1.Bevezetés
Az előző részben bemutattuk, hogy a vizsgált repülési események eltérő geomágneses környezetben zajlottak.
A következőkben azt vizsgáljuk meg, hogy ezek a különbségek hogyan jelenhetnek meg a GNSS-alapú rendszerek működésében, és milyen módon befolyásolhatják a drónok repülési stabilitását a gyakorlatban.
2. NOAA és a geomágneses aktivitás értelmezése
A vizsgált időszakban rendelkezésre álló források adatai alapján 2024. június 7-én mért Kp ≈ 6 érték a NOAA skálája alapján közepes erősségű geomágneses viharnak (G2) felel meg.
Ezzel szemben 2024. június 13-án a Kp ≈ 1 érték nyugodt geomágneses környezetet jelez, amely ebben az értelmezési keretben nem tekinthető kritikusnak a műholdas navigációs rendszerek működése szempontjából.
A június 13-i eseményt követő időszakban nem volt megfigyelhető hirtelen kialakuló, jelentős geomágneses zavar. A Kp-index értékek fokozatos emelkedést mutattak, azonban ezek a változások a normál geomágneses ingadozás tartományába esnek és nem utalnak geomágneses vihar kialakulására.
A NOAA kategorizálása lehetővé teszi, hogy a mért Kp-index értékeket közvetlenül a várható gyakorlati hatások szempontjából értelmezzük.
2.1. Mit jelent ez GNSS szempontból?
A GNSS rendszerek működése során a pozíciómeghatározás stabilitása közvetlenül függ a beérkező műholdjelek minőségétől. Geomágneses aktivitás esetén az ionoszférában kialakuló változások a jelterjedés kiszámíthatóságát befolyásolhatják, ami időszakos pontosságromlásban és a pozíció időbeli ingadozásában jelentkezhet.
Ez különösen azokban az alkalmazásokban releváns, ahol a GNSS-adatok közvetlenül befolyásolják a rendszer viselkedését. Multirotoros drónok esetében a pozíciótartás és stabilizáció alapja a folyamatosan frissített GNSS pozíció, így annak ingadozása a repülés során is megjelenhet.
Fontos ugyanakkor hangsúlyozni, hogy a geomágneses aktivitás és a repülési instabilitás között nem állapítható meg közvetlen ok-okozati kapcsolat. A geomágneses környezet ebben az esetben egy olyan háttértényezőként értelmezhető, amely bizonyos körülmények között hozzájárulhat a GNSS-alapú rendszerek működésének bizonytalanságához.
2.2. GNSS jelminőség és ionoszférikus hatások részletesebben
A GNSS jelminőség szempontjából az ionoszféra állapota kulcsszerepet játszik, mivel a rádiójelek ezen a rétegen haladnak keresztül. Az ionoszféra elektron tartalma – gyakran Total Electron Content (TEC) értékkel jellemezve – közvetlen hatással van a rádiójelek késleltetésére.
A korábban bemutatott általános hatások mellett az alábbi jelenségek már kifejezetten a gyakorlati, GNSS-alapú alkalmazások – különösen drónos és RTK-alapú rendszerek – szempontjából kerülnek kiemelésre.
Geomágneses aktivitás idején az ionoszféra szerkezete instabillá válhat, ami az alábbi jelenségekhez vezethet:
- ionoszférikus scintilláció (jel amplitúdó- és fázisingadozás) – a GNSS jel erőssége és fázisa gyorsan változik, ami bizonytalan pozíciómeghatározást és időszakos jelkimaradást okozhat
- GNSS jelvesztés vagy rövid idejű megszakadás – a műholdjel átmenetileg megszűnik, így a pozíciófrissítés kimaradhat vagy a rendszer hibás adatot használhat
- pozíciószórás növekedése – a meghatározott pozíció körül nagyobb szórás jelenik meg, így a drón a térképen „szélesebb tartományban” mozog, még akkor is, ha valójában közel egy helyben tartózkodik
- RTK fix megoldás instabilitása a nagy pontosságú RTK pozíció megszűnhet vagy „float” állapotba válthat, ami hirtelen pontosságromlást és a pozíciótartás bizonytalanságát okozhat
Ezek a hatások különösen alacsony magasságú, precíz pozíciót igénylő műveletek során lehetnek kritikusak.
2.3. Mit jelent ez egy drón repülése során?
A legtöbb multirotoros drón repülésvezérlő rendszere GNSS alapú pozíciót használ a stabil lebegéshez és a helyben tartáshoz vagy egy automatizált útvonal megfelelő teljesítéséhez (trajektórián való végig vezetéshez). Amennyiben a GNSS pozíció minősége romlik, a rendszer:
- pontatlanabb vagy zajosabb pozícióadatot kaphat,
- gyakrabban és nagyobb mértékben hajthat végre korrekciókat,
- a pozíciótartás instabillá válhat,
- szélsőséges esetben ATTI módba válthat, vagy sodródás (drift) figyelhető meg.
Ez azonban nem jelenti automatikusan, hogy egy adott eseményt űridőjárás okozott. A repülési stabilitásra számos más tényező is hatással lehet, például:
- GNSS jelárnyékolás (épületek, szerkezetek),
- többutas jelterjedés jelenség,
- szenzorhibák,
- iránytű- vagy IMU eltérések.
Az űridőjárás ebben az összefüggésben inkább egy lehetséges háttértényezőként értelmezhető, amely bizonyos körülmények között hozzájárulhat a GNSS jel minőségének romlásához és ezáltal közvetetten befolyásolhatja a repülés stabilitását.
3.Két esemény, egy kérdés
A két bemutatott repülési esemény időben egymáshoz közel történt, ami indokolttá teszi a külső környezeti tényezők köztük az ionoszféra állapotának vizsgálatát.
Ebben a cikkben azonban nem egyetlen kiváltó ok meghatározása a cél. Sokkal inkább az, hogy a műszaki eseményeket tágabb kontextusban értelmezzük, és feltárjuk azokat a tényezőket, amelyek befolyásolhatják a GNSS-alapú repülési rendszerek működését.
3.1.Következtetések
A két eset elemzése alapján megállapítható, hogy a jelenségek hátterében nem egyértelmű műszaki meghibásodás állt, vagyis nem a drón működése volt alapvetően hibás, hanem valamilyen külső tényező is befolyásolhatta az események alakulását.
Az első esetben (2024. június 7.) a repülés során már megfigyelhetők voltak kisebb instabilitások és drift jelenségek, ugyanakkor az eszköz ennek ellenére teljesítette az automatizált felmérést, majd elindult a fel- és leszállóponthoz történő visszatérésre. A folyamat végén azonban hirtelen teljes jelszakadás történt, amelybe a távpilóta nem tudott beavatkozni, még akkor sem, amikor észlelte a problémát. Ennek következtében az UAS lezuhant, és minden kommunikáció megszakadt vele. Fontos kiemelni, hogy a teljes jelvesztés nem akkumulátor-meghibásodás következménye volt, ez a lehetőség egyértelműen kizárásra került.
Fontos ugyanakkor kiemelni, hogy a rendelkezésre álló adatok alapján egyértelmű kiváltó ok nem volt azonosítható. Ugyanakkor a hirtelen jelvesztés jellegéből adódóan nem zárható ki, hogy a GNSS jelminőség átmeneti romlása is szerepet játszhatott az esemény kialakulásában. Az űridőjárási hatások – különösen a geomágneses aktivitás és az ionoszférikus zavarok – bizonyos körülmények között hozzájárulhatnak a GNSS alapú rendszerek működésének bizonytalanságához, azonban jelen esetben ez legfeljebb lehetséges háttértényezőként értelmezhető.
A második esetnél (2024. június 13.) ezzel szemben a repülés kezdetben teljesen normálisnak tűnt: az eszköz végezte a feladatát, semmilyen hibaüzenet nem érkezett, és minden működés megfelelőnek látszott. A mezőgazdasági felmérés során azonban az eszköz váratlanul, a távpilóta beavatkozása nélkül ATTI módba váltott, amely üzemmód működését korábban már részletesen bemutattuk.
Ebben a repülési módban az eszköz nem rendelkezik GNSS alapú pozíciótartással, így a repülés stabilitása jelentősen romlik, és a sodródás azonnal megkezdődhet. Az ilyen helyzetek kezelése alapvetően nehéz, és komoly tapasztalatot igényel a pilóta részéről, különösen akkor, ha az eszköz nagyobb távolságban helyezkedik el. Ez önmagában is egy kockázatosabb repülési mód, amelynek kezelése a hazai speciális műveleti kategóriát érintő gyakorlati vizsgákon is megjelenik, éppen azért, hogy a távpilóták bizonyítani tudják alkalmasságukat az ilyen helyzetek kezelésére.
Az adott esetben az automatizált művelet közben történt módváltás a távpilóta akaratán kívül következett be, amelyre a reakció késedelmes lehetett, akár az eszköz távolsága, akár a figyelem aktuális szintje miatt. A sodródás megkezdését követően jól látható, hogy a távpilóta a kontroller segítségével próbált korrekciókat végrehajtani, azonban az eszköz teljesen instabillá vált, több kontrollálhatatlan manővert hajtott végre, majd végül a földbe csapódott. A logokból nem látszik, hogy a távpilóta megkísérelte a GPS módba történő visszaváltást.
Ebben a második esetben sem látszott, hogy a távpilótának reális esélye lett volna a művelet vagy az eszköz megmentésére.
Mindkét eset kapcsán fontos kiemelni, hogy fel kell készülni az ilyen előre nem látható eseményekre. A vizsgált helyzetekben szerencsére olyan műveletekről volt szó, amelyek nem lakott területen kerültek végrehajtásra, és megfelelő földi és légi kockázati pufferzóna került kialakításra, így személyi sérülés és harmadik félnek okozott kár nem történt. Az ilyen események miatt különösen fontosak a vészhelyzeti eljárások, eljárásrendek, különösen a magasabb kockázatú, adott esetben lakott területen végrehajtott műveletek esetében, ahol legalább az események következményeinek mértékét csökkenteni kell.
Ugyanakkor mindkét esetben megfigyelhető volt, hogy a távpilóták gyakorlatilag tehetetlenek voltak az események egy pontján, és nem tudtak érdemben beavatkozni azok alakulásába. Ez különösen problémás annak fényében, hogy az ellenőrző listák alapján az eszközök megfelelően voltak karbantartva és felkészítve a műveletekre, tehát látszólag minden rendben működött.
Nem zárható ki az sem, hogy az események bekövetkezéséhez emberi tényezők is hozzájárulhattak. Mivel olyan műveletekről van szó, amelyeket az adott területen naponta többször is végrehajtanak, előfordulhat, hogy a távpilóták figyelme nem volt minden esetben a megfelelő szinten. Egy ilyen helyzetben a késlekedő reakció tovább növelheti a kockázatokat. Bár ennek részletes vizsgálatára jelen elemzés nem terjedt ki, a hatása nem zárható ki.
4.Gyakorlati megközelítés és előrejelzés
4.1.Adatforrás és háttér
A vizsgálat során felhasznált Kp-index adatok a GFZ German Research Centre for Geosciences által üzemeltetett planetáris Kp-index archívumból származnak.
A GFZ Potsdam a geomágneses aktivitás egyik legfontosabb nemzetközi adatközpontja, amely több földi mérőállomás adatai alapján számítja és publikálja a standardizált Kp-index értékeket.
Az itt elérhető adatok széles körben elfogadottak mind tudományos, mind operatív felhasználásban, így megbízható alapot biztosítanak a geomágneses aktivitás vizsgálatához.
4.2. Előrejelzési lehetőségek és gyakorlati alkalmazás
A geomágneses aktivitás hatásainak vizsgálata nemcsak utólagos elemzés szempontjából fontos, hanem a repülések előkészítése során is releváns lehet.
Napjainkban több olyan előrejelző rendszer és alkalmazás áll rendelkezésre, amelyek segítségével a pilóták előzetesen tájékozódhatnak a földi geomágneses aktivitás várható alakulásáról az aktuális naptevékenység alapján.
Ilyen például a UAV Forecast mobilalkalmazás, amely többek között a Kp-index aktuális és előrejelzett értékeit is megjeleníti, így támogatva a repülési döntéshozatalt.
Emellett a NOAA Space Weather Prediction Center is biztosít rövid- és középtávú geomágneses előrejelzéseket, amelyek figyelembevételével bizonyos kockázatok előzetesen azonosíthatók.
Fontos azonban hangsúlyozni, hogy ezek az információk elsősorban kiegészítő jellegűek, és nem helyettesítik a helyszíni körülmények és a repülési környezet komplex értékelését.
A geomágneses aktivitás figyelembevétele így egy újabb olyan tényező lehet, amely hozzájárulhat a repülési kockázatok tudatosabb kezeléséhez.
A bemutatott esetek jól szemléltetik, hogy a drónrepülések során tapasztalt rendellenességek hátterében nem minden esetben egyértelmű műszaki meghibásodás áll.
Bár az űridőjárás hatása önmagában nem bizonyítható egyértelmű kiváltó okként, bizonyos körülmények között hozzájárulhat a GNSS-alapú rendszerek működésének bizonytalanságához, ezáltal közvetve befolyásolva a repülési stabilitást.
A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy az ilyen jellegű környezeti hatások figyelembevétele egyre fontosabbá válik a biztonságos és tudatos drónüzemeltetés szempontjából.
Források: