Làm thế nào bảo vệ máy bay và hành khách khỏi những vụ nổ trên bề mặt của Mặt trời



Đi lại bằng máy bay ngày nay cực kỳ an toàn. Mặc dù có 2 vụ rơi máy bay gây chú ý là MH370 và MH17, tạp chí hàng không Flightglobal nhận xét rằng năm 2014 là năm n toàn nhất của ngành hàng không. Nhưng những hiện tượng tự nhiên, chẳng hạn như sự phun trào núi lửa và tro núi lửa Iceland năm 2011, đôi khi có thể gây ra hiểm họa bất ngờ đối với an toàn hàng không.
Bão mặt trời giờ đây đã được cho vào danh mục trong Sổ Đăng Ký Rủi Ro Quốc Gia Vương quốc Anh cùng với những vụ phun trào núi lửa và cũng khó dự đoán nhất. Cơn bão mạnh nhất trong lịch sử, sự kiện Carrington năm 1859, làm cho mức từ trường mặt đất vượt quá ngưỡng bình thường để có thể đo đạc được. Nó xảy ra trước khi có du lịch hàng không, nhưng vẫn làm thiết bị điện và điện báo trên mặt đất hư hỏng. Sự kiện như vậy có thể gây ra những nguy cơ gì đối với máy bay và các hành khách?
Pháo nổ từ Mặt Trời

Vụ nổ trên bề mặt Mặt Trời, gọi là tia lửa mặt trời, khá phổ biến. Tính trung bình, một sự kiện như vậy mỗi năm sẽ phát ra một chùm proton . Đây là những hạt mang điện tích dương giống như những hạt được sử dụng trong các thí nghiệm Máy Gia Tốc Hạt Lớn. Sự gia tăng đột biến hạt proton năng lượng cao như vậy có thể kéo dài trong vài giờ và không có cách nào để dự đoán chúng. Cũng chẳng có bất kỳ cảnh báo nào vì các hạt di chuyển gần bằng tốc độ ánh sáng.
Khi các proton va chạm với các phân tử trong tầng khí quyển trên cao, chúng sẽ tạo ra bức xạ thứ cấp. Đáng lưu ý là các hạt neutron được sản xuất ra, mà thâm nhập vào độ cao của máy bay chở khách, và thậm chí xuống đến mặt đất.

Luôn luôn có một bức xạ nền vừa phải ở độ cao máy bay 30.000-40.000 feet Anh do sự bắn phá liên tục bởi các tia vũ trụ ở mức độ nhẹ. Các bức xạ tĩnh ở độ cao bay là khoảng gấp 300 lần so với ở mặt đất, nhưng thời tiết không gian khắc nghiệt như sự kiện Carrington có thể làm tăng mức độ bức xạ máy bay bởi hàng ngàn yếu tố ảnh hưởng.
Mức độ bức xạ cho phép đối với hành khách máy bay

Các tác hại rõ ràng nhất là lượng bức xạ đối với hành khách và phi hành đoàn. Mức độ bức xạ được đo bằng đơn vị sieverts, đo lường tác động sinh học của lượng bức xạ bị hấp thụ. Trong sự kiện Carrington, hành khách có thể phải nhận 1 lượng bức xạ từ 20-50 triệu sieverts (mSv). Đây là một lượng tăng thêm đáng kể cho các thành viên phi hành đoàn, những người chỉ được phép nhận giới hạn từ 4-6 mSv mỗi năm.
Đối với hành khách, một lượng như vậy có thể nhiều gấp hàng trăm lần so với mức độ thông thường mà họ sẽ nhận được trên một chuyến bay thẳng từ London đến Los Angeles. Tuy nhiên, một liều 20 mSv cũng chỉ tăng 0,1% nguy cơ ung thư suốt đời cho một người, so với mức nguy cơ ung thư trung bình vào khoảng 30%, và do đó tác động bức xạ có lẽ là khá nhỏ.
Bão mặt trời và hệ thống điều khiển máy bay



Độ phức tạp của buồng lái ngày nay: hỏng hóc hệ thống có thể gây nguy hiểm. (Máy bay Jérôme, CC BY-SA 3.0)

Bức xạ từ bão mặt trời có thể không gây hại trực tiếp đến hành khách, nhưng còn những tác động lên máy bay thì sao? Máy bay hiện đại phụ thuộc chủ yếu vào hệ thống máy tính (hệ thống điện tử), nhưng nghiên cứu đã chỉ ra rằng các chip vi điện tử được sử dụng trong các hệ thống này ngày càng dễ bị ảnh hưởng hay hư hỏng khi gặp phải bức xạ ở tầng khí quyển trên cao.
Chip vi điện tử có thể bị hỏng hoặc thậm chí bị phá hủy do bức xạ. Vấn đề như vậy, được gọi là “hiệu ứng sự kiện đơn” (single event effects), được biết đến nhiều trong ngành kỹ thuật không gian, nhưng ít phổ biến trong ngành công nghiệp máy bay. Thấy được nghi ngờ của Cục An toàn Giao thông vận tải Úc nghi ngờ rằng “hiệu ứng sự kiện đơn” có thể là nguyên nhân gây ra sự cố hàng không ở phía tây bắc Úc trong đó có hơn một trăm hành khách bị thương.
Hệ thống máy tính trên máy bay có bộ phận an toàn gắn liền vào máy, chẳng hạn như hệ thống kiểm tra lỗi và sao lưu, nó có hiệu quả trong điều kiện bức xạ bình thường. Tuy nhiên, trong điều kiện khắc nghiệt tỷ lệ hư hỏng của chip sẽ tăng gấp 1000 lần hoặc nhiều hơn và hệ thống máy bay có thể hoạt động bất thường.
Đồng thời, sẽ có rối loạn đối với hệ thống thông tin liên lạc vô tuyến tần số cao do sự nhiễu loạn đến tầng điện ly gây ra bởi sự kiện bức xạ này. Thông tin liên lạc kém và hệ thống hoạt động sai lệch sẽ làm tăng thêm áp lực đối với các phi công và làm tăng khả năng sai sót và tai nạn.
Bài học từ ngành kỹ thuật hàng không

Cũng như chúng ta biết động cơ máy bay phản ứng như thế nào với bụi núi lửa, chúng ta cũng cần thực hiện nghiên cứu mới để hiểu làm thế nào hệ thống điện tử hiện đại phản ứng với hạt neutron, và để xác định rõ hơn các môi trường không gian thời tiết khắc nghiệt.
Như với những rủi ro thời tiết của máy bay, chẳng hạn như chớp, chúng ta cần kết hợp kỹ thuật và các biện pháp nghiệp vụ. Tiêu chuẩn hệ thống điện tử hiện có đang được cải thiện và các cơ sở kiểm tra bức xạ mới đang được xây dựng – trong tương lai máy bay sẽ được lắp ráp giống như vệ tinh.
Không có hệ thống kỹ thuật nào được xây dựng cho tất cả các tình huống. Đối với môi trường bức xạ nghiêm trọng nhất, né tránh là cách tốt nhất, bằng cách trì hoãn cho đến khi cơn bão qua đi. Độ cao bay cũng có thể được giảm khi giao thông không lưu cho phép nhằm giảm thiểu bức xạ gặp phải.
Những cách thức này đòi hỏi thông tin đáng tin cậy về bức xạ trong khí quyển và chúng cần phải được thông báo đến các phi công, mà điều này hiện nay còn thiếu nghiêm trọng. Khí tượng hàng không vũ trụ tốt hơn có thể giúp cải thiện an toàn hàng không khi đối mặt với các mối đe dọa bất thường, nhưng lại thật sự nguy hiểm, gây ra bởi thời tiết vũ trụ.
Keith Ryden is Phó Giáo Sư ngành kỹ thuật hàng không tại Trường Đai Học Surrey
Bài viết này được đăng trên The Conversation.