OPUS計畫：自製無人機飛入龍捲風內部蒐集數據，改寫氣象研究歷史

沒有預算、沒有實驗室，只有一通深夜電話

沒有人給OTUS計畫一筆研究經費和一間實驗室。2024年2月的一個深夜，三位好友在電話中決定從零開始打造無人機，將它們飛入地球上最猛烈的自然力量之一——龍捲風。

不到三個月後，Louis Tucker駕駛第一架無人機進入龍捲風內部，創下歷史紀錄。而且幾乎是在克難的條件下完成的。

打造「不可能」的團隊

「龍捲風無人機系統觀測計畫」（Observations of Tornadoes by UAV Systems Project，簡稱OTUS）由三位擁有互補專長的成員創立。Nelson Tucker是氣象學家，就讀於米勒斯維爾大學（Millersville University），從小就對龍捲風著迷，多年來投入研究其歷史與科學原理。

他的哥哥Louis Tucker是無人機製造者兼操作指揮官，2023年全美大學無人機競速冠軍，擅長以極限工程思維解決飛行器問題，而非依賴現成解決方案。

Tanner Beard是機械工程師，他把自家改造成配備銑床、車床、焊接設備和一整排3D列印機的工作坊。Erik Fox則是自1995年起追逐風暴的資深追風人，同時也是一名現役警察，擔任團隊的野外作業經驗支柱。

非賣品的極限無人機

他們飛行的無人機不是市面上買得到的產品。這些是客製化、3D列印製造的飛行器，最高速度可達時速350公里（220英里），專門設計用來承受龍捲風內部的碎片撞擊、強烈亂流、垂直風載荷以及極端混亂環境。

每一個零件都是專門打造的，沒有任何元件來自消費級產品目錄。機載感測器能同時量測溫度、濕度、氣壓和三維風載荷，在飛行器穿越漏斗雲時即時蒐集數據。

「這真的是一種令人恐懼的體驗，」Louis表示，「這不是你通常會想要靠近的東西。」

從一個龍捲風到八個，再到二十個

第一次成功攔截發生在2024年5月，地點在奧克拉荷馬州阿內特（Arnett）附近。那是一整個漫長且精疲力竭的追風季節中最後一次嘗試，Nelson稱之為「孤注一擲」。

無人機在飛行員全程手動控制下進入一個多渦旋龍捲風。美國聯邦航空總署（FAA）事先已批准一項特別豁免許可，允許在活躍龍捲風內部及周圍進行無人機操作。團隊帶回了龍捲風研究者過去從未能蒐集到的數據。

「我們證明了這是可能的，」Louis說，「我們取得了過去只能夢想的量測數據。」

到了2025年，OTUS計畫大幅擴展：攔截8個龍捲風、完成11次無人機穿透飛行，在美國中部多場風暴事件中蒐集到高解析度熱力學數據和飛行遙測資訊。

合作夥伴現已包括美國國家標準與技術研究院（NIST）。Nelson曾在NIST進行暑期研究，開發出一種全向式風力感測器，能夠量測龍捲風中至關重要的垂直風分量。

正是這個垂直風分量將汽車、拖車和結構不良的建築物捲上天空。取得這項數據的真實量測值，一直是龍捲風研究中最大的未解難題之一。

展望2026年，OTUS計畫目標是在為期八週的春季野外作業中完成超過20次無人機攔截。一輛客製化的行動指揮車正在配備衛星通訊、備援電力系統和整合式無線無人機網路，以支援在龍捲風走廊深處的作業。從一通兄弟間的深夜電話開始，這個計畫的規模正在飛速成長。

這些數據到底改變了什麼？

傳統龍捲風研究面臨一個根本性的問題：龍捲風會移動。地面儀器必須精準地放置在風暴路徑上，而這需要目前尚不存在的預測精度。數十年來，地面探測器、投擲式感測器只為研究人員提供了零碎的數據片段，而且沒有任何一筆數據來自漏斗雲內部。

「無人機能讓你在無法放置人員或其他儀器的地方取得量測數據，」Nelson表示，「它們不會被困在地面上，可以到達龍捲風的任何部位，而且操作員在數英里之外，沒有人身處險境。」

OTUS的方法論從環繞飛行開始。團隊先讓無人機以軌道模式環繞龍捲風飛行，在不同高度採樣周圍大氣。然後隨著環繞圈逐漸縮小，無人機穿越漏斗雲本體。最終結果是同時取得風暴內部與外部空氣狀態的完整圖像——這是地面上的任何儀器從未能做到的。

這些數據的實際應用直接且務實：

• 氣象學家利用熱力學剖面資料改善電腦模型，提高龍捲風預警的提前時間
• 結構工程師利用三維風載荷量測數據，了解龍捲風力量如何作用於建築物，並據此更新建築規範

團隊明確表達的願景是：龍捲風走廊地區的住宅能夠被建造得更堅固，具備更好的錨固設計，以對抗目前建築法規幾乎未考慮到的垂直風分量。

「我們希望透過我們的計畫，房屋能被建造得更好，」Louis說，「而且我們能更好地理解龍捲風如何運作和形成，以預測它們下一步會往哪裡去。」

評論觀點

這或許是無人機所能實現之可能性最純粹的體現。不是無人機即時反應（DFR）、不是測繪、不是物流配送——而是三個人在深夜一通電話中，面對自然界最猛烈且最不被了解的現象之一，決定以自製3D列印飛行器搭配一位FPV競速冠軍飛手來研究它。然後在不到三個月內就證明了這是可行的。

OTUS所做的事確實具有高度危險性，他們所持有的FAA豁免許可之所以存在，是因為主管機關認可這項工作的科學價值，而非鼓勵任何人隨意將無人機飛入龍捲風。團隊的工程紀律和操作規程才是讓這件事能夠存活下來的關鍵。他們不是追求刺激的冒險家，而是恰好非常擅長打造能在龍捲風中存活之飛行器的研究者。

更好的預警系統意味著在龍捲風襲擊社區前多出幾分鐘的預警時間，而更多的時間意味著更多的生命得以挽救。更好的建築法規意味著龍捲風走廊的建築能夠承受目前足以摧毀它們的風力。這兩項成果都直接源自於只有飛入漏斗雲內部的無人機才能取得的量測數據。

從2024年2月的一通深夜電話，到2025年的11次龍捲風穿透，再到2026年規劃超過20次攔截——OTUS計畫正在快速推進。而風暴也一樣。

---

原文來源： 查看原文