Як працює погодний радар в літаку

Погода — чи не основний фактор, що окрім майстерності пілотів та літака впливає на безпечне виконання авіарейсів. Згідно статистики, турбулентність є однією з головних причин ушкоджень літаків та травм пасажирів.

Від того, наскільки екіпажі обізнані про ті чи інші атмосферні явища навколо, залежатиме, чи вчасно ви прибудете до місця призначення, наскільки комфортним буде переліт, або навіть чи відбудеться він узагалі.

Для моніторингу наявності небезпечних погодних явищ протягом польоту пілоти використовують метеорадари. Далі узагальнено розкажу про те як вони працюють.

Історія

Самі по собі радари в авіації з’явились давно, особливо під час Другої світової війни, коли їх основною функцією радарних систем було виявлення інших літаків у зоні дії.

Оператори радарів виявили, що на їх моніторах з’являються сигнали, не пов’язані з літаками, і незабаром стало зрозуміло, що ці сигнали генеруються атмосферними явищами. Після закінчення війни ряд радарних систем були модифіковані для метеорологічного використання та згодом розповсюджені.

Сучасні метеорадари значно вдосконалилися порівняно зі своїми попередниками. Вони тепер включають функції прогнозування граду та блискавок.

Принцип роботи

Метеорадар в літаку функціонує за принципом радіолокації, подібним до первинних радіолокаторів. Основні етапи його роботи включають генерацію, випромінювання, прийом та обробку радіохвиль для ідентифікації атмосферних явищ.

Радіопередавач метеорадара генерує високочастотні радіоімпульси на частоті близько 9375 МГц (довжина хвилі приблизно 3,2 см). Ці імпульси випромінюються антеною у вузький промінь, який сканує область попереду літака з охопленням 80 градусів у вертикалі та 180 градусів у горизонталі.

Коли радіохвилі зустрічаються з атмосферними частинками (дощ, сніг, град тощо), частина сигналу відбивається назад до антени. Прийняті ехо-сигнали перетворюються в електричні сигнали, і система радара реєструє час затримки між випромінюванням і прийомом сигналу.

Знаючи швидкість світла (≈3×10⁸ м/с) та час затримки, радар обчислює відстань до атмосферного явища. Інтенсивність відбитого сигналу дозволяє оцінити кількість та розмір частинок, визначаючи тип опадів.

Радар зазвичай монтується в передню частину літака та накривається спеціальним матеріалом, який дозволяє радарним хвилям проходити через нього без перешкод. При роботі він здійснює коливальні рухи вгору-вниз, «скануючи» ділянку попереду та надаючи 80-градусну «карту» погодних явищ у вертикальній площині та 180-градусну в горионтальній.

Ширина променя повинна бути якомога більш вузькою, щоб якомога точніше ідентифікувати те чи інше явище погоди. Це пов’язано з тим, що ширші промені знижують ефективність радара на відстані. Наприклад, якщо промінь широкий, радар може сприймати дві окремі конвективні хмари як одну аж до моменту, поки літак не наблизиться до хмар.

Для ефектисного виявлення погодних явищ існує спосіб зменшення ширини променя з використанням хвиль з коротшою довжиною. Таким чином, радар працює на високій частоті близько 9375 МГц, що дає довжину хвилі приблизно 0,032 м або 3,2 см. Це дозволяє доволі точно тлумачити погодні явища.

Як це виглядає в кабіні екіпажу

Загалом картина різниться на кожному з типів літаків, однак в цілому все відображається по-схожому.

Погодні явища відображаються пілоту на навігаційному дисплеї в кабіні. Раніше, до появи повноцінних «скляних» кабін, для цього існував окремий прилад зі своїм екранчиком.

У сучасних літаках системи інтегровані з іншими навігаційними приладами.

Більшість сучасних метеорадарів мають кольорові дисплеї, на яких відображаються опади, залежно від їх інтенсивності:

• ЧОРНИЙ: Менше 0,7 мм/год (дуже слабкі або відсутні відбиття)
• ЗЕЛЕНИЙ: Від 0,7 до 4 мм/год (слабкі відбиття)
• ЖОВТИЙ: Від 4 до 12 мм/год (помірні відбиття)
• ЧЕРВОНИЙ: Більше 12-15 мм/год (сильні відбиття)
• МАЛИНОВИЙ: Більше 50 мм/год (зони сильної турбулентності)

Управління радаром

Пілоти керують метеорадаром за допомогою різних налаштувань. Одним з найважливіших є кут нахилу (Radar tilt). Він визначає, під яким кутом радарний промінь «дивиться» на погоду. Пілот має постійно налаштовувати його, щоб радар бачив саме ту частину хмари, де найімовірніші грози та сильні опади.

Під час підйому літака кут нахилу зменшується, а під час зниження – збільшується. На висоті близько 35 000 футів він зазвичай становить близько -1,5 градуса, що дозволяє бачити нижні шари хмар.

Інший важливий параметр – посилення сигналу. Це як яскравість на телевізорі: чим більше посилення, тим яскравіше зображення. Це допомагає ідентифікувати більш віддалені явища.

Однак метеорадари мають свої обмеження. Існує так званий ефект ослаблення (attenuation, shadows effect). Сильний дощ, як стіна, затуляє те, що є за ним. Тому пілот може не побачити грозу, яка «ховається» за сильним дощем. Деякі радари сповіщають екіпаж про такі «сліпі» зони.

Небезпека для людей в аеропорту

Мікрохвильове випромінювання від метеорадарів викликає є небезпечним для людей поблизу. Хоча сучасні радари мають меншу потужність, все одно важливо уникати прямого опромінення.

Радіолокаційне обладнання може негативно впливати на здоров’я наземного персоналу, особливо якщо пілоти забувають вимикати його після посадки. Сьогодні існують альтернативи без використання мікрохвиль, які є безпечнішими для обслуговуючого персоналу.

Doppler effect для визначення турбулентності та WS

Метеорадари використовують ефект Доплера для визначення турбулентності та швидкості вітру (Wind Shear, WS). Ефект Доплера дозволяє вимірювати швидкість руху водяних крапель або інших часток у хмарах, що допомагає визначити напрямок і інтенсивність турбулентності.

Отже

Метеорадар є незамінним інструментом для своєчасного виявлення та уникнення прольоту небезпечних погодних умов. Принцип роботи доволі простий та нагадує роботу звичайного первинного радіолокатора.