Gdy w samolot trafia piorun, czyli opowieści historyczno-lotnicze #5.

Dzisiaj trochę Was oszukuję, bo artykuł niewiele wspólnego ma z historią, ale dla zachowania ciągłości serii postanowiłem nie zmieniać tytułu ;) Temat tym razem jest bardziej ogólny – spróbuję krótko Wam wyjaśnić, jak to się dzieje, że samoloty mogą latać podczas burzy.

Ładne zdjęcie samolotu i piorunów

Zdarzyło mi się w życiu kilka razy lecieć samolotem, w tym tylko raz w trakcie naprawdę paskudnej pogody. Nie pamiętam czy była to burza, ale wiem że naprawdę mocno wiało i lał deszcz. Zacząłem się wtedy zastanawiać, co by się stało, gdyby w samolot uderzył piorun. Wiedziałem, że nic mi nie grozi, bo przy tak wielu odbywanych dziennie lotach trudno o to, by omijać wszystkie burze. Nie potrafiłem jednak wykoncypować co dokładnie sprawia, że samoloty są piorunoodporne. Naturalnie po lądowaniu zająłem się swoimi sprawami i moja zagwozdka została zakopana pod stertą innych myśli.

Jak to często bywa, z jakiegoś nieznanego powodu niedawno przypomniał mi się tamten lot i moje rozważania. Ze względu na brak porządnych wyjaśnień w naszym ojczystym języku musiałem zasięgnąć informacji w anglojęzycznej części sieci i to skłoniło mnie do napisania tego posta. Okazuje się, że sprawa nie jest przesadnie skomplikowana.

Zastanówmy się najpierw jak często samolot spotyka się, gdzieś tam wysoko w chmurach, z piorunem. Według Edwarda J. Rupke, inżyniera Lightning Technologies Incorporated, taka sytuacja ma miejsce dla każdego amerykańskiego samolotu komercyjnego co najmniej raz w roku. Biorąc pod uwagę, że długość życia niektórych maszyn może sięgać 30 lat, daje to dość dużą liczbę bliskich spotkań z wyładowaniami elektrycznymi dla każdej maszyny.

Również ładne (choć chyba trochę podkręcone) zdjęcie piorunów

Ale miało być krótko, więc do sedna – najpierw szybka powtórka z przyrody. Błyskawica, jaką obserwujemy na niebie, to wyładowanie elektryczne powstające w wyniku różnicy potencjałów pomiędzy zjonizowanymi cząsteczkami. Zasadniczo samolot nie jest „celem” piorunów, lecz po prostu odcinkiem „obwodu” przez który przepływa prąd. Oznacza to, że błyskawica uderzająca na przykład w nos, czy krawędź skrzydła, „podróżuje” wzdłuż zewnętrznej konstrukcji poszycia i „opuszcza” je w innym miejscu, na przykład w części ogonowej, zwykle pozostawiając jedynie niewielkie uszkodzenia w poszyciu. Dużo tych cudzysłowów, ale mam nadzieję, że jest to zrozumiałe.

No dobra, ale jeśli włożę dwa druty do domowego gniazdka też jestem tylko „częścią obwodu”, a prawdopodobnie nie skończy się to dobrze. Jaka jest zatem różnica? Cóż, można w przybliżeniu potraktować poszycie samolotu jak piorunochron umieszczony na budynku. Ludzie w środku nie są bezpośrednio połączeni z aluminiową skorupą, przez którą przemieszcza się błyskawica, więc nie grozi im niebezpieczeństwo.

Inaczej można to zjawisko wytłumaczyć stosując pojęcie klatki Faradaya, którą tworzy zewnętrzna struktura samolotu. Idea klatki mówi nam, że jeśli dwa przeciwległe brzegi zamkniętego przewodnika są naładowane, wewnątrz niego nie powstaje pole elektryczne. Ta koncepcja wyjaśnia również dlaczego do zamkniętych, metalowych pomieszczeń (np. winda) nie docierają fale elektromagnetyczne (np. telefony tracą zasięg).

Ostatnie już zdjęcie piorunów - tym razem nad lotniskiem

A co z elektroniką i awioniką? Przecież w samolocie, tuż pod jego poszyciem znajduje się masa delikatnego sprzętu i kilometry kabli. Zazwyczaj jednak są na tyle odizolowane, lub ekranowane że nic złego się nie dzieje. W niektórych przypadkach zdarzało się, że na ułamek sekundy wyłączały się systemy, lub gasły światła wewnątrz kadłuba, ale bardzo często pasażerowie nawet nie zdawali sobie sprawy, że zostali upolowani przez piorun.

Pozostaje jeszcze kwestia nowych maszyn zbudowanych z materiałów kompozytowych. W tym przypadku po prostu stosuje się warstwę przewodzących włókien lub płaszczy, których zdaniem jest utrzymać ładunek elektryczny na zewnątrz. Podobnie postępuje się z umieszczonymi w nosie samolotu radarem i elementami awioniki, które by funkcjonować muszą znaleźć się poza klatką.

Nieco inaczej wygląda sytuacja w przypadku mniejszych samolotów – te na ogół nie latają w burzach ze względu na silne turbulencje, więc nie zabezpiecza się ich przez piorunami tak wnikliwie jak ma to miejsce w przypadku większych maszyn, które muszą przejść rygorystyczne testy przed dopuszczeniem do użytku.

Ot i cała zagadka. Właściwie na pytanie postawione w temacie można by w duchu tl;dr odpowiedzieć: „nic szczególnego”, ale może przynajmniej uspokoiłem trochę niektórych z Was ;).

Źródła:
https://www.gettyimages.com/
https://weather.thefuntimesguide.com/plane_lightning/
https://weather.com/health/allergy/news/thunderstorm-asthma
http://www.boeing.com/commercial/aeromagazine/articles/2012_q4/4/