Aşa cum desigur ştiți deja, Institutul de Cercetare-Dezvoltare Aerospațială (INCAS) „Elie Carafoli” reprezintă un reper pentru cercetarea românească. INCAS a reușit să își creeze o infrastructură destinată cercetării, care și-a căpătat, în timp, recunoașterea atât pe plan european, cât și pe plan mondial.
Cum mie nu îmi place să mă joc cu cuvintele, vreau să vă dau un exemplu. Printre proiectele aflate într-un stadiu avansat de implementare se află Baza Experimentală pentru Cercetarea Mediului Atmosferic de la Strejnic, pe care am să încerc să vi-l prezint în rândurile următoare.
Problemele legate de atmosfera terestră devin din ce în ce mai importante pentru umanitate. Avem nevoie să colectăm date cât mai precise despre ea, pentru a elabora atât strategiile de control al poluării, pentru prognozele meteorologice, cât și pentru elaborarea de modele din ce în ce mai bune ale evoluției climei pe termen lung.
Tocmai în acest domeniu de mare actualitate se implică INCAS prin dezvoltarea Bazei Experimentale pentru Cercetarea Mediului Atmosferic situată lîngă aerodromul Strejnic, care se află în curs de finalizare, va include o serie de laboratoare, sisteme de procesare primară a datelor și de comunicații avansate etc. Lor li se vor adăuga două laboratoare aeropurtate, despre care voi discuta ceva mai încolo.
Determinarea parametrilor atmosferei, despre care vă povesteam ceva mai devreme, reprezintă numai una dintre componentele infrastructurii de la Strejnic, acesteia adăugându-i-se și altele, la fel de importante, legate de evaluarea situațiilor de urgență, cum ar fi monitorizarea cursurilor de apă, înainte și după calamități, monitorizarea zonelor cu risc ridicat de alunecări de teren etc. Sunt obiective ambițioase, dar atingerea lor vor face ca INCAS să își consolideze poziția importantă în cadrul cercetării europene.
Monitorizarea atmosferei
Începând cu anul 1992, Grupul Interguvernamental pentru Schimbările Climatice (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) a elaborat o serie de rapoarte în care se arată că activitățile umane au o influență majoră asupra climei terestre. Gazele care produc efect de seră emise în urma activităților umane conduc la încălzirea climei.
Pentru a putea obține aceste concluzii, pe lângă alte informații, cum ar fi evoluția temperaturii medii în ultimele câteva sute de ani, s-au folosit modele climatice din ce în ce mai avansate. În aceste modele sunt introduse, ca date de intrare, toți factorii care contribuie la evoluția climei. Unii dintre ei, cum sunt gazele cu efect de seră, contribuie la creșterea temperaturii medii, în timp ce alții, cum ar fi aerosolii, duc la scăderea acesteia. Pentru ca modelele matematice să poată oferi rezultate fiabile este evident că avem nevoie de date cât mai precise asupra structurii atmosferei.
Oamenii de știință au la dispoziție sateliți specializați cu ajutorul cărora se pot obține informațiile dorite, dar, deși ne asigură o vedere de ansamblu asupra planetei, ei ne oferă valori medii, care depind de rezoluția instrumentelor.
De exemplu, ei ne pot oferi informații despre evoluția aerosolilor pe o suprafață de, să zicem, 25 de kilometri pătrați, dar vom primi valori medii. Pentru a îi putea monitoriza, într-un anumit punct de pe suprafața planetei, avem nevoie de măsurători realizate la sol sau cu ajutorul instrumentelor ambarcate pe avioane. Aș mai adăuga că acest tip de date sunt folosite și pentru calibrarea instrumentelor plasate la bordul sateliților.
Nu întâmplător am luat exemplul aerosolilor. Ei reprezintă una dintre marile incertitudini pentru studiul schimbărilor climatice globale, prin faptul că ei au proprietăți fizice (cum ar fi coeficientul de reflexie), de care depind de parametri meteorologici. Din acest motiv este necesară o caracterizare punctuală, adică într-o anumită locație, a parametrilor acestora.
La Baza Experimentală pentru Cercetarea Mediului Atmosferic de la Strejnic vor fi folosite echipamente din categoria nefelometrelor pentru a monitoriza și caracteriza aerosolii. La modul cel mai general, un nefelometru funcționează astfel: echipamentul colectează un eșantion de aer, care este iluminat cu ajutorul unui flux de lumină monocromatică, după care este măsurată, cu ajutorul unor fotodetectoare orientate pe diferite direcții, cantitatea de lumină reflectată de particulele (aerosolii) prezente în atmosferă.
Prin analiza rezultatelor cu ajutorul unor aplicații software specializate se pot obține informațiile despre aerosolii prezenți în atmosferă.
Un alt aspect important pentru modelarea climatică este reprezentat de nori, care, la rândul lor constituie un element de incertitudine în domeniul modelărilor climatice. INCAS dispune deja de un laborator aeropurtat, ATMOSLAB, o platformă de zbor bazată pe o flotă de avioane civile KingAir C-90 și BN-2, precum și o serie de echipamente de măsurători in-situ pentru colectarea de date de monitorizare a mediului și a Pământului.
Rezultatele obținute cu ajutorul acestuia au fost publicate în reviste prestigioase, cum ar fi articolul „Study of cloud properties using airborne and satellite measurements” (Studierea proprietăților norilor folosind măsurători aeriene și satelitare) publicat în SPIE în august 2014.
Pentru a vă forma o imagine despre felul în care sunt studiați norii cu ajutorul laboratorului aeropurtat ATMOSLAB, voi cita din rezumatul lucrării: „Acest studiu investighează proprietățile microfizice ale norilor, utilizând măsurători realizate cu ajutorul unui laborator aerian și date satelitare. […] A fost folosit ATMOSLAB – un laborator aeropurtat pentru cercetări atmosferice de mediu al INCAS „Elie Carafoli”, care este special echipat pentru acest tip de măsurători. Instrumentul principal al laboratorului aeropurtat este spectrometrul pentru nori, aerosoli și precipitații (Cloud, Aerosol and Precipitation Spectrometer – CAPS) […]
Datele au fost colectate pe timpul a două zboruri, în iarna 2013-2014, deasupra unei zone situate în sud-estul României (între București și Constanța). Analiza particulelor și a conținutului de apă lichidă din nori, furnizată de CAPS, poate explica procesele care se produc în nori și poate indica influența aerosolilor asupra norilor.
Rezultatele, cum ar fi acoperirea noroasă și/sau tipul de nori, parametrii aerosolilor, pe de o parte, și parametrii microfizici ai norilor, obținuți în timpul zborurilor, pe de altă parte, sunt folosite pentru a ilustra importanța proprietăților microfizice ale norilor pentru evaluarea efectelor radiative ale norilor în modelele climatice regionale”.
Pot să vă spun că același instrument, CAPS, este folosit pentru echiparea laboratoarelor aeropurtate ale NASA. După cum vedeți, INCAS folosește cele mai performante instrumente pentru cercetarea atmosferei.
Laboratorului aeropurtat ATMOSLAB i se va adăuga unul nou, la fel de performant, care va fi amplasat pe un avion de tip BN-2. Cu ajutorul celor două laboratoare aeropurtate se va putea face o analiză detaliată, atât pe verticală, cât și pe orizontală a structurilor noroase, cu o foarte bună rezoluție spațială și temporală.
V-am dat numai două exemple despre implicarea INCAS, prin Baza Experimentală pentru Cercetarea Mediului Atmosferic de la Strejnic, în obținerea datelor necesare pentru elaborarea modelelor climatice regionale și globale. Dar implicarea noului centru de cercetare nu se oprește aici.
Poluarea atmosferei
Echipamentele performante vor fi folosite și pentru monitorizarea poluării atmosferice, rezultate în urma activităților umane. Monitorizând în permanență calitatea aerului se pot identifica cu exactitate atât sursele majore de poluare, cât și aria de răspândire a compușilor poluanți proveniți de la o anumită sursă.
Un domeniu important este reprezentat de evaluarea poluării produse de către transportul aerian, în care INCAS se va implica din ce în ce mai mult. Motivul este simplu. Dezvoltarea necontenită a aviației comerciale a făcut ca emisiile poluante generate de transportul aerian să crească semnificativ.
În prezent sunt în curs de dezvoltare în întreaga lume avioane care să consume mai puțin combustibil, reducându-se astfel poluarea. INCAS este implicată într-un asemenea program, CleanSky, prin care se caută soluții pentru creșterea eficienței avioanelor.
Dar pentru a putea fi monitorizate efectele introducerii noilor tehhnologii sunt necesare instrumente specializate, cum sunt cele care echipează atât laboratoratoarele aeropurtate, cât și cele amplasate la sol. În acest domeniu Baza Experimentală pentru Cercetarea Mediului Atmosferic de la Strejnic va avea o contribuție deosebită.
Sunt avute în vedere mai multe programe de cercetare cum ar fi ACCESS-II al NASA, care studiază impactul combustibilor alternativi folosiți în aviație asupra poluării, IAGOS, un program de cercetare al UE, care studiază efectele asupra atmosferei produse de avioanele comerciale care zboară la mare altitudine etc.
Teledetecție
Informațiile care se pot obține prin teledetecție sunt foarte importante pentru diverse domenii, cum ar fi agricultura, monitorizarea forestieră, geodezia, dezvoltarea urbană etc. Pentru baza de cercetare de la Strejnic se va apela la tehnologii foarte moderne, cum este cea a LIDAR-ului.
Pe scurt, sistemul LIDAR este acronimul de la ”light detection and ranging” (detecție și telemetrie cu ajutorul luminii). Într-un anume fel, principiul de funcționare al LIDAR-ului este asemănător cu cel al radarului. Un fascicul laser cu durată foarte scurtă, de ordinul nanosecundelor, este trimis către sol. Acesta se va reflecta de obiectele întâlnite și va fi detectat de către un sistem optic. Măsurându-se timpul de întârziere se poate determina distanța până la obiectul țintă.
În cazul teledetecției LIDAR-ul este amplasat la bordul unui avion, iar fasciculul va baleia terenul de sub avion. Prin combinarea tuturor măsurătorilor realizate se obține o hartă tridimensională de mare rezoluție a terenului.
În cazul laboratorului aropurtat ATMOSLAB, se folosește un sistem LIDAR de tip RIEGL LMS-Q680i, care efectuează 266.000 măsurători pe secundă și are o rezoluție de circa 20 mm. Cu ajutorul lui se realizează hărți topografice de mare precizie, utile pentru o gamă largă de aplicații. Eu voi menționa doar una: monitorizarea de ansamblu a zonelor supuse riscului de alunecări de teren, care este posibilă tocmai rezoluției înalte a LIDAR-ului.
În unele cazuri datele obținute de acesta se completează cu informații provenite de la o cameră de termoviziune. Astfel se pot obține informații despre pierderile de căldură ale clădirilor din zonele populate, pot fi detectate incendiile forestiere în fazele incipiente etc.
Un alt echipament important este ceea ce se numește ”cameră hiperspectrală”, cu ajutorul căreia, în funcție de lungimile de undă reflectate de diverse suprafețe se pot obține date prețioase despre starea culturilor agricole și a pădurilor, pot fi identificate deversările accidentale de petrol etc.
Sper că am reușit să vă ajut să vă formați o imagine despre importanța noului centru de cercetare al INCAS de la Strejnic. El va fi singurul din Europa de Est capabil să efectueze validări experimentale în domeniul tehnologiilor verzi și de analize detaliate ale emisiilor poluante în mediul atmosferic. Cu siguranță, voi mai avea ocazia să revin asupra acestui subiect, pentru a vă prezenta în detaliu fiecare componentă a Bazei Experimentale pentru Cercetarea Mediului Atmosferic de la Strejnic. Merită toată atenția noastră.
