Сегодня современные самолёты летают на авиационном керосине — топливе, вырабатываемом из нефти. Как правило, в состав нефтепроизводного топлива входят углерод (С) и водород (H). При сгорании в двигателе атомы углерода и водорода отделяются друг от друга, чтобы соединиться с молекулами кислорода из воздуха. Получаются два новых вещества — углекислый газ и вода. Именно водяной пар, вырываясь из сопл, превращается в туман, образуя длинные белые следы. Углекислый газ и водяной пар задерживают тепло, излучаемое Землёй, что само собой «помогает» развитию парникового эффекта. Согласно теории, при сгорании керосина ничего, кроме углекислого газа и воды, образовываться не должно. На деле во время работы двигателей самолётов происходит выброс отработанных газов, прямых и побочных продуктов сгорания топлива, которые могут быть причиной нежелательного воздействия на окружающую среду. Это явление называется «эмиссия». Эмиссия оксидов углерода, несгоревших углеводородов и частиц углерода — результат неполного сгорания топлива в двигателе. Эмиссия оксидов азота — следствие высокой температуры в зоне горения топлива, при которой становится возможным окисление содержащегося в воздухе азота. Именно оксиды азота ведут к истощению озонового слоя Земли.

Полёт самолёта, Аргентина, Эль-Калафате 2017 © Perlan

За время полёта из Лондона в Нью-Йорк и обратно генерируется примерно столько же парниковых газов,
сколько и при отоплении одного сельского дома в течение одного года.

Шумовое загрязнение

Антропогенное шумовое воздействие неблагоприятно сказывается на организме человека. Было установлено, что продолжительное пребывание в местах с шумовым загрязнением ведёт к физиологическим и психическим нагрузкам — бессонница, гипертония. В связи с этим размещение аэропортов должно отвечать особым требованиям не только по условиям обеспечения нормативного уровня шума и загрязнения воздуха, но по гарантированию безопасности населения на прилегающей территории. С 1992 по 1998 год основатель Perlan и летчик-испытатель NASA Эйнар Эневолдсон собрал доказательство погодного явления, о котором в то время никто даже не знал: стратосферные горные волны.

 •  Эйнар Эневолдсон, пилот летного планера, бывший летчик-истребитель ВВС США и сотрудник по обмену с Королевскими военно-воздушными силами, учился в Британской учебной школе (the Empire Test Pilot’s School ) для лётчиков-испытателей и инженеров по летным испытаниям в Фарнборо, Хэмпшир, Англия.С 1968 по 1986 год Эйнар был научным пилотом НАСА в Исследовательском центре полёта Драйден. Он был дважды награжден медалью «Исключительная служба» НАСА, а также отличительным крестом ВВС США. Подобно огромным океанским волнам, эти воздушные волны отбрасываются сильными порывами ветров, над вершинами высоких горных хребтов, таких как Анды.

Эти волны воздуха затем устремляются прямо в космос. Как пилот Эйнар быстро понял — для того чтобы прокатиться на таких волнах с выходом в космос, необходимо использовать планер. И он решил доказать это. Так родился проект «Перлан». В 1998 году метеоролог д-р Элизабет Остин объединилась с Эйнаром и расширила его результаты, доказывая, что стратосферная полярная ночная струя и полярный вихрь являются факторами поддержания этих горных волн (атмосферные внутренние гравитационные волны), позволяя им достичь до 130 000 футов (39 624 метра).

• Д-р Элизабет Остин, артикулирующий и динамичный президент WeatherExtreme Ltd, является одним из ведущих авторитетов и руководителей страны в следующих областях: изменение климата, судебная и авиационная метеорология, погода в горах, изучение физических процессов облаков и льда, стратосферная горная волна и мезомасштабное атмосферное моделирование. Исследования, консультации и уведомления Weather Extreme Ltd состоят из информации в следующих областях: прогнозы погоды, наводнения, торнадо, микропорывы, суровая погода, ураганы, лавины, авиационные проекты, стихийные бедствия, изменение климата, сельское хозяйство и экспертиза.

WeatherExtreme — крупная международная метеорологическая и климатологическая исследовательская и консалтинговая фирма, предоставляющая обширные услуги для выдающейся и разнообразной группы клиентов, включая NASA, Federal Express, Delta, Air France, Southern California Edison, Rockwell Collins, Time-Warner Cable и United государственные министерства юстиции в частности.

Элизабет также в настоящее время служит Главным метеорологом для новаторского проекта «Перлан», авиационного события в подготовке к полёту пилотируемого планера с рекордной высотой в 100 000 футов. Элизабет была частым и популярным лектором, приглашенным докладчиком и научным экспертом по важнейшим научным вопросам погоды, климата и окружающей среды во всём мире, включая выступления в Китае, Франции, Австралии, Германии, Новой Зеландии, Аргентине, Мексике, Швейцарии и Австрии. Одной из очень важных проблем и направлений деятельности доктора Остин является настоятельная необходимость в повышении уровня образования молодёжи в области науки и техники.

Как она заявляет: «Учёные завтра начнут с сегодняшних детей». Среди её многочисленных отличий — награда старшего специалиста Фулбрайта в Лаборатории физиологии атмосферы, CNRS, Университета де Ла Реюньон, острова Реюньон, Франция, и выдающейся награды в колледже Сьерра-Невады в Incline Village, Невада. Её обширный опыт и знания по гражданским и уголовным делам варьировались от случая двойного убийства и смертной казни к государственным и федеральным делам, к делам иностранного суда. Она работала более чем в 1000 случаях: авиация, пожары, автокатастрофы, сельское хозяйство, кайт-серфинг, катание на лодках, сбои в оборудовании, лавины, лыжные катастрофы и торнадо. Элизабет также занимала должности профессора в Исследовательском институте пустыни/Университете Невады в Рено. Являясь активным членом Национальной метеорологической ассоциации на протяжении многих лет, она является активным членом Американского метеорологического общества, работает во многих комитетах AMS и в качестве председателя Совета сертифицированных консалтинговых метеорологов (CCM). 

Полёт самолёта, Аргентина, Эль-Калафате 2017 © Perlan

В 1999 году Стив Фоссетт, лётчик-рекордсмен, матрос и искатель приключений, а также первый человек, который совершил одиночный полёт без остановок по всему миру на воздушном шаре, решил финансировать проект Perlan Миссия I и стал одним из пилотов этого проекта. 30 августа 2006 года Фоссетт и Эйнар Эневолдсон (Perlan Миссия I) совершили полёт на модифицированном самолете DG-505m (Perlan I) до 50 722 футов (15 460 м), преодолев предыдущий полёт на 1,662 фута (507 м). Perlan I теперь находится в Музее авиации в Сиэтле.

Perlan II

Основываясь на полном успехе миссии Perlan I, Стив Фоссетт согласился финансировать Миссию II, создав под давлением кабину для специального планера, чтобы лететь до 90 000 футов (27 432 м). 3 сентября 2007 года во время полёта над горами Сьерра-Невада Фоссетт исчез, в дальнейшем его смерть была в конечном итоге подтверждена. Во время его прохождения был выполнен конструкционный и аэродинамический дизайн фюзеляжа Perlan II, а также аэродинамический дизайн всего планера. К сожалению, как Фоссетт, так и финансирование для завершения миссии Perlan II были потеряны. В июле 2014 года Airbus стал партнёром и титульным спонсором Airbus Perlan Mission II, эффективно вернув проект Perlan II в развитие. Первый полет утром 23 сентября 2015 года в муниципальном аэропорту Редмонда, штат Орегон, планер Perlan II совершил свой первый полёт, который стал знаменательным моментом в истории мировой авиации.

Испытание на вибрацию Земли

В октябре 2015 года команда Airbus Perlan Миссия II перевела проект Perlan II в Сан-Диего, штат Калифорния, где завершила успешное наземное испытание вибрации (GVT) в ATA Engineering (инженерная консалтинговая фирма, которая предоставляет инновационные решения с помощью тестового и аналитического проектирования, уделяя особое внимание инженерным потребностям производителей в решении задач, связанных с затратами, качеством и временем выхода на рынок для механических и аэрокосмических систем).

Начало лётных испытаний

В декабре 2015 года спонсоры и волонтеры Airbus Perlan Миссия II отметили открытие нового ангара Dennis Tito Perlan II в Муниципальном аэропорту Минден-Тахо в Миндене, штат Невада. Церемония ознаменовала начало критической программы летных испытаний для подготовки к рекордному полету в 2016 году, когда пилоты проекта будут пролетать воздушные потоки в верхние слои атмосферы, делая новые открытия на высотном полёте, изучая изменения климата и исследуя космическое пространство.

Напряжённые рейсы

Генеральный директор Airbus Том Эндерс посетил команду добровольцев по летным испытаниям в Миндене, штат Невада, в марте и мае 2016 года, чтобы работать с командой в критических вехах, поскольку программа начала налёты под давлением, подтверждая систему, которая будет поддерживать экипаж в атмосферных условиях, аналогичных тем, что были на Марсе. Во время своего визита 8 мая Том участвовал в качестве второго пилота на испытательном полете Perlan II с главным пилотом Джимом Пейном.

Airbus Perlan Mission II Сезон I

В сентябре 2016 года планер Perlan II начал свой первый сезон полётов миссии из Эль-Калафате, Аргентина, где он проживал в международном аэропорту Команданте Армандо Тола, главном аэропорту города. Эль-Калафате, в регионе Патагонии в Аргентине, находится в одном из нескольких мест на земле, где сочетание горных ветров и полярного вихря создает самые высокие в мире «стратосферные горные волны» — восходящие воздушные потоки, которые, по мнению пилотов в Перлане, могут в конечном итоге привести экспериментальные самолеты к краю космоса. Максимальная высота, достигнутая Perlan II в течение первого сезона испытательных полетов, составляла 26 000 футов. В конце сентября 2016 года команда и самолет Perlan вернулись в свой дом в город Минден, штат Невада. В Миндене команда сразу же начала работу над модификациями и усовершенствованиями самолёта, основанными на проницательности и знаниях, полученных в результате взлета в Андах в этом месяце. В апреле Airbus Perlan Mission II возобновил летные испытания в горах Сьерра-Невада в Западной Неваде. 12 мая Perlan II достиг нового рекорда для планера — 30 615 футов.

Airbus Perlan Mission II. Сезон II

В июле этого года планер Perlan II и команда Airbus Perlan Mission II вернулись в Эль-Калафате, чтобы возобновить летные испытания. Ожидается, что поисковая группа всех добровольцев, спонсируемая Airbus, продолжит свою деятельность в Аргентине в начале сентября, пытаясь найти редкие стратосферные горные волны над Андами, чтобы сломать мировой рекорд скольжения 50,727 фута, установленный Эйнаром Эневолдсеном и Стивом Фоссеттом в Perlan I в 2006 году. Попутно самолёт будет продолжать собирать научные данные об атмосфере, созданной уникальными атрибутами самолета Perlan II. Каждое новое увеличение высоты является новой вехой для этого единственного в своём роде самолета. Все системы тестируются. Мониторинг жизнеобеспечения контролируется, и системы жизнеобеспечения проверяются. Анализ флаттера проводится на каждом последующем этапе высоты. На сегодняшний день пилоты Джим Пейн, Морган Сандеркок, Тим Гарднер и Мигель Итурменди взлетели на планер Perlan II с повышенным давлением в серии рейсов, достигающих максимальной высоты до 33 200 футов (подробности об этом конкретном полёте см. в блоге Project Perlan Project).

Полёт самолёта © Perlan

Струйное течение (англ. Jet Stream) — узкая зона сильного ветра в верхней тропосфере, ограниченная сверху тропопаузой. Струйное течение связано с высотными фронтальными зонами. Быстрые, узкие воздушные потоки, найденные в атмосфере некоторых планет, включая Землю. Отличают следующие виды струйных течений: внетропические, субтропические, экваториальные и стратосферные. Струйные течения нижней тропосферы способствуют возникновению и усилению опасных явлений погоды: сильных ветров, интенсивной конвекции. Вследствие больших сдвигов ветра в нижней части они представляют опасность для авиации в связи с сильной турбулентностью воздушных потоков в них, особенно в так называемых турбулентных зонах. Cтруйныетечения используются в авиации. Скорость самолёта, летящего на восток, за счёт струйного течения будет увеличиваться, и, наоборот, летчики, совершающие полёт на запад, стремятся избежать встречи со струйным течением, уменьшающим скорость полета.

Стратосферные струйные течения обнаружены зимой на высотах 25–35 км между 50 и 70° с. ш. Вследствие непрерывного лучеиспускания и охлаждения воздуха в слое озона в условиях полярной ночи за полярным кругом формируется высокий и холодный циклон с большими контрастами температуры на периферии. В зоне этих контрастов температуры возникают сильные ветры западного направления. Наибольшее усиление струи происходит в декабре-январе. Самые сильные струйные течения — полярные, в пределах над уровнем моря, и более высокие и несколько более слабые — субтропические.

Научные эксперименты

Пока Perlan II продолжает подниматься в атмосфере в стратосферу, собирая ключевые данные, относящиеся к важным научным исследованиям, помогая заполнить пробелы в данных, связанных с изменением климата, и узнать больше о летательных аппаратах в экстремальных погодных условиях на больших высотах, радиации, последствиях для пилотов и самолётов в стратосфере и многое другое. Следующие научные инструменты или эксперименты будут использоваться и проводиться на борту рейсов Airbus Perlan Миссия II для получения важных данных об авионике, аэрокосмической технике, изменении климата, истощении озонового слоя и многом другом. Они включают:

• Персональные дозиметры Instadose (небольшой, прочный дозиметр на основе запатентованной технологии прямого ионного хранения, с точным измерением дозы облучения; включает точные отслеживания воздействия. Встроенный чип памяти хранит личность каждого пользователя через встроенный уникальный серийный код, присвоенный пользователю. Пользователи могут гибко просматривать свою дозу облучения в любое время с любого компьютера с доступом в интернет. Чтение через ПК осуществляется с помощью USB-совместимого детектора. Как только пользователь получает установку, он должен сначала зарегистрироваться на сайте: www.instadose.com. Во время процесса регистрации драйвер и клиент instadose устанавливаются на компьютер пользователя, и устройство инициализируется для использования. Носить устройство следует на передней части туловища, дозиметры обычно крепятся на одежде, на уровне талии или груди) из дозиметрии ТЭЦ (по одному на каждого пилота): электромагнитное излучение (гамма-, рентгеновское, бета- и/или нейтронное излучение).

• Датчик влажности и температуры HMP155 от Vaisala: температура и влажность воздуха.
• Персональный монитор озона от технологий 2B (атмосферный озон).
• LX9000 по lxnav (координаты GPS, точная скорость воздуха, время, высота, давление, скорость ветра и направление). 
• Система зондирования для запуска радиозондов (RS92 / RS31) Vaisala: (GPS-координаты, время, высота, давление, температура окружающей среды, относительная влажность, скорость ветра и направление ветра).
• Данные LIDAR (произошло от слов «light» и «radar» — «cвет» и «радар»; представляет собой лазер и комбинированное изображение с лазерной фокусировкой с возможностью вычисления расстояний путём измерения времени возврата сигнала, с использованием соответствующих датчиков и электроники сбора данных. Визуализация, обнаружение и измерение дальности На практике — метод съёмки, который измеряет расстояние до цели путём освещения этой цели импульсным лазерным излучением и измерения отражённых импульсов датчиком), полученные от Centro de Investigaciones en Láseres y Aplicaciones, Аргентина: профили экстинкции, аэрозольное обратное рассеяние, облака, измерения водяного пара и флюса. Более подробную информацию о научной миссии проекта «Перлан» можно найти на сайте www.perlanproject.org/science.

Учителя в космосе

Дополнительные научные проекты на борту Perlan II являются частью программы Teachers in Space Inc, некоммерческой образовательной организации, которая стимулирует интерес студентов к науке, технике и математике, которая объединилась с Airbus Perlan Миссия II, чтобы перенести космическую науку из класса в стратосферу. Внутри Perlan II находится отсек полезной нагрузки, который может перевозить до четырёх экспериментов размера CubeSat за один раз, предоставляя учителям и студентам возможность планировать, проводить и анализировать реальные научные эксперименты на краю космоса. (CubeSat — это рамка размером 10 х 10 х 10 см, используемая для создания небольших спутников. Компактный размер позволяет использовать широкий спектр инструментов и экспериментов. Используя такую же простую, как плата процессора Arduino, батарею и некоторые датчики, эти крошечные устройства могут собирать данные об окружающей среде. CubeSats стали стандартом для любого университета или малого бизнеса, желающего запустить полезную нагрузку в космос).

Программа CubeSat, исследование и испытание © Perlan

Общение с воздуха Во время полётов Perlan II будет делиться речевыми данными, необходимой жизненной поддержкой и данными о безопасности полётов и безопасностью с наземным экипажем, который также будет отслеживать положение и высоту. Во время полётов команда будет иметь неподвижные изображения и видео, получаемые с камер, расположенных на хвосте самолёта и в кокпите. Координация с правительством Аргентины Команда Airbus Perlan Миссия II благодарна за поддержку, которую она получила от правительства Аргентины, а также от сообщества и гражданских лидеров Эль-Калафате. Airbus Perlan Mission II — это инициатива летать на безмоторном планере на краю космоса, выше любого другого крылатого самолёта, работающего на уровне контролируемого полёта, чтобы сделать новые открытия, связанные с высотным полётом, изменением климата и исследованием космического пространства. Команда Airbus Perlan Mission II в настоящее время готовит планер Perlan II, чтобы попытаться взлететь в верхние слои атмосферы в Аргентине. Он попытается сломать рекорд высоты Perlan I для планера и установить новые мировые рекордные высоты для контролируемого полёта, превосходя даже U-2 и SR-71. Это историческое стремление является кульминацией десятилетий исследовательских и инженерных инноваций и работы неутомимой международной команды авиаторов и учёных, которые добровольно предлагают свое время и знания для некоммерческого проекта Perlan. Проект поддерживается Airbus, включая Weather Extreme Ltd, United Technologies и BRS Aerospace. ■ perlanproject.org

© «Экология и Бизнес» №1-2(4)(2018)