương pháp xác định cường độ turbulencja dùng trong đo mức turbulencja của phân bố các bụi cây thấp trong rừng ở tỷ lệ rất nhỏ. Hóa ra là sau khi xác định vận tốc gió ở gần máy bay và phân tích các thay đổi của nó ở các thời điểm tiếp theo với sự trợ giúp của hai phương pháp lý thuyết nói trên, chúng tôi có thể tìm ra các vùng turbulencja với độ chính xác đến 20 km. Máy bay bay qua khoảng cách này mất chừng 100 giây, vì thế độ chính xác nói trên đủ để các phi công có cách tránh chúng.

 

 

 

Hệ thống phát hiện vùng xóc do Viện Địa Vật lý, ĐHTH Vác sa va đề xuất không đòi hỏi phải đầu tư nhiều thêm gì vào hệ thống hàng không đang sử dụng: để nó hoạt động chỉ cần một phần mềm và một máy tính nối với máy nhận số liệu Mode-S từ các transponder của các máy bay mà đây là trang bị tiêu chuẩn của mọi đơn vị theo dõi vận chuyển hàng không ở châu Âu. Vai trò các đầu đo trong hệ thống này chỉ chính là các máy bay đang bay trên bầu trời châu Âu, nó tạo ra mạng rất dầy đặc cho các điểm đo.

 

 

 

Trong các tháng tới, chúng tôi còn nhiệm vụ hoàn thiện phần mềm. Phần quan trọng nhất thì đã xong: chúng tôi đã chứng minh được phương pháp phát hiện vùng turbulencja do chúng tôi đề ra trong thực tế đã hoạt động và có khả năng truyền các thông tin cho các phi công để tránh các vùng xóc trong khí quyển. Giáo sư tiến sỹ Szymon Malinowski (FUW), người hướng dẫn luận án của anh Jacek Kopeć và là đồng tác giả của bài báo còn nói là việc phát hiện vùng xóc còn cho phép hoàn thiện các phương pháp dự báo hàng không nữa.

 

 

 

  Đề tài về phát hiện vùng turbulencja trong khuôn khổ một nghiên cứu do Narodowe Centrum Nauki tài trợ. Các cuộc bay đo đạc lấy số liệu cho đề tài đã được VII Program Ramowy Unii Europejskiej trả chi phí.