Ha villám csap a repülőbe

Egy-egy légi balesetet követően néha felmerül, hogy a kiváltó ok akár villámcsapás is lehetett, mint ahogy az az Air France 2009 júniusában szerencsétlenül járt 447-es járatának esetében is elhangzott az eset utáni napokban. Ezt aztán a szakemberek, régebbi és jelenlegi pilóták hamar cáfolják, mondván, hogy a villámcsapás a mai, modern repülőgépekben nem okozhat olyan mértékű károsodást, amely önmagában katasztrófához vezetne.

A villám nagy energiájú légköri kisülés. Elsősorban zivatarok során alakul ki, de vulkánkitörés és homokvihar kísérője is lehet. Keletkezésének pontos módja a mai napig nem ismert, de a felhőben elhelyezkedő jégkristályok valószínűleg kulcsszerepet játszanak a pozitív és negatív töltések szétválasztásában, amely a villámok kialakulásához vezet. Az emberi életre és a javakra legveszélyesebb formája a felhő-föld villám, amely a Cumulonimbus felhő és a föld között jön létre. Negatív villámnak is nevezik, mivel a felhő negatív sarkából indul ki, lecsapási helyei elsősorban kiemelkedő fémtárgyak. Ellentettje a föld-felhő, más néven pozitív villám, amely a felhő pozitív sarkából indul ki, a villámcsapás helye ebben az esetben a talajviszonyoktól függ. Kialakulhat ugyanakkor felhő-felhő villám is, két felhő között, vagy akár egyen belül is, ez utóbbi következik be leggyakrabban.

A statisztikákat tekintve a repülőgépet ért villámcsapás egyáltalán nem mondható ritkának, a kimutatások szerint egy légijárművel ez évente átlagosan egyszer fordul elő (ez elsősorban a kereskedelmi járatokra vonatkozik). Ezek a legtöbb esetben csak fény és hanghatással, illetve a turbulenciák során tapasztaltakhoz hasonló lökéssel járnak, amelyek legfeljebb az utasok körében okoznak némi nyugtalanságot, de a járat biztonságosan folytathatja útját célállomása felé (bár arra is volt már példa, hogy a villámcsapást követően kiestek az oxigénmaszkok).
A villámcsapás az esetek jelentős részében az olyan kiálló részein éri a repülőgépet, mint az orr vagy a szárnyvég. Az áram végigfut a törzs külső felületén, majd egy hasonló kiálló részen (ez legtöbbször a farok) keresztül távozik. A belépés és a kilépés helyén esetenként égésnyomok, kisebb mechanikai sérülések keletkeznek. A repülőgépek külső borítása általában fémből, ezen belül is alumíniumból készül, ami jó vezető, így a Faraday kalitka elvén megvédi a benne utazókat (hasonlóan a személygépjárművekhez). A Faraday kalitka zárt, vezetővel körülvett térrész, amelybe a vezető védőhatásának köszönhetően sem elektromos, sem mágneses erőtér nincsen. Amennyiben a borítást alkotó vezetőn nincsenek rések, az áram jelentős része a külső felületen marad.

Komoly kérdés emellett az üzemanyagtartály villámvédelme. Bár nem sok olyan eset fordult elő a repülés történetében, amikor egy légijármű vesztét egyértelműen villámcsapás okozta, ezek közül az egyik legsúlyosabb 1963-ben történt, amikor a PanAm egyik Boeing 707-esének üzemanyagtartályában egy villámcsapás következtében robbanás történt, és a repülőgép 73 utasával valamint 8 fős személyzetével együtt odaveszett. Az üzemanyagtartályban ugyanis egy kis szikra is robbanáshoz vezethet, amely katasztrofális következményekkel jár.  Ez az esemény is rávilágít az üzemanyag rendszer védelmének fontosságára, amely kiterjed a tartályok falától az illesztésekig, az üzemanyag szállító csövekig a rendszer minden elemére, sőt magukra a hajtóművekre is, ezek közül mindegyik esetében tanúsítani kell, hogy ellenáll a villámcsapás negatív hatásainak. A szabályozás megalkotásában a fenti baleset, és az azzal kapcsolatos tapasztalatok is közrejátszottak. A robbanás esélye tovább csökkenthető kevésbé robbanékony gőzöket képző tüzelőanyagok használatával is.

Napjaink légijárművein az elektronikus berendezések szerepe egyre jelentősebb. A villámcsapás hatására túlfeszültségek és tranziensek keletkezhetnek, amelyek károsíthatják ezeket az érzékeny berendezéseket. Ennek elkerülése érdekében megfelelő árnyékolást, földelést, illetve túlfeszültség védelmet kell alkalmazni. Azon kábelek, elektronikus berendezések villámvédelmét, melyek repülésbiztonsági szempontból fontosak, a gyártóknak a hatósági előírásokkal összhangban igazolni kell.

Más megoldást igényel az orrkúpban elhelyezkedő radar, és egyéb műszerek védelme, a radar megfelelő működés érdekében ugyanis itt nem lehet vezető borítást alkalmazni. Helyette fémből készült, a villámhárítóhoz hasonló elven működő villámlás elterelő csíkokat helyeznek el az orrkúp külső felületén, amelyek elhelyezkedését és méretét megfelelő tesztelést követően határozzák meg, úgy, hogy a védelem biztosítása mellett a berendezések működését se zavarják.

A modern repülőgépgyártás egyre elterjedtebben és jelentősebb mértékben alkalmaz kompozit anyagokat. Többek között a Boeing 787-es esetében is problémát jelent, hogy a kompozitok vezetőképessége jóval kisebb, mint az alumíniumé, ezért a Faraday kalitka hatás nem érvényesül. A megfelelő védelem érdekében a kompozit gyártása során egy további vezetőszálakból vagy rácsból álló beágyazott réteget alkalmaznak, amely biztosítja az áram útját a külső felületen. Sajnos ez a megoldás a vártnál nagyobb tömegnövekedéssel járt, ugyanakkor jól vizsgázott, ugyanis amikor 2009 decemberében a berepülési program során első ízben villámcsapás érte az egyik Boeing 787-est, semmilyen károsodást nem tapasztaltak. Az Airbus 350-es esetében a törzs villámvédelmét alumínium csíkokkal oldják meg.

A villámcsapás veszélyeztetheti a kisgépes repülést is, ám mivel ezek a légijárművek általában nem követnek szoros menetrendeket, és fix útvonalakat, megtehetik, hogy a lehető legjobban elkerülik a zivatarokat és azok környezetét, vagy hogy ilyen időben fel sem szállnak. Bizonyos előírások vonatkoznak a kisgépek alapszintű villámvédelmére is, ám mivel ezek törzse általában alumíniumból készül, és a repülés jóval kevesebb elektronikus berendezést használnak, mint a modern utasszállító repülőgépeken, a kockázat jóval kisebb. Más a helyzet a kompozitból épült kisgépek esetében, ha ezekbe nem építettek megfelelő védelmet, a villámcsapás komoly károkat okozhat. Ezek költséghatékony villámvédelmének kifejlesztésén jelenleg is dolgoznak.

Mint láthatjuk, a villámcsapás az előírásoknak megfelelő védelem mellett nem jelent komolyabb veszélyt a repülőgépekre, ám a pilóták az időjárási radar és a meteorológiai jelentések segítségével így is megpróbálják elkerülni a zivatarokat, hiszen az ezek környezetében előforduló erős áramlások és a felhőkben található nagyméretű jégdarabok jóval komolyabb veszélyt jelenthetnek. Ugyan alig néhány baleset történt villámcsapás miatt, kisebb incidensek néha előfordulnak, tehát ha lehet, a veszélyzónákat el kell kerülni, hiszen a légi közlekedésben különösen érvényes, hogy jobb félni, mint megijedni…