تکان های ناشی از هوای متلاطم از علت های عمده آسیب دیدگی های در حین پرواز است. در بیست و پنج درصد موارد خلبان مجبور شده است تا مسیر پرواز را تغییر دهد و در نخستین فرودگاه بنشیند. هر سال چندین تن در اثر تکان های هوایی آسیب های جوی می بینند. در فاصله زمانی بین سال های 2007 تا 2016 میلادی 424 تن خدمه پرواز و مسافر آسیب های جدی دیده اند. این عده در شرایطی که هواپیما در پرواز مستقیم بوده و ناگهان در جریان هوای متلاطم افتاده آسیب دیده اند.
در ماه می سال 2017 یک فروند هواپیمای بوئینگ 777 در مسیر مسکو به بانکوک در هوای متلاطم قرار می گیرد و 25 تن از سرنشینان آسیب های جدی می بینند و حتی چند تن دچار شکستگی می شوند. در ماه ژوئن همان سال تعدادی از مسافران هواپیمای بوئینگ 737 شرکت هواپیمایی یونایتد که از پاناماسیتی، پاناما به طرف هوستون، تگزاس در حرکت بود بر فراز مکزیک در هوای متلاطم قرار می گیرد و آسیب های جدی می بینند به طوری که سه تن از مسافران بستری می شوند. پرواز ادیکن ایرلاینز که از یونان به فیلادلفیا در ایالات متحده پرواز می کند چند لحظه پیش از نشستن با هوای متلاطم روبرو می شود. در این پرواز نیز تعدادی از مسافران آسیب های جدی می بینند.
بیشتر این حوادث بدون هیچ هشداری روی داده اند حتی بزرگترین هواپیماها هم در برابر این گونه هواهای متلاطم آسیب پذیر هستند. بیشتر این حوادث در ارتفاع پروازی بالاتر از 30 هزار پا و در حالی که مسافران صندلی خود را ترک کرده و میهمانداران در حرکت بوده اند روی داده است.
به طور کلی سه نوع تکان های هوایی وجود دارد که می تواند بر هواپیما تاثیر بگذارد. تکان های هوایی (تلاطم های هوایی) مکانیکی که پس از گذشتن جریان هوا از موانع فیزیکی مانند ساختمان یا پستی بلندی های زمین تشکیل می گردد. در این صورت سرعت و جهت آن را می توان پیش بینی کرد. تکان های بالارونده که بدون هیچ گونه نشانه ای مانند ابر تشکیل می شود و تکان هایی مانند گذشتن از یک سطح دارای دست انداز است.
تکان های بالا رونده شدیدی که در حاشیه ابرهای جوششی (کومولوس) به وجود می آیند. معمولا این تکان ها به وسیله بعضی از انواع رادارهای هواشناسی دیده می شوند.
تکان هایی که به وسیله پدیده باد قیچی تشکیل می شود با بادهای شدیدی همراه است و احتمال دارد آشکار نباشد. زمانی که وزش باد شدیدی در سطح زمین گزارش می شود، خلبانان می توانند تکان های شدیدی را پیش بینی کنند ولی در صورتی که این پدیده در ارتفاع بالاتری تشکیل شود، پیش بینی پذیر نخواهد بود. بعضی وقت ها هواشناسان می توانند مناطق دارای تلاطم های هوایی در ارتفاعات بالاتر را پیش بینی کنند. این نوع تلاطم هوایی را که "تلاطم در هوای بدون ابر" نامیده می شود، به وسیله چشم یا دستگاه رادار هواشناسی هواپیما دیده نمی شود. سازمان هواپیمایی کشوری پدیده تلاطم در هوای بدون ابر را چنین توصیف می کند: تکان های هوایی شدید ناگهانی در مناطق بدون ابر که تکان های شدیدی به هواپیما می دهد.
ردیابی تکان های هوایی
رادار هواشناسی امواج میکرو را به صورت پالس های کوتاه می فرستند. در صورتی که این امواج به چیزی در هوا برخورد کند، بخشی از انرژی آن به طرف رادار برمی گردد. یک گیرنده این انرژی را دریافت و آن را به صورت تصویری روی صفحه رادار تبدیل می کند. قطره های آب انرژی را به خوبی برمی گردانند. در صورتی که کریستال های یخ به خوبی این کار را انجام نمی دهند. به همین دلیل به خوبی روی صفحه رادار به نمایش در نمی آیند. در "تلاطم در هوای بدون ابر" (تلاطم در آسمان صاف) که به آن Clear Air Turbulence یا AT نیز می گویند ذره های حاوی رطوبت وجود ندارد.
بعضی از رادارهای هواشناسی مانند رادار WSR-88-D در خدمات ملی هواشناسی ایالات متحده را می توان در حالت "هوای صاف" قرار داد. در چنین حالتی رادار می تواند کوچکترین ذره های حاوی رطوبت ذره های گرد و غبار و حتی حشره ها را ردیابی کند. برای این کار صفحه رادار باید با سرعت بسیار کمی حرکت کند. این رادار تنها در لایه های پایین اتمسفر کارایی دارد. به این ترتیب هواپیمای متلاطم CAT در ارتفاعات بالاتر ردیابی و شناسایی نخواهد شد.
رادارهای هواشناسی داخل هواپیما نیز محدودیت های مشابهی دارند. این رادارها می توانند بارندگی را شناسایی کنند و در صورتی که توانایی داپلر داشته باشند می توانند تکان های هوایی داخل بارندگی را نیز مشخص نمایند. این رادارها نمی توانند هوای متلاطم در آسمان صاف یا CAT را شناسایی و مشخص کنند. به خاطر محدودیت های زمانی، امکان شناسایی هوای متلاطم در آسمان صاف امکان پذیر نخواهد بود زیرا سرعت ارزیابی رادار آنقدر آهسته و کند خواهد بود که کارایی نخواهد داشت. در این صورت با همان مشکلات رادارهای معمولی همراه خواهد بود. طول موج امواج میکرو آنقدر بزرگ خواهد بود که نمی تواند ذره های بسیار ریزی را که با هوای متلاطم در آسمان صاف همراه است را ردیابی و شناسایی کند.
در دهه 1960 رادار ردیاب نور و برد (فاصله) توسعه یافت کهLight Detection and Ranging=LIDAR نامیده می شود. در این سامانه نیز مانند رادار معمولی، انرژی منتشر می شود و پس از برخورد به هر شئی یا ذره بخشی از آن به طرف آنتن برمی گردد ولی در این سامانه از نور استفاده می شود که طول موج کوتاهتری دارد و می تواند ذره های بسیار کوچکتر را دریافت و شناسایی کند. پالس های متمرکز نور از یک لیزر بیشترین بازدهی را دارد. حسگرهای عدسی نور پخش شده را ردیابی می کنند. پدیده داپلر در نور هم صدق می کند. به این ترتیب که طول موج انرژی که برمی گردد تغییر می یابد. از لیدار به همراه داپلر در بسیاری از فرودگاههای جهان استفاده می شود. به این ترتیب وجود پدیده ای گردباد تولید شده به وسیله بال های هواپیما مشخص می گردد. به این ترتیب لیدار داپلر کارایی لازم را برای نشان دادن هوای متلاطم در آسمان صاف CAT را خواهد داشت.
مشکلات
به طور کلی مشکلات هوای متلاطم در آسمان صاف چند جنبه دارد. نخست توسعه فناوری ردیابی این نوع هوای متلاطم امکان پذیر است. این سامانه باید کوچک و سبک باشد تا بتوان آن را در هواپیما نصب کرد. در ضمن اطلاعات به دست آمده باید هر چه زودتر در دسترس قرار بگیرد تا خلبان بتواند اقدامات لازم را انجام دهد. دوم اینکه برای محافظت از خدمه و مسافران چه گام هایی می توان برداشت؟
در دهه گذشته تلاش هایی برای ساخت سامانه لیدار که بتوان آن را در هواپیما نصب کرد صورت گرفته است. یک نمونه اولیه به وسیله یک شرکت فرانسوی به نام تیل ساخته شد. البته این پروژه به خاطر موانع اقتصادی متوقف شد. البته گفتنی است که تلاطم آسمان صاف (منظور بدون ابر است) به هواپیمایی که خوب نگهداری شده باشد آسیب نمی زند. اگر چه وارد شدن به منطقه دارای چنین تکان های هوایی می تواند به سرنشینان هواپیما آسیب های جدی وارد کند ولی احتمال آسیب به سرنشینان هواپیما دارد. البته به خاطر اینکه ایمنی سازه هواپیما را به خطر نمی اندازد، کارخانه های سازنده و شرکت های هواپیمایی هیچ تمایلی نسبت به توسعه و به کارگیری سامانه ردیابی این نوع تکان های در حین پرواز ندارد.
پیشرفت ها
به نظر می آید پیشرفت هایی در این زمینه صورت گرفته باشد. آژانس اکتشافات هوا فضای ژاپن توسعه یک لیدار داپلر را در سال 2010 آغاز کرد. این دستگاه به اندازه ای کوچک بود که می توانستند آن را در هواپیما نصب کنند. در سال 2011 همین آژانس دستگاه لیدار داپلری ساخت که 150 کیلوگرم وزن داشت ومی توانست تا ارتفاع 40 هزار پایی تلاطم های هوایی در آسمان صاف را تا فاصله 5 مایل جلوتر از هواپیما را ردیابی و شناسایی کند. در فوریه 2012 این سامانه با موفقیت آزمایش شد. گفته می شد که برای نخستین بار در حین پرواز تلاطم هوایی در آسمان صاف را تشخیص داد و شناسایی کرد. قرار است که این آژانس برای آزمایش های پروازی بیشتر با بوئینگ همکاری های نزدیکی داشته باشد.
آزمایش های پروازی از فرودگاه بوئینگ و به وسیله یک فروند بوئینگ 777 متعلق به شرکت هوایی فدرال اکسپرس انجام خواهد شد. سامانه جدیدی که در این آزمایش های پروازی استفاده می شود 84 کیلوگرم وزن دارد و تا فاصله 17 کیلومتر جلوتر از هواپیما را دریابی می کند. به این ترتیب در حین پرواز خلبان 70 ثانیه فرصت برای آماده سازی هواپیما فرصت دارد. یعنی چراغ کمربندها روشن و به میهمانداران اعلام شود تا هر چه سریعتر بنشینند.
این آزمایش ها بخشی از یک پروژه بزرگتر است. اطلاعات به دست آمده از سامانه ردیابی و شناسایی لیدار داپلر به سامانه کاهش تکان های هوایی داده می شود. حسگرهای موجود در این سامانه به حالت آماده باش در می آیند. در صورت مشاهده نخستین تکان های هواپیما سطوح کنترل مانند شهپرها، بالابرها و سکان هواپیما با انجام حرکت های لازم، تکان های هوایی را به کمترین میزان کاهش خواهند داد. در حال حاضر این سامانه در بوئینگ 787 وجود دارد. مجموعه این سامانه ها می تواند به میزان 60 درصد از آسیب های ناشی از تکان های هوایی بکاهد.
پیش بینی ها
در ماه مارس سال 2017 پژوهشگران آب و هوا در دانشگاه ریدینگ انگلستان چنین گزارش کرده اند که به خاطر تغییرات آب و هوایی بر میزان تکان های هوایی افزوده خواهد شد. تنها در مسیرهای هوایی شمال اقیانوس اطلس پیش بینی می شود که به میزان 10 درصد بر میزان تکان های هوایی در ارتفاعات پروازی افزوده شود. البته نتیجه پژوهش های جدیدتر نشان می دهد که وضعیت خیلی وخیم تر است.
دانشمندان می گویند که با استفاده از الگوی شبیه سازی آب و هوایی برای دوره بین 2050 تا 2080 دریافته اند که تکان های هوایی شدیدتری در آسمان صاف وجود خواهد داشت. به ویژه در عرض های جغرافیایی میانی که بیشترین پروازهای مسافری انجام می شود. دانشمندان می گویند در عین حال افزایش چشمگیری در پروازهای بین المللی در همین عرض های جغرافیایی پیش بینی می شود که با افزایش تکان های هوایی در آسمان صاف نیز همراه خواهد بود.
براساس این پیش بینی ها میزان تکان های هوایی در شمال اقیانوس اطلس 181 درصد، در اروپا 161 درصد ،113 درصد در آمریکای شمالی و 50 درصد در سایر نقاط جهان افزایش خواهد یافت.