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O laboratório aerotransportado DC-8 da NASA é inspecionado e protegido durante a noite em Cecil Field em Jacksonville, Flórida. A atividade de pesquisa High Ice Water Content da NASA passou julho de 2022 voando através de tempestades investigando a formação de cristais de gelo e como eles afetam o desempenho dos motores das aeronaves.
Créditos: NASA / John Gould
Uma equipe de pesquisadores da NASA está mais uma vez usando o laboratório aerotransportado DC-8 da NASA para estudar cristais de gelo – e muito mais – no coração de grandes tempestades em uma tentativa de melhorar os projetos de motores a jato e aumentar a segurança de voo.
O trabalho faz parte da atividade de pesquisa High Ice Water Content (HIWC) da NASA, que já realizou duas campanhas de pesquisa de voo: a primeira na Flórida em 2015 e a segunda na Flórida, Califórnia e Havaí em 2018.
Agora, a equipe está de volta, conduzindo uma campanha de voos durante julho na costa sudeste dos Estados Unidos e no Golfo do México.
Desta vez, a equipe – que inclui a Federal Aviation Administration (FAA) e parceiros japoneses – está usando o Aeroporto Cecil em Jacksonville, Flórida, como base de operações.
“Para esta campanha, estamos fazendo algo um pouco diferente. Nossa prioridade é realizar voos em regiões com aerossóis feitos pelo homem para entender melhor o efeito que eles têm no desenvolvimento de altas concentrações de cristais de gelo”, disse Thomas Ratvasky, pesquisador principal do HIWC do Glenn Research Center da NASA em Cleveland.
Aerossóis 101
Os aerossóis são partículas minúsculas na atmosfera que resultam de uma variedade de fontes naturais e de origem humana. A queima de combustíveis fósseis, as emissões industriais e a atividade agrícola são apenas alguns exemplos.
Esses aerossóis poluentes, uma vez lançados no ar, movem-se pela atmosfera e, eventualmente, podem ser transportados sobre o oceano.
Uma vez que eles interagem com sistemas convectivos, uma teoria sugere que eles podem aumentar as concentrações de cristais de gelo presentes em uma tempestade – embora exatamente como essa interação complexa funciona seja geralmente desconhecida.
Nessas tempestades, especificamente sistemas convectivos de mesoescala, formam-se altas concentrações de cristais de gelo. Quando uma aeronave voa através deles, a potência e o desempenho de seus motores a jato podem diminuir.
É por isso que os pesquisadores do HIWC vêm coletando dados sobre cristais de gelo, sua prevalência e seus efeitos nos motores a jato.
Com esta campanha de voo adicional tentando estudar aerossóis, o HIWC está preenchendo uma lacuna nos dados existentes que os órgãos reguladores usarão para considerar novos padrões de segurança para mitigar cristais de gelo.
“Queremos garantir que ambientes com alto teor de aerossol sejam representados neste conjunto de dados. Muitos dos motores de hoje não precisavam demonstrar capacidade de voar nessas condições de cristal de gelo, mas os futuros o farão”, disse Ratvasky.
Não esfrie seus jatos
Durante os últimos 30 anos, houve mais de 170 incidentes relatados de perda de energia e danos ao motor em jatos de transporte comercial, como aviões, ao voar através de sistemas convectivos.
Veja como isso acontece: jatos voam por uma área com alta concentração de cristais de gelo. Alguns dos cristais de gelo entram no núcleo do motor – onde sua energia é gerada.
Em algumas condições, os cristais de gelo formam uma camada de água lamacenta dentro de componentes críticos, como o compressor. A transferência de calor do motor para a lama gelada faz com que o gelo se acumule no compressor. Quando este gelo se desprender, pode ocorrer perda de potência do motor ou danos.
Em outras partes da aeronave, os instrumentos que coletam informações importantes para os pilotos, como a velocidade da aeronave, também podem ser obstruídos por cristais de gelo, levando a leituras errôneas e imprecisas na cabine.
Para aprender o papel que os aerossóis desempenham no desenvolvimento de altas concentrações de cristais de gelo que afetam o desempenho de uma aeronave, o HIWC está utilizando a aeronave DC-8 da NASA, baseada no Armstrong Flight Research Center da NASA, na Califórnia, e voando através de tempestades com uma grande quantidade de ambos. cristais de gelo e aerossóis.
Laboratório Voador
A equipe do HIWC aprimorou o DC-8 da NASA com seus instrumentos de coleta de dados e outras tecnologias, permitindo que os pesquisadores a bordo estudassem o ambiente em tempo real.
Na asa esquerda e no nariz do DC-8 há dispositivos para medir o conteúdo total de água das nuvens pelas quais a aeronave voa, bem como uma sonda para medir gotículas menores do tamanho de nuvens.
Enquanto isso, a asa direita abriga instrumentos de partículas capazes de medir o tamanho e a forma das partículas maiores de gelo.
Dentro do nariz há um radar meteorológico modificado, usado em colaboração com pesquisadores do Centro de Pesquisa Langley da NASA, na Virgínia, para detectar condições de tempestade à frente da trajetória de voo do DC-8.
Um novo instrumento adicionado à aeronave para esta campanha de voo é a sonda Passive Cavity Aerosol Spectrometer. Este dispositivo semelhante a uma vasilha mede o número de aerossóis no ar.
A Universidade de Nagoya no Japão possui e opera este e outros instrumentos de aerossol e está colaborando com o HIWC na pesquisa.
No lado estibordo da aeronave há uma entrada que direciona o ar para dentro da própria aeronave, onde flui através de uma série de instrumentos antes de ser expelido da aeronave mais a jusante.
Dentro do DC-8 há racks de monitores, monitores e outras estações onde os pesquisadores se sentam e visualizam os dados enquanto voam.
Cada voo dura aproximadamente sete horas e milhares de quilômetros são percorridos em uma variedade de velocidades e altitudes.
Em um perfil de voo típico, a equipe voa nas mesmas altitudes mais altas que os aviões para voar através de cristais de gelo. Então, eles descem a altitudes muito baixas – mesmo abaixo de 1.000 pés – para caçar aerossóis antes que eles subam na tempestade e interajam com nuvens e cristais de gelo.
Tenha certeza; segurança é primordial. A aeronave está nas mãos de especialistas que sabem o que esperar e como lidar com cristais de gelo.
“Não estamos voando para nenhum lugar diferente do que um avião voaria para que possamos obter dados aplicáveis às operações normais. Nossos pilotos e toda a equipe estão cientes dos riscos ao desempenho do motor e do sistema de dados aéreos causados pelo HIWC e utilizamos procedimentos para minimizar esses riscos”, disse Ratvasky.
Parcerias voando alto
A estreita cooperação entre várias organizações que contribuíram tanto com conhecimento quanto com financiamento de projetos torna o trabalho do HIWC possível.
“Não poderíamos fazer isso sem toda a colaboração interna e externa da NASA. Temos o grupo de ciências de Langley, o grupo de gelo de Glenn e o avião de Armstrong. A FAA está apoiando a instrumentação, e a Universidade de Nagoya e a Agência Meteorológica do Japão forneceram seus conhecimentos e instrumentação de aerossol”, disse Ratvasky.
Após a campanha de voo, o próximo passo é processar os dados e transmiti-los à FAA e a outros órgãos, como o Comitê Consultivo de Regulamentação da Aviação de Gelo de Cristal de Gelo.
Uma vez estudados, os padrões relativamente novos para certificação de motores a jato serão avaliados e poderão eliminar incidentes de perda de energia devido a cristais de gelo em sistemas convectivos.
Diretoria da Missão de Pesquisa Aeronáutica John Gould
Fonte: NASA / Editor: Lilian Gipson / Publicação 29-07-2022
https://www.nasa.gov/aeroresearch/nasa-studies-source-of-ice-crystals-in-high-places
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Hélio R.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso (EAD) de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
Autor do livro: “Conhecendo o Sol e outras Estrelas”.
Acompanha e divulga os conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration), ESA (European Space Agency) e outras organizações científicas e tecnológicas.
Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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