NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK INÁNCSI LÁSZLÓ nyá. ezredes 1 TÜZÉRSÉGI METEOROLÓGIAI RENDSZER ALKALMAZÁSA A TÜZÉR TANSZÉK VIZSGALÖVÉSZETÉN BEVEZETÉS 2002. május 29. és június 4. között a ZMNE Hadtudományi Kar Tüzér Tanszéke vizsgalövészetén a tüzérség és az MH Meteorológiai Szolgálat szakemberei aktív részvétele mellett egy korszerű meteorológiai eszközrendszeregyüttes növelte a lövészeten résztvevők munkájának hatékonyságát. Az eszközt a finnországi Vaisala Rt. bocsátotta rendelkezésre. A cég magyarországi képviselőjének, a MetTech Bt.-nek a szakemberei a tanszék vezetőivel együtt szervezték a programot. A tüzérség meteorológiai támogatását megvalósító rendszer egy, a ZMNE Hadtudományi Kar Tüzér Tanszék és a MetTech Bt. között létrejött tudományos és szakmai együttműködési szerződésben rögzített feladat megvalósulásaként lehetett jelen a fenti eseményen. Ez a szerződés célul tűzte ki, hogy a Magyar Honvédség tüzér fegyvernem időjárásjelző szakszolgálatának nemzeti és szövetségi elvárások, valamint fegyvernemi igények szerinti technikai és technológiai fejlesztése lehetőségeit, módjait a szerződő felek közösen vizsgálják. Az RT20A és a kapcsolt rendszerelemek hét napot töltöttek az MH Központi Gyakorló és Lőterén, ahol a tanszék oktatói és a tüzér-meteorológus szakemberek rövid kiképzést követően önállóan telepítették és alkalmazták. Ez a berendezés nem ismeretlen a magyar szakemberek előtt, hiszen elődjének első hazai bemutatójára 1992 decemberében került sor a HM-HVK III. objektumban. Az a bemutató a Vaisala kezdeményezésére és az MH Meteorológiai Szolgálatának előkészítő és szervező munkájának eredményeképpen jött létre, azonban nem volt hatással a tüzérség meteorológiai támogatásának helyzetére. A vizsgalövészeten történő közreműködést a tanszék vezetői kezdeményezték és igényelték, ez támogatásra talált a Vaisala és magyarországi képviselője részéről. A gyártó és forgalmazó cég mérnökének szakmai irányításával a lőtéren lényegében egy, a NATO-ban széleskörűen alkalmazott, általános katonameteorológiai célokra tervezett, de főleg a tüzérségi meteorológiai támo- 1 Meteorológiaieszközgyártó és forgalmazó Bt., marketing igazgató. 116
A KONFERENCIA VITAANYAGA gatás területén nélkülözhetetlen eszközrendszert mutattunk be és alkalmaztunk. Az egy hét során, majd programot záró VIP napon is a rendszer leglátványosabb része, az RT20A kapta a legnagyobb nyilvánosságot, ezért dolgozatomban szükségesnek látom bemutatni a teljes rendszert és ezzel egyidőben érzékeltetni sokoldalúságát, flexibilitását és mindazon tulajdonságait melyek alapján vezető szerepet tölthet be a meteorológiai támogatás területén. A TÜZÉRSÉGI METEOROLÓGIAI RENDSZER FELADATA A rendszer feladatát viszonylag egyszerű meghatározni: Legyen képes földfelszíni és magas légköri meteorológiai adatokat (hőmérséklet, légnyomás, légnedvesség, szélirány és szélsebesség) gyűjteni, majd az adatok felhasználásával meteorológiai üzeneteket generálni és azokat eljuttatni a felhasználókhoz. Ha részletesen kifejtjük a feladatot, akkor láthatjuk, hogy egy rendkívül összetett, speciális tevékenységről van szó, amelyet harctéri (gyakorló- és lőtéri) körülmények között, rövid idő alatt az elérhető legnagyobb elektronikai fedettség alkalmazásával kell végrehajtani. Tekintettel arra, hogy a ballon által szállított rádiószondák alkalmazása egyenlőre megkerülhetetlen, a szondák pozíciójának meghatározásához navigációs rendszereket és/vagy rádió iránymérő eszközöket kell alkalmazni. A mért adatokat feldolgozni, tárolni kell illetve felhasználásukkal olyan üzeneteket kell szerkeszteni amelyek kompatibilisek az alkalmazott fegyverrendszerekkel és a szövetségi elvárásoknak is megfelelnek. Megfelelő kommunikációs képességekkel is rendelkezniük kell. Az eszközrendszer szállításához, a szakszemélyzet szállításához és munkájához jól meghatározott képességekkel bíró járművekre és felépítményre van szükség. Természetesen szélsőséges időjárási körülmények között kell működni és egy sor egyéb (környezetvédelmi, minőségi, elektromágneses és biztonsági) követelménynek kell még megfelelni. A rendszer fő részei Az általunk bemutatott és a dolgozatban általánosan ismertetésre kerülő rendszer, a DigiCORA III szondázó rendszer az alábbi modulokból áll: szondázó munkaállomás amely egy strapabíró számítógép a Vaisala szondázó szoftverrel; Vaisala rádióteodolit a független és önálló RDF (Radio Direction Finding) eljárású szélméréshez; szondázó processzor alrendszer a GPS eljárású szélméréshez; UHF és GPS antenna kábelekkel; 117
NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK energia elosztó doboz; szünetmentes áramforrás; nyomtató; kalibrációs adatbemenet (lyuk-szallag beolvasó); 1680 MHz rádiószondák az RDF eljáráshoz; 403 MHz GPS rádiószondák a GPS eljáráshoz; földfelszíni automata megfigyelő állomás; ballon töltő és felbocsátó berendezés; utánfutó speciális felépítménnyel. Áramellátás A rendszer egyaránt üzemeltethető 24 V egyenáramról, illetve 115/230 V váltóáramról. Egyenáramról váltóáramra vagy váltóáramról egyenáramra történő átkapcsolás szondázás közben is megvalósítható. Ezért lehetséges a rádiószondázást elkezdeni az akkumulátorok alkalmazásával, majd elindítani a váltóáramú aggregátort rádiószondázás közben. Szállítóládák A DigiCORA szondázó rendszer mobil változatához szállítóládák is tartoznak megkönnyítve a tárolást és a szállítást. Ezek a ládák tárolási célra akkor is praktikusak, ha zárt felépítményű gépkocsit és/vagy a feladatnak kialakított utánfutót alkalmazunk. A rendszer fő részeinek funkciói A tüzérségi szondázó rendszer használható kell legyen a legváltozatosabb környezeti körülmények között és fel kell hogy legyen készítve a harcászati légköri szondázás sokféle elvárásaira. A szélmérés többféle módon megvalósítható. Az RDF szélmeghatározó eljárás használja a rendszer a Vaisala rádióteodolitot, amely független és passzív eszköz és mint ilyen világszerte alkalmazható a szárazföldi rendszerekben. A GPS szélmérési eljárás a GPS navigációs műholdak által támogatott módszer a teljes földgömbön alkalmazható, beleértve az óceánokat is. Szükség esetén a Long Range Navigational (Loran-C) technika alkalmazására is felkészíthető a rendszer. A DigiCORA III mobil szondázó rendszer az első két szélmeghatározó eljárásra van felkészítve. A speciális mérési igények, mint például a rádióaktivitás vagy ózon mérés, bármikor megvalósítható. A rádióteodolit (RDF szélmérés) A Vaisala rádióteodolit (RT20) antenna követi a rádiószondát repülése közben és a követéssel kapcsolatos információkat továbbítja a szondázó munkaállo- 118
A KONFERENCIA VITAANYAGA más részére, amely elvégzi a szél kalkulációját. Az oldal- és magassági szöget az iránymérő antenna méri. A ballon magasságát a PTU (légnyomás, hőmérséklet és nedvesség) adatokból számítja. A rádiószonda mozgását az előbbiek meghatározzák, a szél iránya és sebessége kiszámíthatóvá válik. A Vaisala rádióteodolit LAN kapcsolat felhasználásával kommunikál a szondázó munkaállomással az energia ellátó dobozon keresztül. A kis súlyú és moduláris felépítésű antenna a modern interferométeres tecnikát alkalmazza, ennek köszönhető, hogy megnőtt a mérés pontossága és lehetővé vált az antenna mozgatásánál könnyű motor alkalmazása. A magas fokú automatizálás jelentősen redukálja a személyzet létszámát. A mérések során alkalmazhatók a kisméretű ballonok, csökkenthető a gázfelhasználás. A következő ábra a Vaisala DigiCORA III szondázó rendszer GPS és RT20 rádióteodolit alkalmazásával történő szélmérési blokk-diagramját mutatja be. 1. sz. ábra. A VAISALA rendszer elemei Néhány szó az elektronikus követésről: A ballon követésének ez a módja lényegében egy fejlett segéd-tengelyes szögmérést biztosít minimális mechanikai mozgással. A rádiószondáról az antennára érkező hullámfrontnak a beérkezési szöge fáziskiegyenlítéssel számítható. Ez az eljárás egy egyszerű és pontos matematikai összefüggésen alapul amely független a jel erősségétől és a frekvencia változásától. A segéd-tengelyes követés hagyományos szervók nélkül biztosítja a nagy pontosságot. A mechanikai és elektronikai mérés kombinációja biztosítja a valós oldal- és ma- 119
NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK gassági szögeket. A követési eljárás a művelet nagyobb megbízhatósága mellett nem csak kisebb motorokat jelent, hanem kisebb energia igényt is. A Vaisala rádióteodolit tábori körülmények között is könnyen és gyorsan összeszerelhető az emberi erővel könnyen mozgatható modulokból. A négy antenna elem egymással felcserélhető és a tartószerkezetre gyors-zár mechanizmussal kapcsolódik. A települési helyre történő megérkezés után 15 percen belül működő késszé tehető. Ez az idő is csökkenthető a későbbiekben ismertetésre kerülő utánfutó felépítménnyel. Érdemes megemlíteni, hogy a jelenleg elérhető rádióteodolitok közül egyedül az RT20 rendelkezik szintérzékelő szenzorral. Ez azt is jelenti, hogy nincs szükség a hosszadalmas szintezési procedúrára (±8 fokos eltérés megengedett), illetve a szondázás közbeni változás nem hat a mérés potosságára. A szondázó processzor (GPS szél) A szondázó processzor egy alrendszer, amely LAN kapcsolaton keresztül kommunikál a szondázó munkaállomással. Ez az eszköz fogadja és előfeldolgozza a rádiószonda GPS adatait, amelyeket a szondázó munkaállomás dolgoz fel véglegesen. A szondázó processzor a következő részekből áll: UHF telemetria vevő; vevő processzor (tartalmazza a PTU processzort); GPS processzor; tápellátás (egyenáram). UHF és GPS antennák A helyi GPS antenna a szondázó processzor GPS processzorához kapcsolódik. Az irányítás nélküli UHF antenna az UHF vevőhöz kapcsolódik egy antenna erősítőn keresztül, ez biztosítja a távmérést 100 km távolságig. Szondázó munkaállomás Ezen a PC-n fut a szondázó szoftver és ez gyűjti és tárolja azokat a meteorológiai adatokat amelyek a szondázás során keletkeztek. Az adatokat egy szondázó processzor alrendszer fogadja és előfeldolgozást végez. Hardver,operációs rendszer Egy strapabíró hordozható (laptop) PC 4-csatornás RS 232 kiterjesztéssel. A szondázó szoftver egy 32 bites Windows szoftver platformon fut. A jól bevált Vaisala szondázó szoftver Windows környezetben fut, ez végzi el az adatfeldolgozást, üzenetek szerkesztését, mindezek tárolását és az üzenetek továbbítását. A szoftver nagy számú előre meghatározott, szerkeszthető üzenet-formátummal bír. 120
A KONFERENCIA VITAANYAGA Lehetőség van saját, a helyi infrastruktúrának, a nemzeti és nemzetközi elvárásoknak megfelelő üzenetformátum definiálására a beépített üzenetszerkesztővel. Az üzenet összeállítása kiváltható kézi vagy automatikus úton a szondázás egy meghatározott szakaszában vagy azt követően, hogy az befejeződött. Ezek az üzenetek, felhasználva a Windows hálózati lehetőségeit, beleértve a soros kapcsolatokat, a kapcsolt hálózatokat és különféle LAN protokollokat, továbbíthatók a felhasználóknak. A szondázó szoftver A Vaisala által kifejlesztett szondázó szoftverek közül a legkorszerűbbet szeretném röviden bemutatni, hiszen ez érzékelteti legjobban a meteorológia rendszer sokoldalúságát, széleskörű alkalmazhatóságát. Ez a sokoldalúság nagymértékben köszönhető a Windows NT multitaszking eszközeinek. Ez teszi lehetővé, hogy összetett szondázó programok fussanak egyidejűleg, miközben mindegyikőjük a közös adatbázist használja. A szondázás lehet élő vagy szimulációs, az utóbbinál a korábban mentett szondázási adatokat használja fel. Nagyon gazdag kollekcióját biztosítja a meteorológiai adatoknak a felhasználó részére, ugyanis minden szondázáskor az összes adat mentésre és tárolásra kerül az esetleges későbbi felhasználás céljából. A DigiCORA III szondázó szoftver A Vaisala Digicora III szondázó szoftver három különböző modulból áll: standard szoftver, METGRAF és STANAG. Standard szoftver A standard szoftver modul minden DigiCORA III szondázó rendszer tartozéka. Magába foglalja a PTU-t valamint a szél adatok gyüjtését, feldolgozását és arhiválását. Ez a modul hozza létre, szerkeszti és szállítja a felhasználókhoz a TEMP, PILOT, BUFR, CREX és CLIMAT TEMP üzeneteket. Az STD és EDT adat-jelentések automatikusan jönnek létre. METGRAF: A METGRAF szoftver modul biztosítja a számított szondázási adatok grafikus megjelenítését és szerkeszti a szignifikáns pontokat. Továbbá ez a modul teszi lehetővé a Tephigram és a Hodograf megjelenítését. Az alap METGRAPH megjelenítés magába foglalja a hőmérséklet, nedvesség, szélsebesség, szélirány és a szélkomponensek grafikonjának önálló vagy összetett ábrázolását. A szignifikáns pontok kijelölhetők automatikusan és manuálisan. A Hodograph megjelenítés lényegében egy diagram, amely a szélnyírási viszonyok megfigyelésére szolgál. A Tephigram ábrázolás egy olyan termodinamikai diagram melyet pontos termodinamikai számításokhoz használnak. 121
NEMZETVÉDELMI EGYETEMI KÖZLEMÉNYEK STANAG: A STANAG szoftver modul tartalmazza a NATO Standardization Agreement (STANAG) harcászati célú üzeneteit. A következő üzenetekről van szó: METB2/METB3 Standard Ballistic Message (STANAG 4061); METCM Standard Artillery Computer Message (STANAG 4082); METFM Standard Fallout Message (STANAG 2103); METSR/METSRX Sound Ranging Message; METTA Standard Target Acquisition Message (STANAG 4140). A STANAG modul tartalmaz még egy böngésző funkciót, amely segítségével bármely magasságra vagy rétegre megkérhetjük a következő paramétereket: légnyomás, hőmérséklet, virtuális hőmérséklet, relatív nedvesség, harmatpont, szélsebesség, szélirány, légsűrűség és hangterjedési sebesség. A modul tartalmaz egy STANAG szerkesztőt amely lehetővé teszi az alkalmazó részére még a ballisztikai üzenetek megalkotása előtt, hogy megváltoztassa bármelyik réteghez kapcsolódó középértékét a hőmérsékletnek, nedvességnek, szélsebességnek és iránynak. Rádiószondák és tartozékaik A katonai műveletekhez szükséges felső légköri meteorológiai adatokat Vaisala rádiószondák mérik. Jó néhány Vaisala rádiószondát gyártanak GPS vagy LORAN-C jelek fogadására alkalmas vevő berendezéssel. Mindegyik beszerezhető 400 Mhz-es vagy 1680 Mhz-es rádió adóval. A 400 Mhz hullámhosszon dolgozó rádiószonda egy nagyon stabil kvarc vezérlésű rádióadóval is kapható. A Vaisala ajánl speciális (ózon és rádióaktivitás) szenzorokat is. Minden Vaisala rádiószonda energia ellátását vizes akkumulátor végzi. Kalibrációs adatbemenet Minden rádiószonda átmegy egy kalibrációs eljáráson a gyárban. A kalibrációs koefficienseket egy nyolc csatornás lyukszalagon rögzítik, amelyet csatolnak a szondához. A szalagon szereplő adatokat a szondázást megelőzően be kell olvasni a szondázó programba. Földfelszíni automata megfigyelő állomás A ballon felbocsátását követően a rendszer földfelszíni meteorológiai adatokat igényel. Ezek az adatok (légnyomás, hőmérséklet, légnedvesség, szélirány és szélsebesség) mérhetők kézi eszközökkel és bevihetők manuálisan. A fentiekben ábrázolt eszközrendszer értéke, szolgáltatásainak minősége és kommunikációs eszközei igénylik ezen feladat automatizálását is. Indokolható továbbá a korszerű automata eszköz alkalmazása az elöljárók, katonai meteorológiai szervezetek és más felhasználók (vegyvédelem, felderítők) meteorológiai adatigényével. 122
A KONFERENCIA VITAANYAGA A vizsgalövészeten bemutattunk és alkalmaztunk egy hordozható (mobil) automata meteorológiai állomást a Vaisala MAWS 201-et (MAWS Mobil Automatic Weather Station). Ez a gyorsan telepíthető, de stabil kiépítésű rendszer alumínium szerkezetű, alapkiépítésben 5 érzékelővel (szélirány és szélsebesség mérő, léghőmérséklet-, légnedvesség-, légnyomás- és csapadékmérő) rendelkezik. Adatkimenetei, tájékoztató és riasztó funkciói a felhasználó igényei szerint beállíthatók. Nagyon kis energia igényét egy 2,2 W napelem és egy 1,3 Ah/6V akkumulátor biztosítja, de hálózatra is illeszthető, ehhez megfelelő tápegység biztosított. Ballon töltő és felbocsátó berendezés A Vaisala ballon töltő és felbocsátó berendezés a szondázást megelőző tevékenységet egyszerűsíti és rövidíti le, különösen fontos ez tábori körülmények között és viharos erejű szélben. Kézi üzemeltetésű eszközről van szó, amely üvegszál megerősítésű műanyagból készült és teljesen mechanikus üzemű. Használat előtt rögzíteni kell a talajhoz. A töltőgáz mennyiségét a ballont tartalmazó vászonzsák mérete határozza meg. Utánfutó az RT20 szállításához A Vaisala a Finn Védelmi Erőkkel együttműködve kifejlesztett egy olyan utánfutót, amely az antenna szállítására és egy megfelelő segédberendezés alkalmazásával üzemképes helyzetbe emelésére szolgál. A kézi üzemeltetésű hidraulikus szerkezet felemeli az antennát, majd automatikusan rögzíti a felső pozícióban. A mérés befejezését követően a hidraulika segítségével szállítási helyzetbe hozható az antenna. Természetesen az alkalmazók saját igényeiknek megfelelőn építhetnek az általuk kiválasztott alvázra hasonló felépítményeket, kialakíthatnak tároló helyet a gázpalackok, kábelek, aggregátor és más tartozékok részére. 2. sz. ábra. A ballontöltő és felbocsátó berendezés szerelési ábrája 123