Коли і де трапляються удари блискавки, частина 1

Місця, позначені червоним колом, – це пошкодження пломби на лобовому склі, спричинені ударами блискавки в Boeing 787 авіакомпанії United Air Lines.Авторство: NTSB

Погодні умови, що склалися під час вильоту з лондонського аеропорту Хітроу (LHR) 10 жовтня 2014 року, були такими: помірний дощ із шару шаруватих хмар з вершинами на висоті 10 000 футів. Таку погоду навряд чи можна було вважати загрозливою для досвідчених пілотів, які керували сучасним транспортним літаком, розробленим та сертифікованим відповідно до розширених стандартів Частини 25 Федеральних авіаційних правил.

Літак Boeing 787 авіакомпанії United Airlines провів лише шість хвилин польоту з LHR до міжконтинентального аеропорту Джорджа Буша в Х'юстоні (IAH), коли в літак вдарила блискавка з, здавалося б, нешкідливого шару шаруватої хмари, що спричинило какофонію збоїв, в результаті яких літак аварійно повернувся до LHR з відключеними ключовими компонентами. Удар блискавки призвів до того, що три з п'яти основних дисплеїв вимкнулися. Обігрів переднього лобового скла капітана не працював.

Давайте відійдемо від офіційного звіту NTSB і подумаємо про це з точки зору пілотів. Вони літали на важко завантаженому Boeing 787 під час трансатлантичного перельоту, під час якого три з п'яти основних дисплеїв польоту були порожніми. Не було контрольного списку, який би відповідав цій несправності. Уявіть себе на тренувальному симуляторі, де ви стикаєтеся з втратою критично важливих компонентів, таких як дисплей польотної інформації, поки гортаєте сторінки Короткого довідника, намагаючись знайти контрольний список, який би підходив.  

Це значно відволікає та збільшує навантаження на екіпаж. Екіпаж United мав ще одну несправність, яку слід було врахувати, а саме непрацюючий обігрів лобового скла. Цей контрольний список було легко знайти, але процедури не змогли відновити обігрів лобового скла через пошкодження від удару блискавки.

Несправність лобового скла тягне за собою значні експлуатаційні обмеження. Робоче навантаження, пов'язане з наслідками цих численних поломок, було значним. Вони розсудливо вирішили повернутися до LHR, але це також додало навантаження на координацію з управлінням повітряним рухом для повернення до LHR, а також для зниження посадкової ваги літака. Професійна робота екіпажу повернула літак до LHR без подальших інцидентів.

Після інциденту було виявлено точки кріплення блискавки, де вона торкнулася лівого боку носа та навколо лобового скла капітана. Інші точки кріплення блискавки були помічені на лівому зовнішньому елероні. У заключному звіті NTSB було встановлено, що дисплеї були виведені з ладу внаслідок удару блискавки, а також зазначено про відсутність вказівок для екіпажу щодо скидання живлення дисплея. 

Де трапляється блискавка?
Регіони з найбільшою кількістю спалахів блискавок показані рожевим кольором. Фото: NASA

Французька аерокосмічна лабораторія оцінює, що в середньому кожен літак комерційного флоту США потрапляє під удар блискавки кожні 1000 годин польоту. ВПС США зазначають, що понад 50% аварій військових літаків під час польоту, пов'язаних з погодними умовами, спричинені блискавкою.

За даними Земної обсерваторії NASA, блискавки частіше трапляються над сушею, ніж над океанами, і частіше ближче до екватора. Над сушею, а не над водоймами, слід очікувати сильнішої конвективної активності, оскільки Земля поглинає сонячне світло та нагрівається швидше, ніж вода, що спричиняє сильну конвекцію, що призводить до утворення блискавок, що спричиняють грози.

На зображенні вище регіони з найбільшою кількістю спалахів блискавок показані рожевим кольором. Дані були зібрані з 1995 по 2013 рік за допомогою супутників NASA. У Центральній Африці та Південній Америці є регіони з частотою понад 20 ударів блискавок на квадратний км на рік. У світлішій частині Центральної Африки фіксується понад 70 ударів блискавок на квадратний км на рік. Найбільша кількість блискавок трапляється на далекому сході Демократичної Республіки Конго (158 ударів/кв. км/рік). Найвища частота спалахів блискавок у Північній та Південній Америці спостерігається на північному заході Венесуели.

Подальший аналіз даних виявив цікаві регіональні тенденції. Деніел Сесіл з NASA, член команди з блискавок Глобального центру гідрології та клімату, зазначив підвищену концентрацію блискавок над далекосхідною Індією у травні, в пору року, коли погода стає нестабільною та мінливою, безпосередньо перед початком мусону.

Незагрозлива погода

Національна лабораторія сильних штормів рекомендує уникати тих атмосферних умов, де ризик ударів найбільший, щоб зменшити ймовірність прямого удару блискавки. Це звучить як здоровий глузд, але це не так просто, як здається, особливо враховуючи, що вчені-атмосферознавці описали блискавку як примхливу, випадкову, стохастичну та непередбачувану подію.  

Існує поширена думка, що більшість ударів блискавки трапляються поблизу погодних осередків, які демонструють значну конвективну активність, але історичні записи про удари блискавки з літаків свідчать про протилежне.  

Давайте розглянемо вибірку минулих інцидентів, щоб визначити, які погодні умови призвели до найбільшої кількості ударів блискавки та з якими труднощами зіткнулися екіпажі, намагаючись уникнути пов'язаних з ними погодних умов. Аналіз включав 328 подій із Системи звітності про безпеку авіації NASA, 49 інцидентів із бази даних інцидентів FAA та 195 інцидентів із Системи обов'язкового звітування про події Управління цивільної авіації Великої Британії.

Дивно, але 63% ударів блискавки сталися за погодних умов, які екіпажі не пов'язували із загрозою несприятливих погодних умов. Значна частина ударів блискавки в літаках трапляється з літаками, що перебувають у хмарі, де немає ознак опадів поблизу, або навіть з літаками, що летять у чистому повітрі на передбачуваній безпечній відстані від грозової хмари. Повідомлялося про удари блискавки в літаки, що летять на відстані 25 миль від найближчого радіолокаційного зображення опадів.  

Натомість, лише невеликий відсоток ударів блискавки (12%) стався, коли екіпажі намагалися обійти спостережувані метеорологічні осередки (спостережувані або за допомогою метеорологічного радара, або візуально). Невеликі опади, які навряд чи можна вважати загрозливою погодою для транспортного літака, були присутні у 6% ударів блискавки. Помірний дощ був присутній у 6%. Сніг був присутній у 4% (і так, блискавки та загрозлива конвективна активність справді трапляються під час снігових бур).

Як ці цифри порівнюються з попередніми дослідженнями, проведеними авіакомпаніями та виробниками? Дослідження 99 випадків ударів блискавки, що сталися з літаками United, показало, що приблизно 40% усіх випадків ударів блискавки сталися в районах, де не повідомлялося про грози. Лише 33% ударів сталися в загальній зоні грози.

Цікаво порівняти наведену вище вибірку даних із дослідженням, проведеним у 1971 році. П'ять комерційних авіакомпаній США (American, Braniff, Continental, Eastern та United) і Лабораторія високої напруги General Electric створили Проект звітності про удари блискавки в авіакомпаніях. Метою проекту було глибше розуміння умов, за яких літаки потрапляють під удар блискавки, та їхнього впливу на структурні, електричні та авіонічні системи літаків.  

У звіті охоплено 153 випадки ударів блискавки, які сталися з транспортними літаками з турбореактивним двигуном. У ньому було встановлено, що на момент удару блискавки в літак існували такі умови:

• 85% знаходилися в хмарі
• 83% відчували опади
• 72% відчували турбулентність
• 50% відчували електричну активність (статичний розряд у навушниках, пожежа Святого Ельма) перед ударом
• 95% інцидентів зі зіткненнями сталися нижче 23 000 футів (7 000 метрів).
• 5% випадки сталися між 33 000 та 37 000 футів.

Спільний проєкт Національної лабораторії сильних штормів, Дослідницького центру NASA в Ленглі та Центру космічних польотів імені Ґоддарда NASA з використанням Convair F-106B показав, що більшість прямих ударів по дослідницькому літаку сталася на стадії розпаду еволюції клітин. Умови навколишнього середовища, такі як турбулентність та інтенсивність дощу під час прямих ударів на низьковисотних польотах, характеризувалися незначним або легким рівнем обох. Ймовірність прямого удару по літаку під час грози зростає зі зменшенням частоти спалахів блискавок.