Droning It In: Storm-Chasing Ubemannet Aerial Vehicle Gjør First Foray til Nascent Twister


Ubemannede luftfartøyer (UAV) er ikke lenger bare gizmoer i en geeks garasje eller militære verktøy som flyver rekognosjonsoppdrag som anses å være farlige for mennesker. De blir stadig mer brukt til vitenskapelig studie. Og i vår, en UAV dedikert til forskning vitenskap gjort antenne historie. Den

Ubemannede luftfartøyer (UAV) er ikke lenger bare gizmoer i en geeks garasje eller militære verktøy som flyver rekognosjonsoppdrag som anses å være farlige for mennesker. De blir stadig mer brukt til vitenskapelig studie. Og i vår, en UAV dedikert til forskning vitenskap gjort antenne historie.

Den 6. mai var et diminutivt fly kalt Tempest den første offisielle UAV som fanger opp en supercell tordenvær, typen storm som produserer tornadoer. Flyet og dets besetning av ingeniører fra University of Colorado i Boulder (CU-Boulder) og meteorologer fra University of Nebraska-Lincoln er en kritisk del av en armada av 100 stormjaktforskere som utfører den største studien av tornadoer i historien. Det toårige felteksperimentet VORTEX 2, som løper fra 1. mai til 15. juni i år, vil hjelpe forskere bedre å forstå når og hvordan tornadoer dannes. Lag reiser over Midtvesten i tett formasjon jakt og rundt tornadiske stormer for å måle vindhastighet, temperatur, fuktighet og trykk ved hjelp av mobile radarbiler, anemometre, disdrometre og ballongstartere.

Lagt til denne listen, er Tempest designet for å ta midtpunktet, som flyr inn i den bakre flanken av supercells, 150 til 300 meter over jorden - et søt sted for å samle data som er utilgjengelige for gjeldende instrumenter eller et bemannet fly. Nå som det har gjort sin jomfru data-samle fly, er Tempest klar til å fortsette dette arbeidet i løpet av denne tornado sesongen.

Men det er ikke så enkelt: Federal Aviation Administration (FAA) regelverk begrenser Tempest fra frittflygende gjennom hele tornado-grensen - området i USA mellom Rocky og Appalachian fjellene. For tiden kan forskerne bare jobbe innenfor ca 58 små grotter, hver ca 1000 kvadratkilometer i området i nordøst-Colorado og deler av Kansas og Nebraska. Få flyavstand på disse områdene krevde tre års samordning med FAA. Forskerne måtte sende 60 søknader for å bli frastått fra å måtte overholde alle regler som er spesifikke for bemannede fly.

Da Brian Argrow, direktør ved University of Colorado Research and Engineering Center for ubemannede kjøretøy, annonserte at han ønsket å søke om hele området som strekker seg fra sentrale Nebraska til Texas panhandle - et område som ser en konsentrasjon av twisters-FAA-medlemmer reagerte med en hørbar gisp. For tiden har FAA en fryse på videre applikasjoner for å fly.

Byråets ressurser er ganske enkelt overveldet, og UAVer passer ikke pent inn i eksisterende prosedyrer og protokoller.

"Problemet er at det i dag ikke finnes noen formelle regler for ubemannede fly, bare regler for bemannede fly, " sier Argrow. Teknologien har sprang foran bureaukratiet, og FAA finner seg selv å spørre UAV-flyger for å overholde regler som grenser for komisk i denne sammenheng, som for eksempel de som arbeider med sikkerhetsbelter.

Selvfølgelig er FAA-kravene for sikkerhet og sikkerhet: Terrorister eller noen for den saks skyld kan kapre en UAV, og en UAV øker sjansene for midair eller til og med bakkollisjoner med andre fly, bygninger eller mennesker.

Likevel er den batteridrevne Tempest relativt liten, om lag tre meter lang med en 3, 2 meter vinge. * Den kan flyge i en time på en ladning på opptil 130 kilometer i timen. Forskere håndterer lanseringen og leder den til områder tre til fem kilometer fra en utviklende supercell der den kan takle opptil 95 km / t vind. Sensorer på Tempests kropp måler trykk, temperatur og fuktighet i stormens downdraft-tilstrømning - de to luftstrømmene som gir en tornado - og UAV overfører data i flyet tilbake til teamet bare hvis det blir revet fra hverandre av plutselige vindkast.

Hva er risikoen?
Det er tøft på dette punktet å kutte ned den reelle risikoen som UAVer er tilstede, men de styrer ikke sikkert som konvensjonelle fly.

"I øyeblikket tillater ingen teknologi at disse flyene kan kjenne andre fly og gjør svinger for å unngå det, sier Les Dorr, en FAA-talsperson. Det eneste viktigste kriteriet for et ubemannet fly er å kunne se og unngå andre fly, legger han til.

UAVer kan bare veie 5, 5 kilo, men kan fortsatt forårsake alvorlig skade hvis de kolliderer med pilotfly. For eksempel, Canada gjess som fløy inn i motorer av US Airways fly 1549 som resulterer i en nødlanding på Hudson River i 2009, veide ca 8 kilo hver.

Likevel, noen VORTEX 2-forskere lurer på hvor høyt risikoen er for at en UAV skal kollidere med et annet fly. "Det kommer aldri til å være en skikkelig menneskelig pilot i det området av stormen, " sier Erik Rasmussen, lederen av hovedforskeren for VORTEX 2. "Jeg antar at en nøttekultursdør kan fly, men oddsen er så liten i forhold til hvordan mange hoops vi må hoppe gjennom for å få tillatelse. "

For å få tillatelse til Tempest-fly, måtte FAA at kontinuerlig visuell og radiokontakt beholdes med UAV, slik at teamet bygget en datamaskin som instruerte dronen om å følge et kjøretøy på bakken under det. "Det er litt ironisk at vi har et fly med primære begrensninger som er mulighetene til et kjøretøy, " skriver Argrow i en e-post.

FAA hadde tillatt et bemannet "jakts" fly som skulle følge UAV. "Men vi ville ikke at folk skulle være så nærme [til en tornadisk storm]. Det er farlig, " sier Jack Elston, en kandidatstudent innen luftfartsteknikk ved CU-Boulder. Tross alt er "ubemannet" hele poenget.

Lastminute fly kart
FAA krever også et forhåndsplanlagt flykart sendt 48 til 72 timer før lanseringen av Tempest. Ironien til dette kravet er smertefullt: Hvis National Weather Service's Storm Prediction Center kunne gi 72 timers varsel om hvor en tornado vil danne og hvor den skal reise, ville droner ikke være nødvendig for å studere tornadoer i utgangspunktet. Akkurat nå kan de beste meteorologene gjøre å gi en 13 minutters advarsel. Dette er selve grunnen til at VORTEX 2 og Tempest UAV eksisterer - prosjektets mål er å forlenge advarseltider.
Men da Argrow og hans team begynte å operere i begynnelsen av mai, lærte FAA flygelederne raskt at deres mandatregler bare ikke fungerte med en UAV-oppgave å fange hurtigutviklede superceller. Tempest-teamet hadde blitt tvunget til å sende inn flere flyplaner samtidig - en for hver av de 10 eller 20 tillatte landblokkene de kan dekke mens de spores stormene 72 timer ute - og dette overveldet kontrollerne. FAA innså at de ville trenge å redusere ledetiden på 72 timer, slik at flyplanene kunne baseres på nyere meteorologiske opplysninger og dermed være mer presise, og ber om tilgang til bare to blokker av land til enhver tid.

Likevel, forskerne, som edderkopper som venter på at insekter flyter inn i nettet, må vente på at stormer skal danne seg innenfor FAA-rydde soner og håper at det kommer en storm i disse blokkene. Hvis stormer fortsetter å overskride de tillatte sektorene, kan forskerne bli mer og mer frustrert over deres fremgang denne sesongen, sier Argrow. Hvis Tempest var fri til å skjule hele VORTEX 2-domenet som dekker mer enn 10 stater, ville de kunne fange opp alle stormene andre lagene har målrettet, noe som muligens kunne ha spratt sin avlytningsfrekvens fra to stormer i en måned til kanskje to i en dag.

Usikker fremtid for UAV-samlet data
Forskere i VORTEX 2-teamet sier at de har håp for UAV, men lurer på om de noen gang vil komme forbi FAA-regelverket slik at de kan bevege seg fritt gjennom Great Plains.
"Det er forståelig at noen er skeptiske. Vi har slitt siden 1996 for å få UAV til storm, " sier Rasmussen.

Frustrasjonen økte i fjor sommer da en gruppe knyttet til Discovery Channel's Storm Chasers fløy et ubemannet fly rett inn i en formende tornado. Når forskerne lærte dette, var de foraktige. "Vi har fulgt reglene, og her er noen som bryter reglene og kan potensielt ødelegge det for oss, " sier Rasmussen. Hvis noe hadde gått galt med det flyet, er det sikkert FAA ville ha forsinket alle som flyr noe i storm, sa han.

I mellomtiden, i april 2009, opprettet FAA en komité for å utvikle formelle anbefalinger som er spesifikke for ubemannede småfly. Dette vil lette byrden av å sende inn utallige søknader om å fly. Men i beste fall forventer FAA ikke å få de nye regelverket bekreftet til 2012, sier Dorr. Uansett, sier Argrow at de nye UAV-spesifikke retningslinjene vil få liten eller ingen innvirkning på lagets forskning. Det er en sjanse at retningslinjene bare gjelder for flyetester i høyder under 1000 fot, ikke den typen fritt områdeArgrow og hans team trenger for å studere twisters. For storm-jage forskere utvidede forskrifter som tillater godkjenning for å fly UAVer kan ikke komme raskt nok. Selv om grunnbasert mobilradar kan måle vindhastighet og retning, kan den ikke måle termodynamiske variabler som temperatur, trykk og fuktighet. Slike variabler kan bare måles ved å plassere instrumentet i lokalet der målingen må tas, 300 meter opp. Tempestet kan være den eneste sjansen til å måle disse variablene i en utviklingsstorm.

"Disse [UAV] -planene vil være utrolig verdifulle. For hver 10 millioner observasjoner av vind har vi bare en for temperatur, trykk og fuktighet, sier Rasmussen. Ikke bare vil de prøve luft som ikke kan studeres i dag, men UAV er den eneste sjansen vi har for å balansere dataene, legger han til.

For nå er Tempest på oppkall etter neste supercell for å vei seg inn i en del av de 58 FAA-rydde nettene. Heldigvis ber vi prognosene for at stormer skal overgå til dette domenet, og Tempest er klar til å møtes igjen med VORTEX 2 armada. "Det ser bra ut. Vi burde være veldig aktive i neste uke og gjennom til prosjektets sluttdato den 15. juni, sier Argrow.

* Korreksjon (6/9/10): Denne setningen ble redigert etter publisering for å korrigere vingepanelens lengde .

Hva har en ubåt, en rakett og en fotball til felles?Storms kan øke hastigheten på ozonet over USADel 8: Håndtering av Habitat DestructionEr naturgass mer klimavennlig?  Forskere kart Tusenvis av lekkasjer i Washington, DCStamcellebehandling for hjertesvikt får en Gull-Standard-prøveTviler Cloud Claims of Metallic HydrogenMenneskelig overbefolkning: Fortsatt et problem av bekymring?Batter Up: Shattering Sticks Opprett fare i MLB Ballparks