kadonneen Malaysia Airlinesin lennon 370 etsinnät tässä kuussa ovat herättäneet paljon kysymyksiä siitä, miten koneita jäljitetään.

yksi tärkeimmistä keinoista lentokoneiden sijainnin seuraamiseen on tutka, järjestelmä, joka kehittyi ennen toista maailmansotaa ja jota on jatkuvasti hiottu sen jälkeen, selittää Tutkainsinööri Graham Brooker Sydneyn yliopiston Ilmailu -, mekaniikka-ja Mekatroniikkakorkeakoulusta.

sana tutka on lyhenne sanoista RAdio Detection And Ranging, ja yksinkertaisimmillaan se koostuu antennin tiettyyn suuntaan suuntaamasta lähetetystä radiosignaalista sekä vastaanottimesta, joka havaitsee kaikuja mistä tahansa signaalin tiellä olevasta kohteesta, hän sanoo.

lähetin koostuu elektronisesta piiristä, joka oskilloi tietyllä taajuudella, yleensä paljon korkeammalla kuin radio-tai TV-lähetyksissä käytetyt taajuudet, Brooker kertoo.

tämä signaali lähetetään lyhyinä sähkömagneettisen energian purkauksina eli pulsseina antennin kautta, joka tuottaa soihdun kaltaisen kapean säteen.

”tutkan avulla voidaan määrittää kohteen, yleensä kohteen, suunta antennin suunnan perusteella”, Brooker sanoo.

etäisyys kohteeseen määritetään pulssin lähettämisen ja kaiun vastaanottamisen välisestä ajasta. Tämä voidaan määrittää tarkasti, koska tutkasignaali kulkee valonnopeudella, joka on vakio.

^ yläosaan

lennonjohto

lennonjohtotutkissa palkki on tuulettimen muotoinen, vaakasuorassa kapea ja pystysuorassa leveä korkealla lentävien lentokoneiden sijoittamiseksi.

tämä säde skannaa ympyrää kerran kahdessa tai kolmessa sekunnissa ja kaiku näkyy ympyränäytöllä, jota kutsutaan plan-position indicatoriksi.

lennonjohtaja — tai tietokone — voi seurata näytöllä olevia kaikuja tai ”blippejä” määrittääkseen, mihin ilma-alus on menossa. Tätä kutsutaan ensiötutkaksi.

”Ensiötutkaa käytetään enää harvoin eristyksissä, koska taivaalla on liikaa koneita”, Brooker sanoo.

”nykyään käytetään myös toisiotutkaa, jossa lentokoneeseen lähetetään koodattu pulssijakso ja koneessa oleva transponderi tuottaa koodatun paluun, joka sisältää paljon tietoa lentokoneesta. Tätä kutsuttiin ennen tunnistusystäväksi tai-viholliseksi tai IFF: ksi.”

lennonjohtajat käyttävät useimmiten toisiotutkaa kaupallisten ilma-alusten seuraamiseen ja käyttävät oikeita tutkia vain silloin, kun transpondereita ei ole asennettu, ne on kytketty pois päältä tai ne ovat rikki.

”pari vuosikymmentä sitten oli tapaus, jossa nuori mies lensi kevyellä koneella puolivälissä Yhdysvaltoja ilman, että häntä huomattiin, koska lennonjohtajien päätutkat olivat joko pois päältä tai luulivat hänen kaikunsa olevan lintuparvesta”, Brooker kertoo.

Jos lentokoneen transponderi on pois päältä, voi olla vaikea tunnistaa, mikä monista lennonjohdon näytöllä olevista ensiötutkan ”blipeistä” vastaa sitä lentokonetta, josta olet kiinnostunut, Brooker sanoo.

”tämän vuoksi lennon 370 transponderi oli ilmeisesti sammutettu alueella, jolla luovutus tapahtui lennonjohdolta toiselle.

^ alkuun

rajat tutkalle

useimmat ovat kuulleet ilmaisun ”lentävät tutkan alapuolella”. Tämä on nimetty todellisen ilmiön mukaan, Brooker selittää.

”se johtuu tutkasäteen vuorovaikutuksesta maanpinnan kanssa, jolloin säde ”nousee” pois horisontista. Jos lentokone lentää riittävän matalalla, säde tuskin valaisee sitä ja sen näkyvyysalue on rajallinen.”

on myös rajoituksia sille etäisyydelle, jolla tutkaa voidaan käyttää. Kaukoliikenteen tutkan suurin ongelma on se, että signaalin lähettämiseen ja vastaanottamiseen tarvittava tehomäärä riippuu etäisyydestä neljän tehoon nostettuun koneeseen, Brooker sanoo.

”Jos siis haluat kaksinkertaistaa kantaman, jolla voit havaita lentokoneen, lähetetyn tehon määrän täytyy kasvaa 16: lla.”

tyypilliset tutkat, joita käytetään lentokoneiden seuraamiseen vähintään 100 kilometrin etäisyydelle, lähettävät megawattien huipputehoja. Lähetetty pulssi on kuitenkin lyhyt, tyypillisesti yksi mikrosekunti tai niin, ja niitä esiintyy vain muutamia satoja kertoja sekunnissa, joten keskimääräinen teho on melko alhainen.

todella pitkän kantaman toiminnassa tutkapulssien lähettämiseen tarvittava huipputeho kasvaa kohtuuttoman suureksi.

Tämä on johtanut innovaatioiden kehittämiseen, kuten vaiheistettujen järjestelmien, jotka koostuvat suuresta määrästä pienempiä lähettimiä ja vastaanottimia tasaisella pinnalla, jotka toimivat yksiäänisesti ja pulssikompressiolla, mikä mahdollistaa pidempien ja pienempitehoisten koodattujen pulssien tuottamisen säilyttäen silti hyvän etäisyystarkkuuden.

toinen rajoitus kaukotutkalle johtuu ilmakehän läpi tapahtuvasta vaimenemisesta-myös kirkkaassa ilmassa, mutta sateessa vielä pahemmin. Tämä on kääntäen yhteydessä signaalin aallonpituuteen, joten pitkän kantaman tutkat toimivat matalalla taajuudella.

^ alkuun

piilossa tutkalta

sähkömagneettiset aallot ”pomppivat” sähköä johtavista kohteista, joten vanhanaikaiset puusta ja kankaasta valmistetut lentokoneet eivät tuottaneet suuria tutkakaikuja, Brooker sanoo. Sama koskee nykyaikaisia lentokoneita, jotka on valmistettu hiilikuitukomposiiteista. Alumiinikuoriset lentokoneet ovat parhaita kohteita.

”lentokoneen muoto on myös tärkeä, ja litteistä levyistä, terävistä kulmista ja reunoista valmistetut metalliset lentokoneet tuottavat yleensä voimakkaita kaikuja, joten jos lentokoneesta haluaa tehdä näkymättömän, sen voi tehdä joko litteistä levyistä tai viistoista, jotka on suunnattu siten, että tutkasignaalit heijastuvat pois vastaanottimesta. F-117-häivehyökkäyskone on tästä esimerkki.”

vaihtoehtoisesti ilma-alus voidaan tehdä ilman mitään suorassa kulmassa siten, että siivet sekoittuvat runkoon ja ulkoiset piirteet poistuvat. Tutkaenergiaa absorboivan lentokoneen ihon tekeminen ”tutkaa absorboivilla materiaaleilla” on toinen tapa minimoida kaikukoko, hän sanoo.

”b-2 stealth-pommikone on luultavasti uusinta tekniikkaa, joka käyttää suurinta osaa näistä tekniikoista, ja antaa suunnilleen yhtä suuren kaiun kuin Kimalaisen tuottama.”

tohtori Graham Brooker tutkainsinööri Sydneyn yliopiston Ilmailu -, mekaniikka-ja Mekatroniikkakorkeakoulussa. Häntä haastatteli Stephen Pincock.