Инновационный проект и результаты научно-технической экспертизы, организованной ГУНИД Минобороны в целях определения необходимости и возможного порядка реализации разработки в интересах Вооруженных Сил Российской Федерации.
Описание проекта представлено в авторской редакции.
Проект 14
Разработка инновационной технологии мониторинга и прогноза обледенения воздушных судов в атмосфере комплексом наземных средств дистанционного радиозондирования.
Из описания проекта:
Разработка и создание макета измерительно-вычислительного комплекса для мониторинга и прогноза обледенения воздушного судна, основанного на результатах измерений наземных средств дистанционного радиозондирования атмосферы: метеорологического температурного профилемера МТР-5PE и радиометрической системы РМС-1, а также данных аэродромной метеорологической информационно-измерительной системы АМИС-РФ.
В настоящее время на аэродромах РФ мониторинг и прогноз метеорологических условий, способствующих возникновению обледенения, осуществляется два раза в сутки методами радиозондирования. Для получения информации в атмосферу выпускаются в свободный полет небольшие легкие измерительные приборы (шар-зонды), снабженные датчиками различных метеорологических параметров и радиопередатчиком. Кроме метода радиозондирования также используются фактические данные об обледенении, поступающие с бортов самолетов, на которых установлены контактные датчики. Такая периодичность получения информации недостаточна для объективного контроля над изменением метеорологической ситуации в силу высокой внутри суточной изменчивости температурных полей и полей влажности в атмосфере. В настоящее время повышение периодичности получения информации может быть достигнуто путем использования техники дистанционного зондирования, которая позволяет контролировать термическую структуру и поля влажности нижнего слоя атмосферы и оценивать ее временную динамику с высоким пространственно-временным разрешением.
За рубежом, и прежде всего в США, большое внимание уделяется разработке и использованию техники дистанционного зондирования для мониторинга и прогноза метеорологических условий, которые способствуют обледенению. В подразделениях NASA и NOAA разрабатывается система инновационных технологий дистанционного зондирования для обнаружения и измерения условий обледенения в полете, которая получила название NASA Icing Remote Sensing System (NIRSS). Данная система является системой двойного назначения и создается в интересах DoD, Aviation Weather Center и других организаций, связанных с авиацией.
NIRSS состоит из двух радаров K- и Х- диапазонов, облакомера (измерителя высоты нижней кромки облаков) и микроволнового радиометра-профилемера Radiometrics 3000. На рисунке 2.1 показана концепция системы NIRSS наземного базирования. Рисунок 2.2 демонстрирует комплекс приборов, входящих в NIRSS: большой трейлер – радар Х- диапазона, микроволновый радиометр-профилемер Radiometrics – крайний слева, облакомер фирмы Vaisala – слева, радар K- диапазона фирмы Metek – маленький трейлер. Прогноз интенсивности обледенения (Icing Severity) в зависимости от содержания воды в облаках (LWC) представлены на рисунке 2.3.
В работе авторами настоящего проекта предложен дистанционный способ определения пространственных зон вероятного обледенения воздушных судов в режиме реального времени основе MTP-5PE и данных АМИС-РФ. Температурный профилемер MTP-5PE производства НПО АТТЕХ является отечественной разработкой и работает по революционной технологии дистанционного зондирования атмосферы с высоким пространственно-временным разрешением.
Рисунок 2.1. Концепция системы NIRSS наземного базирования.
Рисунок 2.2. Расположение приборов, входящих в NIRSS.
Рисунок 2.3. Прогноз интенсивности обледенения (Icing Severity) в зависимости от содержания воды в облаках (LWC).
При определении пространственных зон профиль температуры измеряется MTP-5PE, а профиль влажности рассчитывается с использованием аналитической экстраполяции приземных измерений влажности с учетом данных о высоте облачности, которые являются результатом измерений АМИС-РФ.
Тестирование данного дистанционного способа осуществлялось в ходе экспедиционных работ в аэропортах Томска и Новосибирска и комплексного эксперимента. На рисунке 2.4а стрелкой показано расположение MTP-5PE, облакомера и датчика влажности при проведении экспедиционных работ в аэропорту Томска в 2012 – 2013 гг., а на рисунке 2.4б расположение этих приборов при проведении комплексного эксперимента в Геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН, Томск, 2016 г.
Рис. 2.4а. Расположение метеорологического температурного профилемера, облакомера и датчика влажности на аэродроме во время проведения эксперимента в аэропорту Томска в 2012 – 2013 гг.
Рис. 2.4б. Расположение метеорологического температурного профилемера, облакомера и датчика влажности, Томск, 2016 г.
Рис. 2.5а. Вид MTP-5PE после его установки в аэропорту Томска
Рис. 2.5б. Вид MTP-5PE после его установки в Геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН
Вид MTP-5PE после его установки в аэропорту Томска и в Геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН показан на рисунке 2.5. Результаты прогноза обледенения воздушных судов, полученные в ходе проведения эксперимента в аэропорту Томска 17.03.2013 г., представлены на рисунке 2.6. Результаты прогноза обледенения воздушного судна в аэропорту Томска, полученного при проведении комплексного эксперимента в Геофизической обсерватории ИМКЭС СО РАН 03.02.2016 г., показаны на рисунке 2.7. Светло-серым, серым и темно-серым цветом показаны пространственные зоны возможного обледенения воздушного судна, белым цветом – зоны, где метеорологические условия не способствуют обледенению. Темно-серый цвет соответствует пространственным зонам возможного обледенения воздушного судна в облаках, серый – в осадках, светло-серым цветом показаны зоны обледенения в отсутствие облаков и осадков. Штрихом обозначены пространственные зоны фактического обледенения, информация о которых поступала с бортов самолетов в течение рассмотренного периода времени.
Рис. 2.6. Результаты прогноза обледенения воздушных судов в аэропорту Томска 17.03.2013 г.
Рис. 2.7. Результаты прогноза обледенения воздушных судов в аэропорту Томска 03.02.2016 г.
Тестирование дистанционного способа для аэропорта Томска в 2015 г. показало хорошее согласие между результатами прогноза и данными фактического обледенения, информация о которых поступала с бортов самолетов в течение рассмотренного периода времени. Из рисунков 2.6 и 2.7 видно, что метод Шульца и Политович и метод Годске дают схожие результаты по расположению пространственных зон возможного обледенения воздушного судна. Однако результат, полученный по методу Шульца и Политович, более близок к фактическим данным об обледенении, которые поступали с бортов воздушных судов. Использование MTP-5PЕ совместно с данными аэродромной метеорологической системы АМИС-РФ позволяет осуществлять мониторинг метеорологической условий, которые могут привести к обледенению, с высоким пространственно-временным разрешением.
Тестирование дистанционного способа при проведении экспедиционных работ в аэропорту Новосибирска в 2015 г. также показало хорошее согласие между результатами прогноза и данными фактического обледенения, информация о которых поступала с бортов самолетов в течение рассмотренного периода времени.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРТИЗЫ
В результате проведенной ведомственной научно-технической экспертизы определено, что в связи с неадаптированностью задач проекта к потребностям Вооруженных Сил Российской Федерации и тем, что проект не учитывает имеющиеся и перспективные средства метеорологического обеспечения полетов авиации Вооруженных Сил, имеются организационные риски его реализации в представленном виде.
Экспертами рекомендовано:
- провести доработку проекта в части уточнения задач, этапов работ и возможных соисполнителей исследований;
- провести дополнительные исследования, определить преимущества предлагаемой системы и возможности ее интеграции в существующие системы мониторинга и аэродромного обеспечения;
- расширить географию исследований.
5 июня 2019г.
Источник: ГУНИД Минобороны РФ
Справка
Проработка проектов для достижения целей экспертизы проводилась несколькими методами, а именно эвристическим (заключения экспертов, организаций и заинтересованных органов военного управления), измерительным и регистрационным (проведение апробации или оценочных испытаний).
Перспективные инновационные разработки и технологии предварительно были отобраны специалистами органов военного управления, научно-исследовательских организаций и военно-учебных заведений Минобороны России в период проведения форума "АРМИЯ".
Посмотреть подборку проектов можно в блоге ГУНИД Минобороны на нашем сайте.
