Wenn es um Flugverspätungen und -stornierungen geht, ist das Wetter der Hauptverursacher, sagt John Murray von der NASA. Er sprach über Satelliten, die es ermöglichen, bessere Vorhersagen für eine Vielzahl verschiedener Luftfahrtgefahren zu erstellen.
Dieses Flugzeug verlor einen Motor aufgrund von Turbulenzen. Bildnachweis: John Murray
Und so kommt es vor, dass konvektives Wetter oder Gewitter im Sommer - und diese starken Winterstürme - die Hauptursache für Flugverspätungen und Flugausfälle sind. Diese Stürme sind eine unserer großen Herausforderungen. Derzeit hat die Verbesserung der konvektiven Wettervorhersagen oberste Priorität, um genau zu verstehen, wie sich die Physik in konvektiven Wolken befindet. Warum scheinen einige Wolken zu wachsen, während andere nicht wachsen, obwohl die Bedingungen möglicherweise sehr ähnlich sind? Satelliten können uns Einblicke geben, die zeigen, dass dies nicht unbedingt der Fall ist.
Die Grundlagenforschung der NASA ist darauf ausgerichtet, bessere Vorhersagen für eine Vielzahl unterschiedlicher Luftfahrtgefahren zu erstellen. Es könnte Vereisung oder Turbulenzen oder Gewitter sein. Durch die Einbindung satellitenbasierter Anwendungen in konvektive Wettervorhersagen können Sie die Prognosen erheblich verbessern. Dies kann zum Beispiel mit der Intensität und dem Ort von Gewittern oder starken Niederschlägen und anderen Faktoren zusammenhängen, die normalerweise mit starken Stürmen verbunden sind. Die Informationen werden vom Nationalen Wetterdienst in Form von verschiedenen Arten von Hinweisen oder Warnungen ausgegeben. Und diese Informationen werden von den Fluggesellschaften verwendet, um ihre Flugzeuge am effektivsten zu routen.
Erzählen Sie uns von der Vereisung während des Fluges. Wie hilft das NASA-Programm für angewandte Wissenschaften sowohl kommerziellen als auch privaten Flugzeugen dabei, Vereisung zu vermeiden?
In-Flight-Vereisungen treten in der Regel überall dort auf, wo Sie unterkühltes flüssiges Wasser haben. In der Atmosphäre kann Wasser bei Temperaturen vorkommen, die weit unter dem Gefrierpunkt liegen, solange es keine Oberfläche oder einen Kern gibt, auf dem das Wasser einen Eiskristall bildet. In Teilen der Atmosphäre befindet sich viel suspendiertes flüssiges Wasser, da keine Aerosole wie Staubpartikel vorhanden sind. In diesen Bereichen der Atmosphäre kann das Wasser also keine Eiskristalle bilden. Es sind diese Bereiche mit unterkühltem Flüssigwasser, die für kleine Flugzeuge äußerst gefährlich sind.
Flugzeuge nach dem Vereisen. Bildnachweis: John Murray
Wenn ein kleines Flugzeug der allgemeinen Luftfahrt durch eine dieser Wolken fliegt, wird es im Wesentlichen zur Keimbildungsfläche für das gesamte unterkühlte Wasser. So baut sich im Flugzeug sehr schnell eine Eisschicht auf. Vereisung ist ein Phänomen, das für kleine Flugzeuge der allgemeinen Luftfahrt sehr gefährlich ist. Dies ist eine der Hauptursachen für Zwischenfälle. Sowohl auf der FAA als auch in der Luftfahrt gibt es große Besorgnis über die Vereisung. Es ist sehr schwierig für eine einzelne Technologie, Bereiche der Atmosphäre zu erkennen, in denen während des Fluges Vereisung auftreten kann.
Die Herausforderung besteht darin, diese Bereiche mit unterkühltem Flüssigwasser zu finden und zu versuchen, die von uns festgestellte Wasserkonzentration zu messen. Flugzeuge sind wirklich gut darin, aber das ist nicht der bevorzugte Weg, um diese Gebiete zu finden. Satelliten haben sich als besonders effektiv erwiesen, da wir die Eigenschaften einer Wolke mit einem Satelliten betrachten können. Ob es sich um Flüssigkeit, Wasser oder Gas handelt, wir können die Temperatur ablesen. Wir wissen also, dass es unterkühlt ist und dass wir auch den Durchmesser der Tröpfchen ableiten können. Dadurch wissen wir, welche Auswirkungen dies auf ein Flugzeug haben würde.
Bei großen Verkehrsflugzeugen besteht das Problem im Allgemeinen in der Enteisung am Boden. Es ist wichtig, in einem Flugzeug die richtige Vereisungsflüssigkeit zu finden - und sie dort in der Nähe der Startzeit anzubringen -, damit das Flugzeug nicht zu schwer ist und sicher starten kann. In einigen Fällen wirkt sich die Vereisung während des Fluges auf große Verkehrsflugzeuge aus. Es gab einen Vorfall vor ungefähr 20 Jahren, bei dem ein Flugzeug in den Potomac vor den Toren von Washington DC einflog und es war voller Vereisung. Es ist also nicht ungewöhnlich, dass Verkehrsflugzeuge während des Fluges vereisen.
Was ist NextGen und wie ist die NASA daran beteiligt?
NextGen ist das Luftverkehrssystem der nächsten Generation. Das Verkehrsministerium forderte dies im Jahr 2003. Die Nachfrage nach Luftraum-Systemkapazitäten wuchs rapide über die Fähigkeit des Landes hinaus, diese Nachfrage zu befriedigen. Eine Reihe von Behörden - das Verkehrsministerium, das Handelsministerium, die NASA, DOD, das Ministerium für innere Sicherheit und andere - sowie das Büro für Wissenschafts- und Technologiepolitik des Weißen Hauses - wurden gebeten, sich mit dem Problem zu befassen.
Die Idee hinter NextGen ist also im Wesentlichen, dass wir viel mehr Kapazität für Flugreisen benötigen. Wir müssen mehr Flugzeuge in kleineren Gebieten platzieren. Das System arbeitet zu diesem Zeitpunkt in der Nähe seiner Kapazität. Wir beweisen, dass jedes Mal ein Wintersturm aufkommt. Wenn Sie eine Störung haben, wird diese einfach durch das System geleitet. Sie verlieren die Fähigkeit, die Anforderungen an das System zu erfüllen. Wenn Sie also die Anzahl der Flugzeuge, die denselben Luftraum einnehmen müssen, verdoppeln oder verdreifachen, können Sie sehen, was das Problem sein würde.
Als Teil dieses Teams trägt die NASA - und insbesondere das Programm für angewandte Wissenschaften - dazu bei, die verfügbaren Wetterinformationen zu verbessern und ein NextGen-Wettersystem zu entwickeln, damit wir alle damit verbundenen Luftfahrtgefahren genauer lokalisieren können existieren. Wir werden in der Lage sein, Flugzeuge in einem Luftraum mit höherer Dichte sicher zu betreiben. Mit anderen Worten, wir können Flugzeuge viel enger zusammenrücken.
Wir werden wesentlich bessere Informationen benötigen als jetzt, was die Lage der Stürme anbelangt, wo sich die tatsächlichen Gefahrenbereiche befinden und welche Einschränkungen für dieses Luftraumsystem aufgrund dieser Gefahren bestehen. Es ist ein ziemlich komplexes Problem, das wir zu lösen versuchen, aber die NASA versucht im Rahmen des Programms für angewandte Wissenschaften sicherzustellen, dass wir die besten Informationen über konvektives Wetter und Vereisung, Turbulenzen und andere Arten von Luftfahrtgefahren haben, damit NextGen dies tut möglich sein.
Wie sonst werden Erdbeobachtungssatelliten verwendet, um die Atmosphäre zu untersuchen?
Wir verwenden Erdbeobachtungssatelliten, um beispielsweise Wolkeneigenschaften zu untersuchen. Dies ist wichtig, da der Satellit uns auf einer sehr großen Fläche genau mitteilen kann, was in den Wolken geschieht. Wissenschaftler benötigen diese Informationen, um das Wetter besser vorhersagen und das Klima besser verstehen zu können. Sie untersuchen Wolkeneigenschaften wie die tatsächliche Zusammensetzung der Wolken, ob es sich um Eiswolken, gasförmige Wolken oder flüssige Wasserwolken handelt, wie hoch die Temperatur dieser Wolken ist und welche physikalischen Prozesse in diesen Wolken ablaufen .
Erzählen Sie uns von den Instrumenten auf den Satelliten, mit denen Wolken untersucht wurden.
Eine, die uns in den letzten zehn Jahren besonders aufregende Informationen geliefert hat, ist ein Instrument namens MODIS, das Imaging-Spektralradiometer mit mittlerer Auflösung, das auf unseren Satelliten Terra und Aqua eingesetzt wird. Dieser Imager hat es uns ermöglicht, Wolken detaillierter als je zuvor zu betrachten. So konnten wir speziell für den Imager Anwendungen erstellen, die uns helfen, die dynamischen Prozesse in der Cloud besser zu verstehen.
Erdbeobachtungssatelliten der NASA. Bildnachweis: NASA
Wir haben Satelliten wie unseren CALIPSO-Satelliten, der den Lidar fliegt, der Radar ähnelt. Es verwendet jedoch reflektiertes Laserlicht im Gegensatz zu reflektierter Radiomenergie, um die Eigenschaften der Aerosole und Wolken und ihre Verteilung in der Atmosphäre zu bestimmen. So können wir eine Menge zusätzlicher Informationen durch Betrachten der LIDAR-Daten erlernen.
Und drittens untersuchen wir die Chemie der Atmosphäre mit einer Reihe von Satelliten. Eines der aufregendsten Instrumente für Wissenschaftler, eines der nützlichsten, die wir kürzlich geflogen haben, ist das OMI-Instrument, das Ozonüberwachungsinstrument an Bord unseres Aura-Satelliten. Mit OMI können wir die Chemie der Atmosphäre besser verstehen. Wir können Schwefeldioxid von Vulkanen suchen. Sie können sich die Schadstoffemissionen, die verschiedenen Arten von Chemikalien und die von uns als NOx und SOx bezeichneten Chemikalien ansehen, bei denen es sich um Nitrate und Sulfate sowie deren Aerosole handelt. Und natürlich besteht der Hauptzweck des Instruments darin, das Verhalten der Ozonschicht zu untersuchen. Wir überwachen den Ozonabbau in der Antarktis.
Was ist das Wichtigste, was die Menschen heute über das NASA-Programm für angewandte Wissenschaften wissen sollen?
Seit einigen Jahren sind Wissenschaftler, Entscheidungsträger und die breite Öffentlichkeit sehr besorgt darüber, dass es für viele wirklich wichtige wissenschaftliche Grundlagenforschung sehr schwierig - wenn nicht unmöglich - ist, zu einem realen Betrieb überzugehen. Vor etwa einem Jahrzehnt gab es einen Bericht der Nationalen Akademie der Wissenschaften, in dem die Akademie dieses Problem als „Tal des Todes“ bezeichnete. Bereits 2002 wurde das NASA-Programm für angewandte Wissenschaften online gestellt, um dieses Tal zu überbrücken - um wichtige Grundlagen zu schaffen Forschung für den Übergang, um es in Betrieb zu nehmen - diese „Tal des Todes“ zu überbrücken. Wir waren darin sehr erfolgreich. Wir haben wichtige Partnerschaften mit dem National Weather Service und der FAA und anderen Agenturen, und die Daten und Anwendungen der NASA Applied Sciences haben eindeutig einen großen Unterschied gemacht.
Wir danken heute dem NASA Applied Sciences Program, das daran arbeitet, innovative Verwendungen und Vorteile der geowissenschaftlichen Daten und Technologien der NASA zu entdecken und vorzuführen.