飛行機が雷を避けて安全に飛行できる仕組みとは

飛行機が悪天候の中で飛行している時や地上走行をしている時、たまに雷に打たれているというのをご存知でしょうか?

飛行機は飛ぶだけで空気や水滴との摩擦で静電気を帯びるため、通信機器にノイズが入り、雷を引き付けやすい状態となってしまいます。

そのため、主翼や尾翼には「スタティック・ディスチャージャー」と呼ばれる針のようなものが何本も付けられていて、普段から電気を逃がすように設計されています。

また被雷したとしても、飛行機の表面を電気が通ってそのまま放電されるようになっているため、乗客が感電するようなことはなく、周りが光って多少揺れる程度。

飛行機自体にも影響がないことが殆どですが、たまに数センチほどのクラックと呼ばれるヒビが入る場合もあります。

もともと大事には至らないように設計されてはいるものの、機材不具合の要因となるものを排除するためには被雷しない方がよいのは言うまでもありません。

雷雲を避けて飛ぶために、旅客機の機首にはレドーム(レーダー+ドームの合成語)があり、気象レーダーの役割を担っています。

ちなみに戦闘機の場合は、機首に捜索や射撃管制用のレーダーが備えられています。

この気象レーダーを使用すれば、大気中に浮いている水のかたまりである“雲”をレーダー電波の反射により探知できるという仕組み。

ただし、相手が小粒なだけに分解能を高くとる必要があり、必然的に周波数の高い電波が必要されることから、雨雲だけでなく雲全般を捕捉するために実際の気象レーダーにはマイクロ波やミリ波が多く使用されています。

アナログ計器の時代には、計器盤の片隅に気象レーダー用のディスプレイが設置されていたため、気象レーダーの情報を見るために、わずかではあるものの視線を逸らす必要があったそうです。

また、雨雲のエコーが映し出された場合は、それが自分たちの飛行機から見て、どの方位・どれぐらいの距離の位置にあるかを判断する必要があったといいます。

それらの情報に基づき、雨雲や雷雲を避けるためのコースを管制官にリクエストすることになります。

現在では、グラスコックピットが一般化しているため、関連する複数の情報をひとつの画面に重畳表示することが可能。

飛行機の針路や航法関連の情報を表示するND(Navigation Display)に、気象レーダー情報を重畳表示するということができるのです。

もちろん、重畳表示を行うためには気象レーダー映像のスケールとNDに表示するその他の情報のスケールを一致させる必要があるため、表示するスケールがマッチするように変えるためにコンピューター側で再計算をしてくれるようです。

雨雲や雷雲は気象レーダーでキャッチすることができますが、気象レーダーには映らない気象上の危険要因もあります。

竜巻やダウンバースト(下降噴流)などが代表的なものとなりますが、これらの現象把握にはドップラーレーダーが役立つようです。

ドップラーレーダーとは、救急車やパトカーなどがサイレンを鳴らしながら通り過ぎていくときに、接近してくる間はサイレンの音が高く聞こえ、遠ざかっていくときは低く聞こえるという“ドップラー効果”をレーダーに応用したもの。

レーダーが電波を出して何かに当たって反射してきたときに、その「何か」が止まっていれば送信波の周波数と受信波の周波数は同じ、移動していれば送信波の周波数と受信波の周波数は同じにならないというものを利用しています。

飛行機に備わっているドップラーレーダーは、対地速度の把握に使用。

飛行機の速度は対気速度、つまりは飛行機の周囲の空気を対象とする相対速度で表示しますが、向かい風や追い風のときには実際の移動速度とは差異が出てしまいます。

たとえば、対地速度800km/hで飛んでいても、100km/hの向かい風を受けていれば対気速度計は700km/hと表示されるため、精確な運航が不可能となります。

そこで運航速度把握の基準として、ドップラーレーダーを活用。

対地速度を把握するためにレーダー波を地面に向けて送信し、自機が移動しながらレーダーを作動させていれば、止まっている地面からの反射波はドップラー効果を生じることから、それに起因する周波数変化を調べれば移動速度を計算できるという仕組みになっています。

これを気象観測に応用すれば、雲の内部にある降水粒子が風に乗って移動する特性を利用し、移動速度を観測できるようになり、間接的に雲の内部で発生している風の動きの観測が可能になるとのこと。

このデータに基づき、ダウンバーストの発生などを把握できる、ということになります。

ちなみに、上空から下方を飛んでいる飛行機を捜索するときにも、ドップラー効果の仕組みが活用可能。

動かない地面からの反射波と動いている飛行機からの反射波は、ドップラー効果による周波数変化に違いが出るため、地面からの反射を無視すれば飛行機だけを選別することができるそうで、戦闘機のレーダーには不可欠の機能となっているようです。

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