Дронове експлоатират сляпо метеорологично петно с военно и търговско приложение

В края на май 2024 г. Стив Пилц и неговият екип за прогнозиране на времето в Тълса, Оклахома, се изправиха пред дилема: те нямаха достатъчно данни, за да преценят дали някои незначителни гръмотевични бури могат да се превърнат в силно торнадо.

Професор от Държавния университет на Оклахома запълни тази празнина, изпращайки дрон на височина 488 метра в нощното небе. Получените от него данни за влажността и вятъра бяха достатъчни, за да може екипът на Националната метеорологична служба на Пилц да подобри предупреждението към обществеността. Часове по-късно смъртоносно торнадо EF3 - третата най-силна категория - се стовари в окръг Роджърс, оставяйки след себе си 39 километра разрушения.

Дронът предаде важна информация от така наречения граничен слой - малкото километри от атмосферата, които са най-близо до земята. Там се формира голяма част от времето, което влияе на хората - мъгла, ниски облаци, вятър и бури, но това е и слабо наблюдаван регион, като традиционните наземни станции, метеорологични балони и сателити оставят значителни слепи зони.

Сега швейцарската фирма Meteomatics е начело в усилията за проникване в този слой с помощта на автоматизирани дронове. Нейните Meteodrones извършват повтарящи се вертикални полети, като подават данни за температура, влажност, налягане и вятър в прогнозните модели. Има значителни регулаторни и оперативни предизвикателства, които трябва да бъдат преодолени, но дроновете в граничния слой са готови да автоматизират ключов елемент от прогнозирането на времето, който не се е променял от десетилетия.

Дроновете могат да запълнят важна празнина в метеорологичните данни:

Събраните данни предоставят критична информация на военните плановици и авиодиспечерите за бури, сняг и лед. Но подробните прогнози биха могли да дадат предимство и на търговците на енергия на пазар, който е все по-чувствителен към продукцията от вятърните и соларните паркове.

Търговците – нетърпеливи да елиминират скъпоструващите грешки в прогнозите и да намерят печеливши възможности – са сред най-големите клиенти на фирмата, според Брад Гуей, метеоролог от Meteomatics. Нещо толкова основно, като температурна инверсия, която забавя слънчевото греене извън облачната покривка, може да предложи решаващо търговско предимство при определяне на предлагането и търсенето на възобновяема енергия.

„Виждате тези доста малки метеорологични събития, които могат да направят цялата разлика“, каза Гуей. „Една единствена невярна прогноза може да струва на търговците милиони долари за един ден.“

Апетитът за по-прецизни метеорологични данни се разпали от ново поколение модели за прогнозиране с изкуствен интелект, обучени върху исторически наблюдения. Но моделите с изкуствен интелект са толкова точни, колкото данните, които ги захранват, а сателитите и други системи, предназначени за мащабни метеорологични наблюдения, не са добри в записването на дребни атмосферни събития, според Тайлър Бел, професор по метеорология в Университета на Оклахома, който управлява отделна платформа за метеорологични дронове, наречена CopterSonde.

„Наричаме това тера инкогнита“ или непозната земя, каза Бел, описвайки граничния слой. Дроновете, добавя той, са идеалната технология за запълване на празнината, тъй като могат да наблюдават вятъра, температурата, влажността и налягането. „Те са евтини, сравнително надеждни. Имат всичко, което искате, в един пакет.“

Mercuria Energy Group Ltd. проучва дали данните от дронове, събрани от граничния слой, биха могли да повишат точността на метеорологичните прогнози, които използва за прогнозиране на търсенето и предлагането на ключови енергийни пазари в САЩ, включително Съвета за надеждност на електрическата енергия на Тексас и южния център на Southwest Power Pool, каза Джейсън Лин, метеоролог във фирмата.

„Идеята за повече информация за граничния слой, подобряваща краткосрочната прогноза, е лесна за приемане теоретично. Но се оказва, че никой няма набора от данни, за да го докаже“, каза Лин.

По-добрите и по-чести директни измервания там биха могли да помогнат за прогнози с по-висока резолюция в диапазона от 48 до 72 часа, които са жизненоважни за прогнозиране на променливи атмосферни промени като облачна покривка и валежи, които имат ефект върху натоварването на мрежата, каза той. Mercuria започна да обсъжда възможността за използване на данни от Meteomatics преди две години и наскоро се обърна към Bell за използване на измервания, записани с неговите CopterSondes. Една идея е мрежа от дронове, които събират данни за граничния слой нагоре по течението на вятърните паркове, каза Лин.

„Вятърът е целевият параметър, който изпъква най-много“, каза той, особено през зимните месеци през следващите години, тъй като търсенето на енергия поглъща излишното производство на електроенергия. „Изведнъж SPP South и Ercot стават наистина, наистина интересни, като се има предвид зависимостта на цените на тези два пазара от производството на вятърна енергия.“

Военна стратегия

Проникването в граничния слой също така има потенциално стратегическо значение за военните, тъй като геополитическото напрежение се увеличава.

Най-голямото полево изпитание на метеорологичните дронове на Meteomatics се провежда от норвежките военни, чиято територия се превърна в плацдарм за северния фланг на НАТО, откакто Финландия и Швеция се присъединиха към алианса. През зимата 14 държави събраха 30 000 войници, за да проверят дали могат да се бият ефективно като единна сила в суровите арктически условия.

Когато снежна буря настъпи по-бързо и по-интензивно по време на едно учение през февруари, отколкото Норвежкият метеорологичен институт прогнозира, видимостта на мястото за излитане на военните дронове за наблюдение беше намалена почти до нула. Но инструмент за визуализация на времето, захранван с данни от Meteodrone от граничния слой, позволи на армията да се адаптира.

„Зоната за излитане беше много силно засегната от гъст сняг и ниска облачност“, каза Кенет, специалист по поддръжка на мисията в ескадрилата за дронове на норвежката армия. „Успяхме да ги преместим на място, където времето всъщност беше по-добро, за да могат да си върнат контрола над дрона и да го приземят безопасно.“

Армията сега тества дали добавянето на повече данни от граничния слой може да направи прогнозите за времето още по-точни. Ранните тестове са обещаващи, особено при прогнозиране на условията на обледеняване, които са основен риск при полетите на военни дронове, каза Нилс Хохайм-Саерс, старши инженер в NORCE, независим изследователски институт, който наблюдава тригодишния проект.

„Няма друг сензор, който може да открие обледеняване и след това да върне това наблюдение обратно в моделите“, каза той.

Още по темата

НАТО свали дрон, навлязъл във въздушното пространство на Латвия

В. Шаламанов: В програмата на кабинета дроновете са приоритет само в земеделието

Демонстрационен полет

Отвъд Норвегия, агенции и изследователи в САЩ, Германия, Франция, Швейцария и Перу също тестват оборудване на Meteomatics.

Шестроторните метеорологични дронове на компанията са специално създадени за летене в екстремни условия, включително ветрове от 90 километра в час, и имат вградени функции за размразяване, които им позволяват да летят при -45°C.

Дроновете са проектирани да излитат от климатизирани наземни станции, които ги помещават между полетите и служат като комуникационен център. Преди излитане вратите на наземната станция се отварят, позволявайки на дрона да се издигне от стартовата площадка. Когато дронът се върне, автоматизирана система го центрира отново върху стартовата площадка и го свързва за презареждане преди вратите на станцията да се затворят.

Националната океанска и атмосферна администрация на САЩ (NOAA) извърши заедно с изследователи от Meteomatics и Държавния университет на Оклахома за демонстрационен полет на дрон този месец. NOAA се стреми да запълни празнината в данните за граничния слой, като същевременно настигне европейските глобални метеорологични модели, които в момента задават стандарт.

Агенцията все още не е решила как дроновете на Meteomatics ще се впишат, според Тейлър Джордан, помощник-секретар на NOAA за наблюдение и прогнозиране на околната среда.

„Виждам всички тези нови технологии като допълващи и разширяващи нашите възможности“, каза той.

Още по темата

Опасно бездействие: Само една антидрон система пази българските граници

Доц. Панайотов: €1 за превенция на пожари може да спести до €50 загуби

Предизвикателствата

В Германия правителствената компания за прогнози DWD се сблъсква с регулаторни ограничения при тестването на дронове на Meteomatics. Правилата на Европейския съюз все още изискват човек ръчно да разрешава и контролира всеки полет на дрона преди изстрелване, докато близостта на летище Берлин до тестовата площадка предотвратява пълното проучване на граничния слой, според Бен Шкода от DWD.

„Все още ви е нужен някой, който да провери дали всичко е наред“, каза Шкода. „Не можете просто да го планирате да лети на всеки половин час.“

NOAA е изправена пред подобни ограничения, като агенцията все още трябва да изработи разрешенията на Федералната авиационна администрация и правилата за пряка видимост с регулаторните органи, според Джордан.

DWD също така досега е била разочарована в усилията си да тества сензорите на Meteomatics, отчасти защото те са интегрирани в дронове, които са твърде големи, за да летят в аеродинамичния тунел на метеорологичната служба. Шкода каза, че DWD е имала и проблеми с това да накара Meteomatics да забави скоростта на изкачване на дрона, която е твърде висока за оптимално тестване спрямо данни, събрани от метеорологични балони, които се издигат с по-бавно темпо.

Гуей каза, че Meteomatics работи с DWD и други агенции, за да разреши проблеми с директното тестване на сензорите на дрона, но каза, че по-бързата скорост на изкачване е ключова част от дизайна на дрона и че неговите сензори и обработка на данни са настроени към скоростта на полета му.

Въпреки предизвикателствата Гуей каза, че напредъкът при живота на батерията на дроновете, цената и навигацията правят напълно автоматизираното наблюдение на времето постижимо.

„Намираме се на прага на преосмисляне на глобалната мрежа за наблюдение“, каза той. „В миналото събирахме измервания два пъти на ден, защото това е по същество начинът, по който го правим от Втората световна война насам, но това не винаги отразява метеорологичната реалност.“

Още по темата

България има само отделни системи, вместо цялостна защита срещу дронове

Въглеродните пазари ще са в центъра на тазгодишната климатична среща на ООН