Miként kerülhetik el a repülőgépek a villámcsapást?

A Massachusetts-i Műszaki Egyetem (MIT) kutatói igyekeznek a problémára hatékony megoldást találni, és egy nemrégiben, a JGR Atmospheres szakfolyóiratban megjelent kutatási eredményük alapján úgy tűnik, jó úton járnak. Bár a repülőgép utasaira a villámcsapásnak nincs közvetlen hatása, a gépen elhelyezett műszerek, eszközök károsodhatnak, illetve a modern, szénszálas anyagból készült repülőgéptestek is könnyebben sérülnek a villámcsapástól, mint a régi, teljesen fémből készültek. Ennek oka pedig, hogy a gép különböző, rossz vezetőképességű elemein különböző mennyiségű töltés tud felhalmozódni, s így szikrák is kipattanhatnak.

Egy repülőt évente átlag egyszer ér villámcsapás, és ennek kiváltója, a legtöbb esetben, maga a repülő (95 százalékban), hisz a gép testén a hegyes, éles szerkezeti elemeken (pl. orr, szárnycsúcs, stabilizátorok, farokvég) felgyülemlő töltés hatására indul be a kisülés. (A repülők esetében a „szokványos” villámcsapáshoz képest még egy kis csavar van: a gép nagy sebességgel mozog, miközben a villámcsapás éri, így az nem egy ponton, hanem egy sávban okozhat rajta károkat, és nem is az előkisülés csatornáján csap vissza a főkisülés ilyenkor.) Ez azonban elméleti számítások alapján elkerülhető azzal, ha a gép teljes töltésmennyiségét csökkentik. Az MIT repülőmérnöki karának adjunktusa, Carmen Guerra-Garcia vezette kutatócsoport laboratóriumi kísérleteket végzett a felállított elméletük ellenőrzésére.

A villámcsapás elkerülésének elve a következő: a gép testén szenzorokat helyeznek el, amelyek mérik a környező elektromos térben a villámcsapást megelőzően kialakuló előkisülés (leader) kialakulását, és amint ez megjelent, a gépet megfelelő irányú töltéssel árasztja el egy, szintén a gépen elhelyezett eszköz. Ehhez az ellensúlyozó feltöltéshez kevesebb energia szükséges, mint egy villanykörte üzemeltetéséhez, a kutatók szerint. Ezzel a módszerrel gyakorlatilag „láthatatlanná” tudnák tenni a repülőgépet a villámcsapások számára. Matematikai modellezés alapján meghatározták a gépen felhalmozódó, az előkisülés kiváltásához elegendő töltést, majd kiszámolták, hogy a gép ellentétes irányú töltéssel való ellátása esetén mi történne. Kiderült, hogy 50 százalékkal nagyobb légköri térerősségre lenne szükség ahhoz, hogy így is kialakulhasson villámcsapás, vagyis igen jelentősen csökkenne az esélye az efféle eseménynek. Az elméleti számítások után a laborkísérletekben egy 10 méteres, „mesterséges zivatarfelhőbe”, vagyis egy erős elektromos teret generáló kamrába helyeztek egy kb. 1 méteres szárnyfesztávolságú repülőgép-modellt. Először azt ellenőrizték, hogy valóban az előkisüléseknek köszönhetően érik-e villámcsapások a repülő testét, és ez be is igazolódott. Azután megpróbálkoztak az ellentétes irányú töltésekkel, és ez is bevált: a pozitív töltéseket hordozó gépre negatív töltéseket árasztva nem tudott kialakulni az előkisülés, s így nem is következett be a villámcsapás sem.

A kutatócsoport szerint jó irányba haladnak, és a kísérletek eredménye szerint gyakorlatban is megoldható lesz, hogy a felvázolt elv alapján töltésirányítással megelőzzék a gépeken a gép által kiváltott villámcsapásokat. Ezzel pedig igen jelentős mértékű költségmegtakarítást lehet majd elérni – nem véletlen, hogy a mostani kutatásokat is a Boeing támogatásával végezték el az MIT kutatói. Egy 1998-as adat szerint a villámcsapások miatti közvetlen vagy közvetett kár (mint pl. a gép késése okán fizetett kártérítések) évente 2 milliárd dollárba kerülnek a légitársaságoknak – az azóta eltelt időben ez az összeg valószínűleg jelentősen nőtt is. A repülőgépek villámvédelme maga is sok milliárd dolláros üzlet (2017-es adat szerint 4,1 milliárd USD), így az aktív villámvédelem feltehetően igen nagy jövő előtt áll.

Forrás: Égen – Földön – Föld alatt