Hoewel het 40 jaar wegroestte in de woestijn van Arizona, vloog het in oktober 2016 kilometers hoog boven Guam. De Martin WB-57F, met een NASA-logo op zijn staart, klom in de troposfeer op een missie genaamd POSIDON, een onderzoek naar cirruswolken en andere atmosferische fenomenen. Hij vloog rond een tyfoon, dook in vulkaanpluimen om zwaveldioxidegas te bestuderen, mat de dichtheid en dikte van de wolken en snuffelde naar moleculen van ozon.
“Cirruswolken worden niet zo goed begrepen,” zegt Eric Jensen, een atmosferische wetenschapper bij NASA’s Ames Research Center en een van de hoofdonderzoekers van de POSIDON-missie. Deze structuren, die de aambeelden van onweersbuien vormen en, op grotere hoogten, de hoeveelheid waterdamp en andere deeltjes regelen die naar de stratosfeer opstijgen, zijn “een van de grote onzekerheden in ons vermogen om klimaatveranderingen te voorspellen…. Dus deze metingen van de wolken, het begrijpen hoe ze zich vormen en hoe ze evolueren, is zeer belangrijk voor het verbeteren van deze wereldwijde modellen,” zegt Jensen.
De westelijke Stille Oceaan is het perfecte laboratorium voor het bestuderen van cirruswolken, vooral tijdens de herfst, wanneer onweersbuien een dagelijks verschijnsel zijn en tyfoons op elk moment tot leven kunnen komen. “Guam ligt precies in het midden van de actie,’ zegt Jensen. Warme, vochtige lucht die opstijgt uit de oceaan rond het eiland duwt de wolken naar bijzonder grote hoogten. Sterke winden scheren de toppen van de wolken af en vormen zo de krater, die bestaat uit dunne slierten ijskristallen. Kleine deeltjes – van stukjes zeeschuim tot uit Azië overgewaaide verontreinigende stoffen – klimmen in deze slierten, waar ze over de hele planeet kunnen worden meegevoerd.
De grote hoogte van deze formaties maakt ze moeilijk te bestuderen – te hoog voor de meeste vliegtuigen om er met zware instrumenten te komen en te laag en wazig voor satellieten om ze te bekijken met een resolutie die hoog genoeg is voor nauwkeurige metingen. Maar in 2011 kreeg Jensen’s team een WB-57 in handen, en de hoge cirrus kwam binnen bereik.
Het vliegtuig is de laatste versie van de B-57 bommenwerper, met de mogelijkheid om een zwaardere lading naar grotere hoogten te vervoeren dan elk ander beschikbaar onderzoeksvliegtuig. “En het is echt winterhard, zodat je kunt vliegen in de buurt van convectie – deze grote onweersbuien – wat een turbulente omgeving is,” zegt Jensen. Met de WB-57’s kunnen wetenschappers instrumenten sturen om de wolken rechtstreeks te bemonsteren.
Het vliegtuig dat de Guam-missie vloog en twee andere WB-57’s – alle drie zijn meer dan 60 jaar oud – zijn de enige vliegtuigen van hun type die vandaag de dag actief zijn. De B-57 kwam eigenlijk ter wereld als de English Electric Canberra, een Brits ontworpen straal-aangedreven medium bommenwerper ontworpen tijdens de Tweede Wereldoorlog, hoewel het niet zijn eerste vlucht maakte tot 1949. Een jaar later, toen de vijandelijkheden in Korea uitbraken, begon het Amerikaanse leger te zoeken naar een vervanger voor de Douglas B-26 Invader (die in de Tweede Wereldoorlog vloog als de A-26). Als onderdeel van een demonstratie van de geschiktheid van de Canberra, maakte de Britse bommenwerper de eerste jetvlucht zonder brandstof over de Atlantische Oceaan. Dat bezorgde de U.S. Air Force de opdracht. De Glenn L. Martin Company kreeg de licentie om de Amerikaanse versie te bouwen, de B-57, die zijn eerste vlucht maakte in 1953. (Te laat voor de strijd in Korea, het werd daarheen gestuurd om de wapenstilstand van 1953 te verdedigen). Hoewel de Amerikaanse versie officieel de “Canberra” moniker liet vallen, verwijzen de meesten nog steeds naar het vliegtuig met die naam.
NASA’s WB-57’s vliegen vanaf Ellington Airport in Houston, niet ver van het Johnson Space Center, als onderdeel van de onderzoeksvloot van het agentschap op grote hoogte. Volgens Charlie Mallini, die het WB-57 programma beheert, neemt het vliegtuig een onderzoeksniche in. “Het is een van NASA’s belangrijkste vliegtuigen voor atmosferisch werk,” zegt hij. “Er zijn maar zoveel vliegtuigen die naar de hoogtes gaan waar wij naar toe gaan. En we kunnen veel verschillende dingen vervoeren – antennes, monstersondes en andere nuttige ladingen.”
NASA’s andere onderzoeksvliegtuigen op grote hoogte, de ER-2 (een versie van het U-2 spionagevliegtuig) en de Global Hawk drone, vliegen minstens zo hoog als de Canberra en bieden een groter bereik en duur. Maar de Canberra kan drie keer de nuttige lading van de ER-2 vervoeren en meer dan vier keer die van de Global Hawk. Die capaciteit stelt de WB-57 in staat om meer dan twee dozijn instrumenten te vervoeren, verdeeld over de neus, een grote payload bay, cubbyholes in de vleugels, en op de vleugel gemonteerde pods. De Canberra is ook de enige van de drie onderzoeksvliegtuigen die een bemanningslid op de achterbank kan meenemen om de instrumenten te bedienen en gegevens door te geven aan een team op de grond. “De wetenschappers kunnen in real time beslissingen nemen om zich opnieuw te richten op waar ze naartoe willen,” zegt Mallini. “Dat geeft hen veel flexibiliteit om de beste gegevens te krijgen.”
Mallini kwam in 2011 bij het programma als hoofdingenieur nadat hij had gewerkt aan NASA’s Constellation-programma, het geschrapte initiatief om astronauten terug naar de maan en verder naar Mars te sturen. In 2014 werd hij de projectmanager van het WB-57 programma. Hij pronkt met de toestellen op hun thuisbasis, Hangar 990 op Ellington, een voormalige luchtmachtbasis. NASA 927, het vliegtuig dat de POSIDON-missie vloog, zit bij de hangardeur terwijl Tom Parent, een van de piloten van de Canberra’s, bezoekende piloten van de Naval Test Pilot School instrueert over de werking ervan. (Kleine groepen piloten van het centrum trainen een paar dagen per jaar op de WB-57F, waardoor ze ervaring opdoen met het vliegen op grote hoogte). Een tweede vliegtuig, NASA 928, ondergaat groot onderhoud; de motoren zijn verwijderd en het vrachtruim is open en leeg. Het laatste lid van de vloot, NASA 926, staat aan het andere eind van de hangar, omringd door pallets met instrumenten en zeecontainers vol met gereedschap, reserveonderdelen en ander materiaal voor inzet buiten Houston.
Mallini’s ladingen zien eruit als het luchtvaart equivalent van muscle cars. Hun vleugels hebben een spanwijdte van 122,5 voet – bijna 20 voet langer dan de vleugels van een U-2S – en zorgen voor de lift die nodig is om hoogtes te bereiken die drukpakken vereisen en waaraan de WB-57F zijn bijnaam ontleent: de lange vleugel. Een forse Pratt & Whitney TF33 motor, vergelijkbaar met die gebruikt in B-52 bommenwerpers, is gemonteerd in het midden van elke vleugel en voorziet het vliegtuig van 31.000 pond stuwkracht. Dat vermogen maakt het opstijgen zowel luid (het geluidsniveau in de cockpit kan 105 decibel bereiken) als zenuwslopend. “Een hele openbaring, en voor iemand die voor het eerst vliegt een beetje verontrustend,” zegt Parent. “Wanneer de motoren worden opgevoerd tot startvermogen, schudt het hele vliegtuig zo erg dat het moeilijk is om de motor- en vluchtinstrumenten af te lezen.”
Parent is een van de vier piloten voor het oldtimer-vliegtuig. Hij kwam in 2011 bij het project nadat hij met pensioen was gegaan bij de luchtmacht. Tijdens zijn 25-jarige militaire carrière diende hij als bemanningsleider voor F-111’s, vloog vervolgens B-52’s en, ten slotte, de U-2. Parent, bijgenaamd “Duster” vanwege de dikke snor (een “cookie duster”) die hij droeg tijdens een uitzending naar Afghanistan, heeft meer dan 900 van zijn bijna 8.000 vlieguren in de Canberra gemaakt. In de cockpit worden Parent en zijn collega-piloten geconfronteerd met instrumentatie uit 1960. (De sensoren op de achterbank zijn bijgewerkt tot moderne glazen displays.) “Niets is geautomatiseerd in de cockpit, behalve de nieuwe digitale stuurautomaat,” zegt Parent. “De cockpit-displays zijn heel weinig veranderd sinds het vliegtuig voor het eerst vloog.”
B-57’s hebben twee decennia gediend, waaronder in de strijd in Vietnam. In het begin van de jaren zestig kreeg General Dynamics de opdracht om het F-model te ontwerpen voor verkenning op grote hoogte en atmosferische observatie. WB-57F’s, bestuurd door het 58e Weather Reconnaissance Squadron in New Mexico, werden over de hele wereld uitgezonden om sporen van atmosferische kernproeven op te sporen. De laatste militaire B-57’s werden in 1974 buiten dienst gesteld en vervangen door, onder andere, de supersonische SR-71.
NASA begon in de jaren ’60 Canberra’s te lenen van de luchtmacht. Nadat het model zijn nut als onderzoeksplatform had bewezen, schafte het agentschap er permanent twee aan. Een van hen diende aanvankelijk als een verkenningsvliegtuig, met inbegrip van een uitzending naar Rhein-Main Air Base in Duitsland, terwijl de andere begon het leven als een bommenwerper en diende Stateside. Beide werden omgebouwd tot RB-57F modellen ongeveer 10 jaar na hun carrière. “De geschiedenis is een van de leuke dingen aan deze vliegtuigen,” zegt Parent. “Iedereen kijkt ernaar en is verbaasd dat ze nog bestaan. De meeste staan in musea. In feite waren we op zoek naar musea voor ons nieuwste vliegtuig totdat we er een vonden op de boneyard.”
Air Force 63-13295, ook een RB-57F, was in juli 1972 met pensioen gegaan naar Davis-Monthan Air Force Base in Tucson. Het stond daar bijna 39 jaar te bakken onder de woestijnzon. In mei 2011 daalden NASA-ingenieurs af naar de boneyard om het toestel nieuw leven in te blazen. “We keken naar het werk dat ons te wachten stond en zagen dat er nood was aan een derde vliegtuig,” zegt Mallini. “Dit was zo’n beetje onze laatste kans. De vliegtuigen raakten langzaam in verval. En onze vliegtuigen werden oud. Het is alsof we een verzekeringspolis hebben. En we hebben vaak een vliegtuig buiten dienst voor onderhoud, dus de nieuwe stelt ons in staat om nog steeds twee vliegtuigen beschikbaar te hebben.”
Het kostte twee jaar om het vliegtuig te verjongen, met behulp van onderdelen die uit andere afgedankte vliegtuigen waren gehaald. (Een tweede casco, dat meer schade had geleden tijdens zijn opslagtijd, diende als testbed, om ingenieurs te helpen bepalen hoe ze dingen uit elkaar moesten halen en weer in elkaar moesten zetten voordat ze een sleutel of schroevendraaier op 63-13295 aanbrachten). “We hebben het toestel gestript tot op het blanke metaal,” zegt Mallini. “De vleugels werden in mallen opgeborgen en helemaal opnieuw opgebouwd. Daarna hebben we het langzaam maar zeker weer in elkaar gezet.” In augustus 2013 ging de NASA 927 voor het eerst in meer dan vier decennia het luchtruim weer op – een van de langste onderbrekingen voor een vliegtuig dat naar een vuilnisbelt werd gestuurd.
Het vliegend houden van drie jaren-oude vliegtuigen kan tijdrovend zijn. Reserveonderdelen voor hun oudere systemen zijn alleen te vinden in musea en op schroothopen. De romp van het vliegtuig dat diende als testbed voor de restauratie van NASA 927, bijvoorbeeld, werd verscheept naar Utah voor het testen van een upgrade van een schietstoel. Daarna werd het naar Houston gestuurd, waar NASA-onderhoudspersoneel de gashendels en andere hendels, draden en “een aantal andere dingen” losmaakte, aldus Mallini. “We hebben zoveel mogelijk bij elkaar gesprokkeld. Er zijn maar heel weinig vliegtuigspecifieke onderdelen te vinden.”
Om het nog erger te maken, zijn de originele technische tekeningen soms onvolledig of onbestaand. Als gevolg daarvan moet het team soms onderdelen reverse-engineeren en ze met de hand of op 3D-printers maken. Aan sommige systemen valt niet meer te sleutelen en ze kunnen niet opnieuw worden gemaakt. Dat gold ook voor de analoge automatische piloot uit de jaren zestig, die gebruik maakte van vacuümbuizen – items die je niet bij je plaatselijke Fry’s of zelfs maar op Amazon kunt vinden. “We hadden mensen die het internet afspeurden naar buizen,” zegt Alyson Hickey, hoofdingenieur voor het Canberra-programma. “Uiteindelijk hebben we het hele ding vervangen door een moderne digitale stuurautomaat.” Bovendien heeft het programma de schietstoelen vervangen door een model dat wordt gebruikt op de F-16, het landingsgestel geüpgraded en een nieuw satellietcommunicatiesysteem geïnstalleerd.
Het Canberra-programma helpt de rekening voor deze uitgebreide modificaties en reparaties te betalen door instrumenten te vliegen voor andere overheidsinstanties, de academische wereld en de commerciële sector. Tien jaar geleden was een van de beste klanten het ministerie van Defensie, dat het vliegtuig weken achtereen boekte voor zijn Battlefield Airborne Communications Node-programma. De Canberra was uitgerust met apparatuur die het toestel omvormde tot een “universele vertaler”. Vliegtuigen en andere middelen die niet-compatibele communicatiesystemen gebruiken zouden de Canberra gebruiken om met elkaar te praten. Met hun NASA-logo’s overgeschilderd, werden de vliegtuigen vanaf 2008 ingezet in Afghanistan, waar ze 50 missies uitvoerden. Buitenlandse uitzendingen eindigden in 2012, toen de rol werd overgenomen door andere vliegtuigen, maar de WB-57’s voeren nog steeds ontwikkelingstests uit voor het programma in de States.
Het grootste deel van het dagelijkse werk van de Canberra’s is echter het uitvoeren van wetenschap in de lucht. Het is het ideale vliegtuig om in te zetten wanneer een ongewone taak zich aandient. In augustus 2017, bijvoorbeeld, observeerden twee WB-57’s die ongeveer 50 mijl uit elkaar vlogen bijna acht minuten van de totale zonsverduistering langs het pad van de zon over de Verenigde Staten. Meer typisch bestuderen de WB-57’s de lucht. Tijdens het stormseizoen van 2015 ging één Canberra op missies boven vier formaties: Orkaan Joaquin en Tropische Storm Erika in de Atlantische Oceaan en orkanen Marty en Patricia in de Stille Oceaan. Hij vloog op 60.000 voet of hoger en volgde figuur-4- en andere patronen die hem één tot drie keer per vlucht rechtstreeks over het centrum van elke storm brachten. “We hoefden ons nooit zorgen te maken over iemand die zei: ‘Die orkaan is te groot om overheen te vliegen’,” zegt Daniel J. Cecil, een onderzoekswetenschapper aan NASA’s Marshall Space Flight Center in Alabama en hoofdonderzoeker voor een van de storm-survey-instrumenten.
Voor één experiment liet het vliegtuig in de vier stormen meer dan 800 kleine sondes vallen, dropsondes genaamd, elk iets korter en breder dan een papieren handdoekbuisje. Tijdens de 10 tot 15 minuten durende afdaling zonden zij windsnelheid en -richting, luchttemperatuur en -druk, luchtvochtigheid en temperatuur van het zeeoppervlak naar het vliegtuig terug, samen met GPS-bepaalde hoogte. Een tweede experiment maakte gebruik van microgolven om de windsnelheid aan het oceaanoppervlak te meten. “Het is moeilijk om een directe meting boven de open oceaan te doen, vooral wanneer het oppervlak wordt omgewoeld door winden van 100 mijl per uur,” zegt Cecil. “En instrumenten op satellieten worden verblind door de regen, of ze zijn niet in staat om windsnelheden op te lossen.” Cecils instrument meet de verhoogde microgolfstraling die wordt uitgezonden door het dikke zeeschuim dat omhoog wordt getrapt; de intensiteit van de straling geeft de snelheid aan van de oppervlaktewind die het creëert.
“Patricia was de meest interessante storm,” zegt Cecil. “In de loop van ongeveer een dag explodeerde ze van een tropische storm tot de sterkste orkaan die ooit in dit deel van de wereld is gemeten. In één passage door het centrum hebben we het hele oog en de oogwand gemeten. We hebben een aantal zeer goede, gedetailleerde monsters genomen.”
Misschien wel de meest ambitieuze atmosferische missie was echter POSIDON, het Guam-project uit 2016. (De missienaam is een afkorting van Pacific Oxidants, Sulfur, Ice, Dehydration, and cONvection.) Het was ontworpen om licht te werpen op fysische en chemische processen in de buurt van de tropopauze, de grens tussen de onderste laag van de atmosfeer, de troposfeer, en de volgende laag hoger, de stratosfeer. “De cirruswolken die zich daar vormen dienen als het laatste ‘vriesdrogen’ van de lucht op weg naar de stratosfeer, maar de details van het proces zijn ingewikkeld,” zegt Troy Thornberry, een onderzoekswetenschapper aan de Universiteit van Colorado Boulder die samenwerkt met de National Oceanic and Atmospheric Administration, en die de hoofdonderzoeker was voor verschillende van de POSIDON-instrumenten. “Historisch gezien hebben klimaatmodellen de stratosfeer genegeerd omdat we dachten dat er daarboven niets interessants was,” zegt hij. “Naarmate meer modellen gedetailleerder werden, werd het echter duidelijk dat er leemten in onze kennis met betrekking tot de stratosfeer zijn die we moeten aanpakken.” Dit overgangsgebied is ook de plek waar deeltjes zoals aërosolen de stratosfeer kunnen worden binnengedragen en dan rond de aarde cirkelen, zonlicht verstrooien en leiden tot de vernietiging van ozon. Thornberry en anderen proberen de processen die in de stratosfeer aan het werk zijn nu te begrijpen, voordat menselijke activiteiten deze verder veranderen.
Om deze studies uit te voeren, maakten enkele tientallen wetenschappers, ingenieurs, piloten en technici de 7.500 mijl lange reis van Houston naar Guam. De hangars op Andersen Air Force Base werden verbouwd, dus het vliegtuig – NASA 927 – deelde een onderhoudshangar van United Airlines op Guam International Airport, waar de bemanning van de luchtvaartmaatschappij het wetenschapsteam vaak uitnodigde om aan hun lunchbuffet deel te nemen.
Tijdens drie weken op het eiland voerden de teams negen wetenschappelijke vluchten uit. “Het was een uitdagende missie, vooral vanwege de hitte,” zegt Tom Parent, die verschillende vluchten bestuurde. “Je kreeg het zo warm en was zo uitgedroogd dat je tegen de tijd dat je in de lucht was al een beetje uitgeput was. Dan vloog je ongeveer zes uur, en moest je gas sparen om terug te komen naar een eilandbestemming zonder veel uitwijkmogelijkheden, wat een beetje zorgwekkend was.”
Bij veel van die missies vlogen de vliegtuigen in de buurt van grote convectieve stormcellen, waarbij ze van 43.000 voet naar 60.000 voet klommen en weer terug om monsters te verzamelen. Op twee vluchten bestudeerde de Canberra de uitstroom van tyfoon Haima, en op zijn laatste vlucht dook het in wolken van vulkanische gassen van eilanden in Papoea-Nieuw-Guinea om zwavelverbindingen te bemonsteren. Voor sommige vluchten bestudeerden instrumenten die in een ballon werden opgestegen hetzelfde stukje hemel als NASA 927, zodat de gegevens van zijn nuttige lading konden worden gecontroleerd.
Instrumententeams hielden toezicht op de vluchten vanuit de United hangar en gebruikten weersatellietbeelden om het vliegtuig naar de beste locaties voor bemonstering te leiden. “Het was erg interactief,” zegt Eric Jensen. “Onze vliegroutes varieerden bijna constant om de meest interessante gegevens te krijgen.” Jensen neemt al sinds het midden van de jaren negentig deel aan wetenschappelijke projecten vanuit de lucht en hij noemt POSIDON “een van de beste campagnes uit mijn carrière. Ze waren meer dan bereid om op te stijgen en te landen in regenbuien, iets wat de ER-2 niet graag doet en de Global Hawk zelfs niet overweegt. Het was gewoon ideaal voor het werk.” Jensen stelt vervolgmissies voor om de omstandigheden rond Japan, voor de kust van Afrika en in het noordpoolgebied te bestuderen. “Dat zal ons helpen een volledig beeld te krijgen van hoe aërosolen zich wereldwijd verspreiden”, zegt hij.
Maar de Canberra’s hebben al een lange carrière achter de rug, en het is niet zeker hoe lang ze nog luchtwaardig zullen zijn. Een grote technische uitdaging in het bijzonder doemt op. Alle grote, originele bewerkte onderdelen in de vleugels van de NASA 926 en 928 zijn gemaakt van een aluminiumlegering genaamd 7079-T6. Op het moment dat de vliegtuigen werden gefabriceerd, “was het materiaal – het was geweldig spul,” zegt senior WB-57 ingenieur Kevin Krolczyk. “Jaren later ontdekten ze echter dat het slechte spanningscorrosie-eigenschappen heeft – het is zeer vatbaar voor spanningscorrosiescheuren.” Elke spanning, inclusief het “hangen” van de vleugels als de vliegtuigen op de grond staan, verergert het probleem. “Niemand gebruikt het nu. Maar dat kunnen we niet omdat de hele structuur van dat materiaal is gemaakt,” zegt Krolczyk. Onderhoudsploegen inspecteren routinematig de vleugels, en het team heeft een paar kleinere stukken rondhout vervangen – zo’n 10 tot 15 procent in totaal. (Aangezien het team NASA 927 toch grotendeels moest herbouwen, hebben ze van de gelegenheid gebruik gemaakt om het vliegtuig uit te rusten met nieuwe vleugels). “We inspecteren veel en hebben goede reparatieprocedures, maar uiteindelijk zal dat niet genoeg zijn,” zegt Krolczyk. “De vraag is, is dat over twee jaar of over 20 jaar? Het is echt moeilijk te zeggen.”
Desondanks zegt Charlie Mallini dat er geen reden tot ongerustheid is, eraan toevoegend dat de wetenschap die zij leveren de moeite waard is om deze vliegtuigen te behouden tot lang na de dag dat de rest van hun lijn te grazen werd gelegd. “We gaan door,” zegt hij. “Er zijn geen plannen om deze vliegtuigen met pensioen te laten gaan”… alweer, dus. Arizona zal nog even moeten wachten tot de NASA 927 weer op de vuilnisbelt staat. Het heeft een orkaan om door te vliegen.
Abonneer je nu op Air & Space Magazine
Dit verhaal is een selectie uit het oktober/november nummer van Air & Space magazine
Koop