RU2650850C2 - Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла - Google Patents
Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650850C2 RU2650850C2 RU2015115459A RU2015115459A RU2650850C2 RU 2650850 C2 RU2650850 C2 RU 2650850C2 RU 2015115459 A RU2015115459 A RU 2015115459A RU 2015115459 A RU2015115459 A RU 2015115459A RU 2650850 C2 RU2650850 C2 RU 2650850C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- volcanic
- airspace
- uav
- products
- aircraft
- Prior art date
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 24
- 239000000428 dust Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000011160 research Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract 2
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract 2
- 239000002956 ash Substances 0.000 claims description 80
- 230000010006 flight Effects 0.000 claims description 12
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 5
- 235000002918 Fraxinus excelsior Nutrition 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 206010037844 rash Diseases 0.000 description 39
- 239000000047 product Substances 0.000 description 19
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000383 hazardous chemical Substances 0.000 description 4
- CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N sulfluramid Chemical group CCNS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)C(F)(F)F CCEKAJIANROZEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 3
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 3
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 2
- 208000019901 Anxiety disease Diseases 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000036506 anxiety Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 231100000481 chemical toxicant Toxicity 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 208000015181 infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 210000004400 mucous membrane Anatomy 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000012857 radioactive material Substances 0.000 description 1
- 238000011897 real-time detection Methods 0.000 description 1
- 230000033764 rhythmic process Effects 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 239000005437 stratosphere Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000013316 zoning Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
- G01V1/02—Generating seismic energy
- G01V1/04—Details
- G01V1/06—Ignition devices
- G01V1/08—Ignition devices involving time-delay devices
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области авиационной метеорологии и может быть использовано для мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла в целях обеспечения безопасности полетов. Сущность: измеряют текущие значения концентраций продуктов извержения вулкана с помощью оборудования, установленного на беспилотном летательном аппарате (БПЛА). В состав исследовательского оборудования БПЛА входят газоанализатор, пылемер, радиометр, локаторы LIDAR и пассивные ИК-датчики, аппаратура для определения скорости и направления ветра. Сопоставляют полученные результаты с ПДК. Строят трехмерную модель распределения в атмосфере концентраций загрязняющих веществ. Технический результат: повышение точности результатов мониторинга. 3 з.п. ф-лы.
Description
Изобретение относится к авиационной метеорологии к разделу метеорологического обеспечения полетов, а именно к способу мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облака вулканического извержения.
Проблеме безопасности полетов при извержениях вулканов с выбросом вулканических пеплов уделяется большое внимание во всем мире. В последние десятилетия, когда в мире резко возросла интенсивность воздушных перевозок, все более частыми становятся инциденты с самолетами, попавшими в облака вулканического пепла. Облака пепла и взвешенных частиц, образующиеся в результате извержения, представляют серьезную опасность для самолетов [1, 2, 3, 6].
Помимо потенциальной угрозы стать причиной крупного авиационного происшествия вулканический пепел проводит к огромным экономическим издержкам в международной гражданской авиации, связанным с многочисленными случаями полной замены силовых установок летательных аппаратов (ЛА), капитальным ремонтом турбореактивных двигателей (ТРД), восстановлением планеров, заменой стекол, приемников воздушного давления и т.п. Задержки воздушных судов (ВС) и отклонение от заданных маршрутов для обхода районов, загрязненных вулканическим пеплом, приводят к существенным расходам авиакомпаний, работающих в регионах, подверженных влиянию вулканической деятельности [6].
Верхняя часть грибообразного облака пепла (“зонтичная область” колонны вулканического пепла), распространяясь вначале радиально, а затем под влиянием ветра преимущественно в одном или нескольких конкретных направлениях в различных слоях атмосферы, в наибольшей степени затрагивает авиацию. При этом происходит загрязнение огромных объемов воздушного пространства вулканическим пеплом высокой концентрации на высотах от 10 до 14 км, использующихся как стандартные эшелоны крейсерского полета реактивных воздушных судов [1, 6].
Размеры облака вулканического пепла и его последующее удаление от места нахождения вулкана зависят от сочетания таких факторов, как естественное рассеивание облака в атмосфере и его перемещение как единого целого под воздействием тропосферных и стратосферных ветров. В зависимости от профиля ветра на высотах облако пепла может быть разрезано ветром и двигаться в заметно различающихся направлениях на разных уровнях в атмосфере. Это увеличивает вероятность контакта реактивных воздушных судов с облаком вулканического пепла значительной концентрации в сотнях километров от вулканического извержения. В случаях когда колонна вулканического пепла проникает в стратосферу, то образовавшееся из него облако вулканического пепла может быть перенесено на расстояние порядка тысяч километров [6]. Вследствие того что тончайшие частицы пепла, имеющие размерность микрометров, осаждаются водой-льдом плохо, они могут оставаться в атмосфере во взвешенном состоянии годами, особенно на уровнях выше облаков [1].
Присутствие в атмосфере вулканического пепла представляет серьезную угрозу для воздушного судна. Он приводит к повреждению турбореактивных двигателей, абразивному истиранию остекления кабины экипажа, планера ВС и его аэродинамических поверхностей, засоряет систему приемника воздушного давления, проникает в систему кондиционирования воздуха и охлаждения оборудования, загрязняет электрическую и электронную бортовую аппаратуру, топливные и гидравлические системы [6].
Для воздушных судов с реактивной силовой установкой наиболее серьезную опасность представляет возможность повреждения двигателей из-за присутствия в атмосфере вулканического пепла. Повреждение реактивных двигателей в целом обусловлено тремя причинами.
Первая и наиболее важная состоит в том, что точка плавления вулканического пепла ниже рабочих температур турбореактивного двигателя (ТРД) при условиях тяги, превышающих тягу на режимах малого газа. Пепел расплавляется в камере сгорания ТРД и наплавляется на лопатки контура высокого давления (КВД) и на лопатки турбины, что в конечном итоге вызывает помпаж двигателя.
Будучи абразивным вулканический пепел повреждает воздушные тракты ротора компрессора и законцовок лопаток компрессора высокого давления, что приводит к уменьшению эффективности турбины высокого давления и тяги двигателей. Такая эрозия приводит у уменьшению запаса двигателя по срыву. При этом абразивное разрушение элементов двигателя является необратимым.
Пепел может забивать входные отверстия топливной системы и системы охлаждения, например, загрязнение топливных форсунок затрудняет или делает невозможным повторный запуск двигателя [6].
Кроме этого вулканический пепел оказывает негативное воздействие на планер и оборудование воздушного судна. Свое абразивное воздействие пепел может оказывать на стекла кабины экипажа, передние кромки аэродинамических поверхностей и хвостовое оперение, а также подобно пескоструйной обработке снимать краску с планера летательного аппарата. Вулканический пепел может приводить к повреждению любых выступающих элементов на планере воздушного судна, таких как антенны, датчики, сигнализаторы обледенения, датчики угла атаки, и даже выводить их из строя. Абразивное воздействие пепла на стекла кабины экипажа ухудшает передний обзор и с точки зрения авиационной безопасности может представлять серьезную проблему при посадке ВС. Повреждение антенн может привести к полной потере ВЧ-связи и ухудшению ОВЧ-связи. Повреждение различных датчиков может вызвать серьезное искажение информации, которую пилот получает с помощью приборов, установленных в кабине экипажа, и, таким образом, затруднить управление воздушным судном.
В связи с тем что продолжительность воздействия пепла на авиационные двигатели и режим работы двигателей на момент контакта с облаком пепла оказывают непосредственное влияние на пороговую величину концентрации пепла, представляющей опасность для воздушного судна, рекомендованным порядком действий ИКАО в случае с вулканическим пеплом является независимо от концентрации пепла - избегать в полете зон распространения шлейфа вулканического извержения [6].
При этом Европейское объединенное управление гражданской авиации в новых правилах полетов в условиях облака вулканического пепла определило безопасную для двигателей самолетов концентрацию пепла в воздухе 0,002 грамма на кубометр воздуха [5].
Наряду с пеплом вулканы могут испускать значительное количество газов, в том числе и ядовитых. Одним из самых вредных газов является двуокись серы, которая обладает едким запахом и даже при небольшой концентрации раздражает слизистые оболочки носа, горла и глаз. Двуокись серы может распространяться на значительное расстояние от ее источника. Газ реагирует с влажным воздухом, образуя крошечные капли серной кислоты. Эти капли настолько малы, что содержатся в воздухе в виде тонкой взвеси в течение неопределенно долгого времени. Аэрозоль серной кислоты может образовать вулканический смог, качество воздуха при этом часто опускается ниже стандартов [7].
Для обеспечения безопасности полетов в воздушном пространстве, подверженном влиянию вулканического извержения, необходимо обеспечить организацию полетов, исключающую попадание ВС в те части облака вулканического пепла и прилегающие к ним области, которые представляют опасность для авиации. В этих целях представляется необходимым организация мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла.
В настоящее время ИКАО рассматривает в качестве окончательного решения вопроса о дистанционном слежении за вулканами использование искусственных спутников земли (ИСЗ). К настоящему времени достигнут существенный прогресс в деле обнаружения вулканического пепла на основе анализа метеорологических данных, получаемых с помощью искусственных спутников земли, особенно данных в некоторых диапазонах инфракрасных волн, а также в области прогнозирования траектории перемещения облаков вулканического пепла с использованием моделей расчета на ЭВМ [6].
Накопленный в настоящее время опыт по обеспечению безопасности полетов в регионах с интенсивной вулканической деятельностью в целях реальной оценки ситуации в воздушном пространстве предполагает разделение облака вулканического извержения на зоны по степени опасности для авиации. Например в [1] предложено следующее зонирование вулканического шлейфа:
1. Зона интенсивного пеплопада (в радиусе 100-300 км от вулкана), которую необходимо полностью закрыть для полетов;
2. Зона пеплопада с содержанием пепла от 0,2 до 1 г на 1 куб. м воздуха, которую следует закрыть частично (вдоль оси пеплопада);
3. Зона возможного пеплопада - в этом секторе решение о полетах принимается в зависимости от визуального состояния атмосферы, и полеты нужно отменять временно и частично;
4. Зона аэрозольного загрязнения атмосферы (которое может сохраняться несколько лет, раз за разом огибая Земной шар) - в пределах которой отменять полеты нет необходимости, поскольку аэрозольный шлейф не представляет непосредственной опасности для полетов ВС, в том числе для турбореактивных двигателей самолетов.
Известен способ выявления зон загрязнений атмосферного воздуха (пат.RU №2018156, опубл. 15.08.1994), заключающийся в том, что для контроля чистоты воздуха населенных мест получают изображение земной поверхности путем проведения космической съемки в инфракрасном диапазоне спектра 0,8-0,9 мкм, определяют координаты точек полученного изображения, измеряют величины уровня яркости участков изображения земной поверхности и обрабатывают результаты измерений, при котором квантуют участки изображения по уровню яркости, окрашивают в условные цвета участки изображения различного оптического контраста и выделяют участки изображения земной поверхности с условными цветами, контрастными условным цветам окружающих их участков изображения [8].
Недостатком способа является:
- использование дорогостоящего оборудования для космомониторинга;
- невозможность выявления локальных загрязнений на различных горизонтальных уровнях в атмосфере;
- невозможность четкого деления атмосферы на зоны по степени загрязненности, в первую очередь продуктами извержения вулканов.
Известен способ обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации ее последствий (пат. RU №2350368, опубл. 27.04.2008), заключающийся в том, что для обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации ее последствий, прежде всего катастрофического характера, на борту беспилотного летательного аппарата (БЛА) установлены средства наблюдения района чрезвычайной ситуации, в том числе в оптическом и/или инфракрасном диапазоне, а также средства определения координат и средства передачи по радиоканалу связи данных наблюдения и координат, причем средства дистанционного пилотирования беспилотного летательного аппарата и средства приема по радиоканалу связи данных наблюдения района чрезвычайной ситуации и его координат установлены на станции мониторинга и управления [9].
Недостатком способа является:
- использование БЛА только для обнаружения чрезвычайной ситуации;
- оборудование БЛА позволяет лишь фиксировать события, при этом с точки зрения решаемой проблемы на борту летательного аппарата отсутствует оборудование для определения концентрации веществ, представляющих опасность для полетов авиации;
- не определены маршруты (траектории) полета БПЛА для обнаружения зон развития чрезвычайных ситуаций.
Известен способ мониторинга атмосферного воздуха (пат. RU №2471209, опубл. 27.12.2012), принятый за прототип, включающий определение концентрации опасных веществ в рабочей зоне объекта, санитарно-защитной зоне, зоне защитных мероприятий и опасной зоне окружающей среды, сравнение полученных результатов с ПДК, прогнозирование зоны заражения и зоны поражающего действия, учитывая метеоусловия и объем выброса опасных веществ, отличающийся тем, что определение текущего значения концентрации опасных веществ осуществляют с помощью беспилотного летательного аппарата (БЛА), оснащенного навесным оборудованием, на нескольких горизонтальных уровнях от 0 до 1000 м с шагом 50-100 м, а на каждом горизонтальном уровне в заданных точках по спирали Архимеда, и передают измеренные значения концентраций на пост дистанционного наблюдения, где строят поля концентрации и по ним определяют преимущественное направление переноса опасного вещества для каждого горизонтального уровня [10].
Недостатками данного способа применительно к решению сформулированной выше проблемы является следующее.
- Продолжительность, дальность и потолок полета заявленного класса БПЛА не позволяют осуществлять мониторинг зон воздушного пространства, подверженного влиянию вулканического шлейфа.
- В процессе мониторинга атмосферы не производится сравнение полученных результатов с предельно допустимыми значениями концентрации продуктов извержения вулкана, обеспечивающими безаварийную эксплуатацию воздушных судов, в первую очередь оборудованными турбореактивными двигателями.
- Отсутствие на борту БПЛА оборудования (оптических локационных систем) для дистанционного обнаружения в воздушном пространстве, подверженного влиянию распространяющихся облаков вулканического пепла, зон с концентрацией продуктов извержения вулканов: 1 - опасных для полетов авиации; 2 - делающих невозможным безаварийное применение БПЛА по назначению.
- Отсутствие алгоритма использования данных искусственных спутников земли и результатов прогноза траекторий смещения и эволюции облаков вулканического пепла на различных уровнях для разработки на этапе подготовки исследовательского полета БПЛА оптимальных маршрутов и траекторий мониторинга воздушного пространства.
- Отсутствие на борту БПЛА аппаратуры для определения параметров ветра (направления и скорости) в заданных точках и высотах в исследуемой части воздушного пространства для уточнения и прогноза траекторий смещения облаков вулканического пепла на различных уровнях.
Известно устройство AVOID (Airborne Volcanic Object Identifier and Detector - “Опознаватель и детектор вулканических объектов в воздухе”), которая включает в себя размещенное на борту самолета инфракрасное оборудование, позволяющее обнаруживать вулканический пепел в полете на дальностях порядка 100 км впереди ВС на высотах от 1.5 до 15 км. Система передает изображение облака вулканического пепла на дисплей экипажа самолета, позволяя ему скорректировать маршрут полета для его своевременного обхода, и мониторы диспетчеров служб организации воздушного движения для создания в режиме реального времени обобщенной картины распространения в пространстве вулканического пепла. Это позволяет держать открытым большие участки воздушного пространства вместо их тотального закрытия во время извержения вулканов, что в конечном счете минимизирует перебои в воздушном движении [5, 11].
Недостатками AVOID является следующее.
- Система не позволяет проводить целенаправленный, безопасный для экипажа мониторинг атмосферы непосредственно в зонах распространения вулканического шлейфа с инструментальным определением концентрации продуктов вулканического извержения для создания точной трехмерной модели распространения вулканического пепла в воздушном пространстве.
- Система не позволяет создать детальную картину загрязнения воздушного пространства различными продуктами извержения вулкана, в том числе на различных уровнях.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и надежности выделения в воздушном пространстве, подверженном влиянию облаков вулканического пепла, областей загрязнения, разделяемых по степени опасности для авиации, в целях определения полетных зон (участков авиационных трасс, районов аэропортов), позволяющих с учетом метеорологической обстановки безопасно эксплуатировать воздушный транспорт.
Технический результат достигается тем, что в способе мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облака вулканического пепла, включающем определение концентрации продуктов извержения вулкана в зонах воздушного пространства, подверженного влиянию и прохождению облаков вулканического пепла, сравнение полученных результатов с предельно допустимыми конвертациями (ПДК) вулканических загрязнений, допускающих безопасную эксплуатацию ВС, построение трехмерной модели распространения в атмосфере продуктов вулканического извержения, определение местоположения облака вулканического пепла и текущего значения концентрации продуктов извержения осуществляют с помощью БПЛА, оснащенного специализированным измерительной оборудованием, в ходе полета по траекториям, обеспечивающим оптимальный сбор информации о вулканическом облаке, передачу информации на пункт мониторинга и управления БПЛА для построения трехмерной модели распространения в атмосфере продуктов извержения вулкана в целях определения в воздушном пространстве полетных зон (участков авиационных трасс), допускающих с учетом метеорологической обстановки безопасную эксплуатацию воздушного транспорта.
В качестве носителя специализированного оборудования предлагается использовать беспилотный летательный аппарат:
1. Обладающий продолжительностью полета с полной коммерческой нагрузкой в виде специализированного оборудования на крейсерских скоростях полета, обеспечивающей мониторинг воздушного пространства, имеющего размерность сотен (тысяч) километров на нескольких уровнях на высотах от 1000 до 15000 метров с шагом порядка 100÷500 м, на удалении от пункта управления порядка сотен (тысяч) километров.
2. Имеющий следующий состав специализированного оборудования для исследования состава облака вулканического извержения:
- автоматический многокомпонентный газоанализатор, для выявления в режиме реального времени газов из состава газовой смеси облака продуктов вулканического извержения, представляющих опасность для ВС и экипажа;
- радиометр, для оперативного радиационного контроля состава облака вулканического извержения;
- оборудования (оптических локационных систем) дистанционного обнаружения продуктов загрязнения атмосферы, включая локаторы LIDAR и пассивные ИК-датчики, которые могли бы обнаруживать вулканический пепел перед воздушным судном (например, AVOID, предназначенное: - для обнаружения в атмосфере облаков вулканического пепла в целях последующего детального инструментального исследования состава продуктов вулканического извержения; - для определения в зонах распространения вулканического шлейфа областей с высокой концентраций продуктов извержения вулкана, исключающих безаварийное применение БПЛА);
- приборы пылевого контроля (пылемеры), различного принципа действия [12], обеспечивающих оперативное, многократное измерение текущего значения концентрации вулканического пепла (продуктов извержения вулканов) в атмосфере;
- аппаратуры определения текущего местоположения летательного аппарата в пространстве (модуль системы спутниковой навигации NAVSTAR и/или ГЛОНАСС) для определения, передачи текущих координат БПЛА в полете, а также привязке измеренных параметров к конкретной точке воздушного пространства;
- аппаратуры для определения параметров ветра (направления и скорости ветра) в исследуемой точке воздушного пространства для разработки прогноза движения облаков вулканического пепла;
- аппаратуры передачи результатов измерений в режиме реального времени на пункт мониторинга и управления полетом БПЛА.
В целях оптимизации процесса получения информации о загрязнении воздушного пространства продуктами вулканического извержения на этапе непосредственной подготовки к вылету разрабатывается маршрут и траектория исследовательского полета БПЛА на основе следующих данных:
1. На основе ИСЗ данных об извержении вулкана, прогноза эволюции, направления и скорости смещения облака вулканического пепла на разных уровнях;
2. Удаления и расположения относительно вулкана, как источника формирования вулканического шлейфа, полетных зон, авиационных трасс и аэропортов.
В зависимости от степени угрозы объектам воздушного пространства (полетным зонам, авиатрассам, зонам аэропортов и т.п.) определяются оптимальный маршрут и траектория исследовательского полета БПЛА на основе следующих возможных вариантов:
1. При обнаружении извержения вулкана в потенциально опасном районе воздушного пространства или на подветренной стороне вулканического извержения на значительном удалении от объектов воздушного движения - осуществляется полет навстречу ведущему потоку и барражирование на разных уровнях на удалениях от полетной зоны, обеспечивающих своевременное выявление угрозы накрытия вулканическим шлейфом объектов воздушного движения и степени угрозы.
2. При расположении объектов воздушного движения на подветренной стороне вулканического извержения в непосредственной близости от облаков вулканического пепла - осуществляется барражирование на различных уровнях в направлении облаков вулканического пепла для уточнения времени возникновения и степени непосредственной опасности для авиации в целях своевременного прекращения полетов.
3. При расположении объектов воздушного движения в зоне распространения вулканического шлейфа осуществляется барражирование непосредственно в зоне облаков вулканического пепла в целях: - уточнения границ зон, отличающихся по степени опасности для авиации (в первую очередь на основе данных о концентрации продуктов извержения в атмосфере); - выявления эволюции вулканического облака, - предварительного определения времени прохождения полетной зоны тыловой частью пеплового облака как возможного срока возобновления полетов авиации.
4. При прохождении полетного пространства основной частью облака пепла (при расположении объектов воздушного движения тыловой части облака вулканического пепла) - осуществляется барражирование на различных уровнях в районе объектов воздушного движения в последовательности, определяемой степенью значимости для возобновления воздушного движения.
Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облака вулканического пепла реализуется в следующей последовательности.
При поступлении от Службы слежения за вулканической деятельностью на международных авиатрассах (IAVW) информации об извержении вулкана в потенциально опасном для авиации районе и/или о возникновении угрозы проникновения шлейфа вулканического извержения в воздушное пространство органам обслуживания воздушного движения (ОВД) целесообразно организовать контроль за облаком пепла в целях обеспечения безопасности полетов в зоне ответственности.
Для обеспечения оперативного получения информации в целях построения трехмерной модели распределения в воздушном пространстве продуктов извержения вулкана предлагается использовать специализированный БПЛА с аппаратурой комплексного мониторинга облаков вулканического пепла.
Предлагаемый состав измерительного оборудования БПЛА обеспечивает интеграцию в единую систему всех средств получения информации об облаке вулканического пепла:
- автоматический многокомпонентный газоанализатор;
- радиометр;
- аппаратура дистанционного обнаружения облаков вулканического пепла перед воздушным судном (оптические локационные системы включая локаторы LIDAR и пассивные ИК-датчики);
- приборы пылевого контроля (пылемеры), различного принципа действия, обеспечивающие оперативное, многократное измерение текущего значения концентрации вулканического пепла в атмосфере;
- аппаратура определения текущего местоположения летательного аппарата (модуль системы спутниковой навигации NAVSTAR и/или ГЛОНАСС);
- аппаратура для определения параметров ветра (направления и скорости ветра) в исследуемой точке воздушного пространства;
- аппаратура передачи результатов измерений в режиме реального времени на пункт мониторинга и управления полетом БПЛА.
На этапе подготовки к полету на основе: - данных о вулканическом извержении (расположения вулкана относительно объектов полетного пространства, времени, мощности и продолжительности извержения), - данных ИСЗ о характеристиках и эволюции облака вулканического пепла, - расчетных данных о траекториях смещения вулканического шлейфа на различных уровнях, - на основе стандартных для района ответственности ОВД маршрутов разведки, разрабатывается маршрут и траектории ВС на различных этапах полета, обеспечивающих оптимальное получение информации о состоянии воздушного пространства, задаются координаты точек воздушного пространства, в которых будет осуществляться мониторинг атмосферы. Разработанное полетное задание закладывается в блок управления БПЛА для выполнения полета в автоматическом режиме.
Исследовательский полет БПЛА осуществляется согласно плану в автоматическом режиме при непосредственном контроле с пункта управления (ПУ). Оператор осуществляет контроль воздушного пространства на основе данных от оптической локационной системы, поступающих в виде изображения облака вулканического пепла на дисплей ПУ. При необходимости оператор ПУ изменяет маршрут и/или траекторию мониторинга или осуществляет непосредственное управления полетом БПЛА в “ручном режиме”. Корректировка маршрута, высот полета, алгоритма измерений производится на основе данных составе вулканического облака и прилегающих к нему областей, полученных от измерительной аппаратуры, в первую очередь от локационных систем, в целях:
- предотвращения угрозы попадания БПЛА в зону вулканического облака с высокой концентраций продуктов извержения, исключающей безаварийную эксплуатацию воздушного судна.
- получения подробной информации о составе и характеристиках загрязняющих атмосферу продуктов извержения, в первую очередь о концентрации вулканического пепла, в наиболее значимых секторах воздушного пространства.
Данные мониторинга с точной привязкой к текущим координатам в режиме реального времени передаются на пункт мониторинга и управления БПЛА для создания трехмерной модели распространения вулканического пепла в воздушном пространстве. Трехмерная модель распределения в атмосфере концентрации продуктов извержения позволяет выделить в воздушном пространстве области, отличающиеся по степени опасности для авиации, в целях определения полетных зон (участков авиационных трасс), допускающих с учетом метеорологической обстановки безопасную эксплуатацию воздушного транспорта.
Использование предлагаемого способа мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла позволяет повысить ритмичность и эффективность авиационных перевозок в регионах с высокой вулканической активностью.
Литература:
1. Вулканический пепел и авиация. В.Кирьянов 17-06-2011 23:32 http://my.mail.ru/community/fiery_mountains/3A7F52FF12B802BF.html
2. Случаи попадания самолетов в облака вулканического пепла. Справка. РИА Новости http://ria.ru/spravka/20100416/223053569.html#ixzz3TKIGU4X2
3. Вулканическая тревога: чем опасен пепел для самолетов и будет ли лето.
Немецкая волна. 19.04.2010 / 12:38 http://ww.unian.net/world/348712-vulkanicheskava-trevoga-chem-opasen-pepel-dlva-samoletov-i-budet-li-leto.html
4. Авиация в облаке вулканического пепла.
5. Полет по-черному. Эксперты прогнозируют повышение активности вулканов и разрабатывают рекомендации для пилотов. Ячменникова Наталия “Российская газета” - Федеральный выпуск №5523 (147) http://www.aviasafety.ru/the-information/articles/rg20110710-22
6. Руководство по облакам вулканического пепла, радиоактивных материалов и токсических химических веществ. Дос 9691 AN/954 Издание второе - 2007 г. Международная организация гражданской авиации.
7. Продукты извержения вулканов и их воздействие на организм. Справка. Источник: РИА Новости 22.95.2011.
http://ria.ru/documents/20110522/3 78197610.html
8. Способ выявления зон загрязнений атмосферного воздуха. Патент RU №2018156, опубл. 15.08.1994.
9. Способ обнаружения чрезвычайной ситуации и ликвидации ее последствий Патент RU №2350368, опубл. 27.04.2008.
10. Способ мониторинга атмосферного воздуха (пат. RU №2471209, опубл. 27.12.2012).
11. Easy Jet начинает тестирование детектора вулканического пепла. 09.06.2010 - http://www.aviasafety.ru/designs/killers-in-aviation/volcanic-ash/nd09062010
12. «Методы и приборы для измерения концентрации пыли» Клименко А.П. - М., Химия. 1978 г. - 208 с.
Claims (4)
1. Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла, включающий измерение текущих значений концентраций продуктов извержения вулкана с беспилотного летательного аппарата (БПЛА), оснащенного навесным оборудованием, в качестве которого используют газоанализатор, пылемер, радиометр, сопоставление полученных результатов с ПДК, построение трехмерной модели распределения в атмосфере концентраций загрязняющих веществ, отличающийся тем, что измерение текущих значений концентраций продуктов извержения вулкана осуществляется БПЛА, обладающего продолжительностью полета (барражирования) с полной коммерческой нагрузкой на крейсерских скоростях полета, обеспечивающей мониторинг воздушного пространства, имеющего размерность порядка сотен (тысяч) километров на нескольких уровнях на высотах от 1000 до 15000 м с шагом порядка 100-500 м на каждом горизонтальном уровне в заданных точках в зонах воздушного пространства, подверженного влиянию облаков вулканического пепла, на удалении от пункта управления порядка сотен (тысяч) километров; в состав специализированного исследовательского оборудования БПЛА дополнительно входит аппаратура дистанционного обнаружения продуктов загрязнения атмосферы (оптические локационные системы), включая локаторы LIDAR и пассивные ИК-датчики, аппаратура, предназначенная для определения направления и скорости ветра в исследуемой части воздушного пространства для разработки прогностических траекторий смещения облаков вулканического пепла на различных уровнях.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что барражирование БПЛА осуществляется по маршрутам и траекториям, обеспечивающим оптимальное получение информации для построения трехмерной модели распределения концентраций продуктов извержения вулкана.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение концентраций продуктов извержения вулкана происходит в заранее заданных точках, координаты которых определяются посредством использования аппаратуры определения текущего местоположения летательного аппарата в пространстве (модуль системы спутниковой навигации NAVSTAR и/или ГЛОНАСС) или по командам оператора пункта управления для подробного исследования отдельных участков исследуемого района.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе мониторинга полетных зон, исследуемых на предмет возможности осуществления полетов авиации, производится сравнение полученных результатов с предельно допустимыми значениями концентраций продуктов извержения вулкана, обеспечивающими безопасность полетов воздушных судов (ВС), в первую очередь, оборудованных турбореактивными двигателями.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015115459A RU2650850C2 (ru) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015115459A RU2650850C2 (ru) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2015115459A RU2015115459A (ru) | 2016-11-10 |
| RU2015115459A3 RU2015115459A3 (ru) | 2018-03-20 |
| RU2650850C2 true RU2650850C2 (ru) | 2018-04-17 |
Family
ID=57267537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015115459A RU2650850C2 (ru) | 2015-04-23 | 2015-04-23 | Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650850C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797041C1 (ru) * | 2022-01-18 | 2023-05-31 | Владимир Александрович Полянский | Способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116360487B (zh) * | 2023-03-14 | 2024-05-28 | 珠海鼎正国信科技有限公司 | 一种基于气体监测数据的走航路线实时动态规划方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012042242A1 (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Natural Environment Research Council | Aerosol detection |
| RU2471209C1 (ru) * | 2011-07-29 | 2012-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" | Способ мониторинга атмосферного воздуха |
-
2015
- 2015-04-23 RU RU2015115459A patent/RU2650850C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012042242A1 (en) * | 2010-09-27 | 2012-04-05 | Natural Environment Research Council | Aerosol detection |
| RU2471209C1 (ru) * | 2011-07-29 | 2012-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный горный университет" | Способ мониторинга атмосферного воздуха |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2797041C1 (ru) * | 2022-01-18 | 2023-05-31 | Владимир Александрович Полянский | Способ дистанционной оценки уровня активности радиоактивного облака в атмосфере |
| RU228158U1 (ru) * | 2024-05-16 | 2024-08-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук | Самолет-лаборатория ЯК-40 для измерения потоков парниковых газов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2015115459A (ru) | 2016-11-10 |
| RU2015115459A3 (ru) | 2018-03-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gultepe et al. | A review of high impact weather for aviation meteorology | |
| Lawson et al. | Cloud particle measurements in thunderstorm anvils and possible weather threat to aviation | |
| Prata et al. | Volcanic ash hazards to aviation | |
| EP2431957B1 (en) | Systems and methods for early detection of aircraft approach to volcanic plume | |
| US8706320B2 (en) | Particle sensor for in situ atmospheric measurement | |
| Hann et al. | Unsettled topics in unmanned aerial vehicle icing | |
| Casadevall | Volcanic hazards and aviation safety: Lessons of the past decade | |
| Holzäpfel et al. | Wake vortex evolution during approach and landing with and without plate lines | |
| GB2529271A (en) | Meteorological hazard identification apparatus, moving craft and methods | |
| RU2650850C2 (ru) | Способ мониторинга воздушного пространства в зонах распространения облаков вулканического пепла | |
| Jenamani et al. | Bad weather and aircraft accidents–global vis-à-vis Indian scenario | |
| Reehorst et al. | Examination of icing induced loss of control and its mitigations | |
| Guerin | Consideration of wake turbulence during the integration of remotely piloted aircraft into the air traffic management system | |
| Miller et al. | Two new multirotor UAVs for glaciogenic cloud seeding and aerosol measurements within the CLOUDLAB project | |
| Eliasson et al. | In situ observations of airborne ash from manned aircraft | |
| Krozel et al. | Weather hazard requirements for NGATS aircraft | |
| Miller et al. | Two new multirotor uncrewed aerial vehicles (UAVs) for glaciogenic cloud seeding and aerosol measurements within the CLOUDLAB project | |
| Jackson et al. | Certification and integration aspects of a primary ice detection system | |
| Inoue et al. | Challenges in Detecting Clouds in Polar Regions Using a Drone with Onboard Low-Cost Particle Counter | |
| Nichman et al. | Airborne Platform for Ice-Accretion and Coatings Tests with Ultrasonic Readings (PICTUR) | |
| Krozel et al. | Causality analysis for aviation weather hazards | |
| Sermi et al. | Aircraft hazard evaluation for critical weather avoidance | |
| O'Connor | Demonstration of a Novel 3-D Wind Sensor for Improved Wind Shear Detection for Aviation Operations | |
| Sachs et al. | Flight Testing the Indirect Ice Detection System in the Horizon 2020 Project SENS4ICE | |
| Bernstein et al. | The Embraer-170 and-190 Natural Icing Flight Campaigns: Keys to Success |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180520 |