Μπορεί ένα «ηχητικό Canadair» να σβήσει τις πυρκαγιές;

Μπορεί ένα «ηχητικό Canadair» να σβήσει τις πυρκαγιές; Κάναμε τους υπολογισμούς

Ένα «ηχητικό Canadair» στα 100 μέτρα θα χρειαζόταν ισχύ ήχου όσο ένας πυρηνικός αντιδραστήρας. Φωτ.: InciWeb / Wikimedia Commons.jpg), Public Domain (επεξεργασία: Πάτρα Τώρα)

Μια 17χρονη στο Μεξικό [σβήνει φλόγες με ένα ηχείο](vortex). Μια αμερικανική εταιρεία με πρώην μηχανικό της NASA [προστατεύει σπίτια με υπόηχο](sciam). Το ερώτημα έρχεται αβίαστα: γιατί να μην κρεμάσουμε ένα τεράστιο ηχείο κάτω από ένα αεροπλάνο ή ελικόπτερο και να σβήνουμε τις πυρκαγιές χωρίς νερό; Πήραμε τη φυσική στα σοβαρά και κάναμε τους λογαριασμούς. Η απάντηση είναι απογοητευτική και ελπιδοφόρα μαζί.

Πρώτα: Πώς σβήνει ο ήχος τη φωτιά

Ο ήχος δεν είναι τίποτα άλλο από αέρας που κινείται μπρος-πίσω πολύ γρήγορα. Όταν αυτή η κίνηση φτάσει στη βάση της φλόγας, «ξεκολλά» τη φλόγα από το καύσιμο και απομακρύνει το οξυγόνο. Για να συμβεί αυτό, ο αέρας πρέπει να κινείται με συγκεκριμένη ταχύτητα. Οι φυσικοί τη λένε ακουστική ταχύτητα.

Για σύγκριση, ένα αεροπλάνο που απογειώνεται, ακουσμένο από 30 μέτρα, φτάνει περίπου τα 140 dB. Πάνω από αυτό το όριο ο ήχος προκαλεί πόνο και μόνιμη βλάβη στην ακοή.

Γιατί η μεγάλη πυρκαγιά θέλει 10 m/s; Γιατί δημιουργεί δικό της «ανεμοστρόβιλο». Ο καυτός αέρας ανεβαίνει με 10–15 m/s και τραβάει φρέσκο αέρα από κάτω. Αν ο ήχος δεν είναι πιο δυνατός από αυτό το ρεύμα, απλώς το ανακατεύει. Μπορεί μάλιστα να φουντώσει τη φωτιά, όπως όταν φυσάμε τα κάρβουνα στη σχάρα.

Το πρόβλημα με το αεροπλάνο: ο ήχος δεν «σημαδεύει»

Οι ήχοι που σβήνουν φωτιά είναι πολύ χαμηλοί, από 20 έως 60 Hz. Το μήκος κύματός τους είναι 6 έως 17 μέτρα. Τόσο μεγάλα κύματα δεν στοχεύουν σαν φακός. Απλώνονται προς όλες τις κατευθύνσεις, όπως οι κυματισμοί όταν ρίχνεις πέτρα σε λίμνη. Όσο μεγαλώνει η απόσταση, η ενέργεια μοιράζεται σε όλο και μεγαλύτερη επιφάνεια, και πέφτει με το τετράγωνο της απόστασης.

Υπολογίσαμε πόση ισχύ ήχου θα έπρεπε να βγάζει ένα αεροσκάφος:

Οι αριθμοί αυτοί είναι καθαρός ήχος. Τα ηχεία μετατρέπουν σε ήχο μόνο το 5–20 % της ενέργειας που καταναλώνουν, άρα η πραγματική ενέργεια που θα χρειαζόταν είναι πολλαπλάσια. Για σύγκριση, οι δύο κινητήρες ενός Canadair έχουν μαζί περίπου 3,6 MW. Το βαρύ πυροσβεστικό ελικόπτερο Skycrane έχει περίπου 6,7 MW. Τα 1.300 MW είναι η ισχύς ενός πυρηνικού αντιδραστήρα.

Ακόμα και με μια τεράστια συστοιχία ηχείων 30 μέτρων που θα «σημάδευε» καλύτερα, η μεγάλη φωτιά θα ήθελε δεκάδες MW. Και τέτοια συστοιχία δεν χωράει σε κανένα αεροσκάφος.

Και τρία ακόμα εμπόδια

• Οι άνθρωποι από κάτω. Στα 150–160 dB σπάνε τύμπανα. Πυροσβέστες, κάτοικοι και ζώα στο έδαφος θα κινδύνευαν από τον ίδιο τον «πυροσβέστη».
• Το ελικόπτερο φουντώνει τη φωτιά. Ο έλικας στέλνει αέρα προς τα κάτω με 20–30 m/s, πολύ πιο δυνατό από οποιονδήποτε ήχο.
• Η φωτιά ξαναπιάνει. Ο ήχος σβήνει τη φλόγα, αλλά δεν δροσίζει. Τα καυτά ξύλα και τα κάρβουνα ξανανάβουν μόλις σταματήσει ο ήχος. Αυτό το πρόβλημα το λύνει μόνο το νερό, που αφαιρεί θερμότητα.

Συμπέρασμα: ένα «ηχητικό Canadair» που σβήνει μεγάλες πυρκαγιές δεν γίνεται με τη φυσική που ξέρουμε. Η απάντηση είναι η ίδια όποιος κι αν το φτιάξει.

Η ελπιδοφόρα πλευρά: πού ο ήχος ΔΟΥΛΕΥΕΙ

Το μυστικό είναι η απόσταση. Αν ο ήχος φτάσει από κοντά ή μέσα σε κλειστό χώρο, χρειάζεται ελάχιστη ενέργεια.

1. Μέσα στα αεροπλάνα, όχι από τα αεροπλάνα. Αυτή είναι ίσως η πιο ενδιαφέρουσα εφαρμογή. Οι χώροι αποσκευών και οι κινητήρες των αεροπλάνων προστατεύονται ακόμα με Halon 1301, ένα αέριο που καταστρέφει το όζον και έχει απαγορευτεί στην παραγωγή. Ο ΔΟΠΑ (ICAO) ζήτησε αντικαταστάτη για τα νέα αεροπλάνα από τον Νοέμβριο του 2024. Η βιομηχανία ακόμα δεν έχει βρει κατάλληλο υλικό. Η ΕΕ έχει ορίσει το 2040 ως τέλος για το Halon στους χώρους αποσκευών και στους κινητήρες. Σε κλειστό χώρο ο ήχος αντηχεί και ενισχύεται, οπότε λίγα κιλά εξοπλισμού θα αρκούσαν. Θα ταίριαζε για φωτιές από μπαταρίες λιθίου στις αποσκευές και για τα νέα ηλεκτρικά αεροταξί.

2. Αεροσκάφη ως «μεταφορείς». Ένα ελικόπτερο μπορεί να αφήσει αυτόματους ηχητικούς σταθμούς μπροστά από σπίτια, υποσταθμούς και κεραίες, πριν φτάσει το μέτωπο. Ένα drone με σωλήνα που συγκεντρώνει τον ήχο θα μπορούσε να σβήνει καύτρες και αναζωπυρώσεις από μισό έως δύο μέτρα, με λίγες εκατοντάδες watt.

3. Στέγες, κολόνες και υποσταθμοί. Εκεί δουλεύει ήδη η αμερικανική Sonic Fire Tech. Αισθητήρες εντοπίζουν την πρώτη φλόγα και ο υπόηχος τη σβήνει από λίγα μέτρα, πριν γίνει πυρκαγιά.

4. Ήχος μαζί με νερό. Ο ήχος διώχνει το οξυγόνο και ένα λεπτό νέφος νερού αφαιρεί τη θερμότητα. Θεωρητικά θα χρειαζόταν πολύ λιγότερο νερό. Είναι ιδέα που δεν έχει ακόμα αποδειχθεί, και ακριβώς γι’ αυτό αξίζει πείραμα.

Ένα πείραμα που χωράει στην Πάτρα

Για να μάθουμε τους πραγματικούς αριθμούς, και όχι μόνο εκτιμήσεις, δεν χρειάζονται εκατομμύρια. Αρκούν ένα ισχυρό subwoofer, ένας ενισχυτής, μια γεννήτρια συχνοτήτων, ένα ηχόμετρο και μια θερμική κάμερα: εξοπλισμός περίπου 2.000 ευρώ. Οι δοκιμές θα έδειχναν ποια συχνότητα και ένταση σβήνει κερί, οινόπνευμα, ξύλο και κάρβουνο, από ποια απόσταση, και πότε η φωτιά ξαναπιάνει. Η Πάτρα έχει Πανεπιστήμιο με τμήματα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών, Μηχανολόγων και Αεροναυπηγικής. Αυτό το πείραμα θα μπορούσε να γίνει εδώ, και να ανοίξει τον δρόμο για χρηματοδότηση από ΕΣΠΑ και ευρωπαϊκά προγράμματα αεροπορικής έρευνας.

Ο ήχος δεν θα αντικαταστήσει τα Canadair. Μπορεί όμως να σβήνει τη σπίθα πριν γίνει φωτιά, και να βγάλει από τα αεροπλάνα ένα αέριο που καταστρέφει το όζον. Για μια ιδέα που ξεκίνησε από ένα σχολικό εργαστήριο στο Μεξικό, δεν είναι λίγο.

Σημείωση για τη μεθοδολογία: Οι πίνακες βασίζονται σε βασικούς τύπους της ακουστικής (ακουστική ταχύτητα u = p/ρc, ένταση I = p²/2ρc, σφαιρική εξάπλωση σε ημισφαίριο). Είναι εκτιμήσεις τάξης μεγέθους, όχι μετρήσεις. Την ακριβή ταχύτητα που σβήνει κάθε είδος φωτιάς μπορεί να τη δώσει μόνο πείραμα.

Πηγές

• Scientific American: How Sound Waves Can Fight Fires without Water
• N+: Πώς λειτουργεί ο ακουστικός πυροσβεστήρας Vortex Tech
• TechCrunch: Inaudible sound might be the next frontier in wildfire defense
• ICAO Uniting Aviation: Replacing the halon
• ICAO A42: Working paper για την αντικατάσταση του Halon
• EASA / FAA: Χρονοδιάγραμμα κατάργησης Halon στην αεροπορία