Как Operation Blue Skies будет использовать ИИ, чтобы самолёты избегали опасных для климата инверсионных следов

Эксперимент с атмосферой — но не геоинженерия

Operation Blue Skies — поддержанная Великобританией исследовательско-операционная программа, которая проверит, можно ли снизить часть климатического воздействия авиации за счёт точечного предотвращения долгоживущих инверсионных следов. Испытание стоимостью £5 млн рассчитано на 30 месяцев и пройдёт в воздушном пространстве Shanwick — восточной части трансатлантического коридора над Северной Атлантикой. Организаторы называют его первым государственным испытанием по предотвращению инверсионных следов в масштабе целого океанического воздушного пространства.

Речь не идёт о том, чтобы менять курс каждого самолёта. Задача проекта — выяснить, смогут ли погодные и ИИ-прогнозы выделять небольшое число рейсов и участков атмосферы, где сравнительно небольшое изменение высоты предотвратит инверсионный след с непропорционально сильным эффектом потепления.

Почему инверсионные следы могут нагревать планету

Инверсионный след образуется, когда водяной пар из тёплых выхлопных газов двигателя смешивается с очень холодным воздухом: в результате формируется облако из кристаллов льда. Многие такие следы быстро исчезают. Но в достаточно холодной и влажной атмосфере они могут сохраняться, расширяться и превращаться в более крупные ледяные облака. Эти облака влияют на то, сколько тепла уходит из атмосферы Земли, поэтому инверсионные следы считаются важной частью не связанного с CO₂ климатического воздействия авиации.

Эффект зависит от состояния атмосферы и времени суток. Особенно важны вечерние и ночные рейсы: образовавшееся ледяное облако может уменьшать отток инфракрасного тепла. Поэтому адресное предотвращение наиболее значимых следов потенциально эффективнее, чем попытка одинаково реагировать на каждый след.

Как будет работать схема с ИИ

Прогнозы Google будут объединять спутниковые наблюдения, исторические данные о полётах и инверсионных следах, а также метеорологические прогнозы Met Office. Система должна находить так называемые области пересыщения льдом — участки верхних слоёв атмосферы, где долгоживущие инверсионные следы образуются с большей вероятностью.

Ожидаемый процесс состоит из трёх этапов:

1. Прогноз риска. ИИ-модели определяют районы и высоты, на которых конкретный рейс с высокой вероятностью оставит долгоживущий инверсионный след.
2. Проверка операционного решения. Диспетчеры оценивают, безопасно ли и практически ли выполнимо небольшое изменение высоты для выбранного самолёта.
3. Проверка результата. Спутниковые снимки и данные о полёте сравниваются с прогнозом: исследователи выясняют, удалось ли избежать следа и сколько топлива потребовало изменение маршрута по высоте.

Диспетчеры NATS — британской службы управления воздушным движением — должны будут направлять отдельные самолёты на набор или снижение высоты максимум примерно на 2 000 футов, то есть около 610 метров. Перенаправлять весь трансатлантический поток не планируется. Операционные этапы испытаний намечены на зимние периоды, включая вечерние и ночные рейсы, когда ожидаемая климатическая польза предотвращения следов выше.

Главный вопрос: будет ли итоговая польза для климата положительной?

Изменение высоты само по себе не является готовым климатическим решением. Набор или снижение может привести к дополнительному расходу топлива, а значит — к дополнительным выбросам CO₂. Поэтому Operation Blue Skies должна измерить компромисс между этим топливным «штрафом» и потеплением, которого удалось избежать благодаря предотвращению долгоживущего следа.

Убедительный результат должен показать не только точность прогнозов на вид. Исследователям потребуется установить:

• как часто модель правильно предсказывает образование долгоживущих следов;
• сколько значимых следов она пропускает и сколько раз даёт ложный прогноз;
• сколько дополнительного топлива расходуется из-за изменения высоты;
• подтверждают ли спутниковые наблюдения предсказанные и предотвращённые следы;
• какой климатический показатель и временной горизонт используются для сравнения потепления от инверсионных следов с выбросами CO₂.

Таким образом, программа является экспериментом, а не доказательством того, что такие манёвры уже дают чистый климатический эффект. Воздействие инверсионных следов сложно оценивать, а обзор британского правительства по не связанным с CO₂ последствиям авиации подчёркивает более общую проблему — отсутствие простого и единообразного способа измерять их влияние.

Масштаб, финансирование и участники

В консорциум входят Google UK, британское Министерство транспорта, NATS, Met Office, Contrails.org, Имперский колледж Лондона и Кембриджский университет. Поддержка правительства Великобритании предоставляется через программу Aerospace Technology Institute.

Значение проекта определяется прежде всего его операционным масштабом. Ранее проводились демонстрации с участием авиакомпаний, а также создавались инструменты, способные обнаруживать инверсионные следы на спутниковых снимках, связывать их с отдельными рейсами и строить прогнозы. В предыдущих исследованиях Google применял компьютерное зрение, обученное на размеченных спутниковых изображениях, чтобы находить следы и сопоставлять их с самолётами.

Blue Skies должна выйти за пределы отдельных полётных экспериментов: прогнозы будут использоваться для решений диспетчеров в загруженном океаническом воздушном пространстве. По оценке организаторов, на Shanwick приходится около 5% глобального потепления, связанного с инверсионными следами.

Что потребуется для независимой проверки

Организаторы заявляют, что методы и результаты программы планируется опубликовать. Это важно: наиболее убедительные выводы должны быть воспроизводимыми и открытыми для проверки, а не основываться только на модельных оценках или презентационных показателях.

Научные партнёры могут обеспечить академическую экспертизу, однако независимая проверка должна охватывать и операционные расчёты. В итоговом отчёте полезно было бы раскрыть точность модели, наблюдавшиеся изменения инверсионных следов, влияние манёвров на расход топлива, использованные климатические допущения и энергию, необходимую для работы прогнозной системы.

Это позволит разделить три разных утверждения: что ИИ способен прогнозировать условия для образования следов; что диспетчеры могут использовать такие прогнозы без ущерба для безопасности и работы воздушного движения; и что вмешательство действительно уменьшает совокупное климатическое воздействие.

Что изменится, если подход сработает

Если испытание подтвердит надёжную чистую пользу, предотвращение инверсионных следов может стать сравнительно быстрым способом уменьшить часть не связанного с CO₂ воздействия авиации. Для этого не потребуется ждать появления новых видов топлива или полной замены авиапарка: можно будет использовать существующие самолёты и системы управления воздушным движением.

Однако такой подход не заменит сокращение выбросов CO₂. Самолёты по-прежнему будут сжигать топливо, избежать каждого инверсионного следа невозможно, а изменение высоты иногда может увеличить выбросы. Эффект будет зависеть от того, насколько точно система сможет выбирать нужные рейсы и участки атмосферы, чтобы общий баланс оказался положительным.

Отдельный вопрос для Google: сколько энергии потребует ИИ

Проект поднимает и вполне конкретный вопрос об энергозатратах искусственного интеллекта. Google сообщила, что в 2024 году потребление электроэнергии её дата-центрами выросло на 27%, тогда как связанные с энергией выбросы дата-центров сократились на 12%. Компания объяснила это закупками чистой энергии и повышением эффективности.

Сами по себе эти показатели не показывают, даст ли система Blue Skies чистую пользу для климата. Корректная оценка должна сопоставить предельное энергопотребление вычислений и связанные с ним выбросы с измеренными изменениями расхода топлива самолётами и фактическим сокращением потепления от инверсионных следов.

Пока такие данные не опубликованы, наиболее точный вывод остаётся осторожным: Operation Blue Skies — важная проверка того, сможет ли ИИ сделать предотвращение инверсионных следов практичным в масштабе воздушного пространства. Но обещанный климатический эффект пока не доказан.