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在过去10年间,几乎每年都有重大空难发生,从法航飞机解体,到俄空难事故频发,再到韩亚坠机事件,每一次空难总是增加我们对飞机安全系数的怀疑,作为最重要的跨国交通工具,飞机真的如一些研究所说是最安全交通工具吗?历次空难后,人类如何在伤痛中改进飞机安全性能?现有科技是否有无法突破的安全瓶颈?一些航空业人士认为,技术革新某种意义上也增加了另一种“安全隐患”,那就是飞行员过分依赖高科技提高安全性能,而忽视自身驾驶技术。
近地警告系统保驾起降
此次韩亚空难发生在降落之时,应验了飞机失事的一个重要规律,黑色10分钟。所谓黑色10分钟是指起飞和着陆所占用的时间,10分钟时间虽短,但事故几率却高达68%,科学家用了很多技术来弥补这两个阶段的安全性能,特别是监控下降速度和高度的设备。
得益于全球卫星定位系统、高速及大存储容量的计算机技术,以及精确而复杂的世界地形数据库,自1998年以来,一些飞机制造商开始在飞机中安装增强型近地警告系统。
安装这种系统的飞机在一定高度飞行时,如果相对地面有较大的下降幅度,系统就会发出“下降率”以及“拉起”的警告声音。
除警告较大下降幅度外,该系统还能预警起飞后掉高度过量、地面间隔不足够、风切变等。这一系统主要针对可控飞行撞地事故。
可控飞行撞地的原因主要由于飞机自身系统设计的警告时间不够,在飞机接近危险地形时,没有足够反应时间避让,一般都发生在机场附近,即在飞机着陆的最后阶段。
为了减少可控飞行撞地,美国联邦航空局1974年要求所有在美国空域飞行的飞机,必须安装近地警告系统。由美国生产的增强型近地警告系统于1996年开始在飞机上使用。
传统的近地警告系统往往在已经紧急的时刻才警告,致使留下的处理时间不够充分。而增强型近地警告系统通过引入地形数据库和地形显示预警功能,可提前60秒进行预警。
从1998年下半年开始,我国各航空公司在新引进的波音及空客飞机上,也陆续安装增强型近地警告系统。
虽然这种起降监控系统有效提升飞机安全系数,但是《华尔街日报》也提醒,飞机因为科技变得越来越安全,但事故率却没有降下来,这是因为这些提升安全性能的高科技让一些飞行员松懈了,有些人甚至不注重驾驶技术,因为他们认为电脑可以控制飞机。资深机长凯文·海耶特认为,是时候关注飞行员驾驶技巧了,这是安全飞行的重中之重。
油箱惰化系统防升空爆炸
燃油系统起火造成飞机升空后爆炸是引起飞机失事的主要原因之一,要知道这种悲剧或许只是因为一小段电线出现电火花,引发了油箱着火。
飞机油箱里很可能混入燃油以外物质,例如,空气。空气中含有氧气,如果受热,油箱中所剩的燃油就会汽化,汽化的燃油和氧气混合,就极易引起爆炸。
怎么确保油箱不会爆炸?就要减少氧气含量,这就是惰化,即用安全不可燃气体取代密闭空间的可燃氧气。
飞机燃油箱惰化系统的核心装置是空气分离装置,分为分子筛型和渗透膜型惰性气体产生系统。渗透膜型惰性气体产生系统采用中空纤维膜,利用空气中不同气体在有机高分子膜中的不同渗透速率,实现氧气和氮气分离。当有一定压力的空气通过中空纤维膜时,氮气因渗透速度慢将留在隔膜中,氧气、二氧化碳及水蒸气以快速透过膜壁渗透到纤维外。
氮气分子最后输入到空油箱中,可避免燃烧爆炸事故。2006年,燃油惰化成为硬性规定,所有的新飞机都强制装配这一系统。
气象雷达探测“风杀手”
另一引发空难的重要原因是天气,特别是不稳定气流,例如风切变。风切变是指大气中不同两点间风速或风向的急剧变化,这是飞机的天敌,尤其是飞机降落时的低空风切变被航空界公认为起飞和着陆阶段的“无形杀手”。
在风切变过程中,威力最大的是微暴,这是一种局部性的冷空气下沉,下沉气流到达地面后,会产生一股与龙卷风破坏力相当的直线风,向四面八方扩散。
飞机接触到微暴后,会受到很强的冲击,会突然受到下压的力量,这个时候飞机需要在几秒钟内重新获得高度,但往往会突遭顺风的影响,被狠拍向地面。
航空专家认为,针对风切变,有两种解决方案。第一是避让,即避开微暴。第二种就是放弃降落,立刻绕开,但只有飞行员知道微暴的存在才能避开。
上世纪80年代末,地面雷达很发达,能可靠识别微暴,塔台发现微暴后,可通知飞行员,但很难及时。其实只要提前10秒报警,就可以避开哪怕是最强烈的风切变。
美国航空局用一架特别改装的737飞机,测试装在机头部分的多普勒雷达改良系统。顾名思义,该雷达原理正是来自多普勒效应,即急驶过来的货车鸣笛声变得尖细(即频率变高,波长变短),而远去的火车鸣笛声变得低沉(即频率变低,波长变长),气象雷达由此判断飞机前方是否存在风切变。
机组得到风切变警告后需立即采取措施,比如停止降落,然后复飞,并机动飞行,以便躲开风切变。新预警系统1994年投入使用,现在机载气象雷达大多都加装了前视预测风切变功能。
波音727真实坠机实验:经济舱比头等舱更安全?
去年,美国《探索》频道用波音727飞机进行了一次真实的坠机实验,实验地点是新墨西哥州沙漠中,整个过程被制作成了纪录片,此前人类仅做过一次类似的坠机实验。
实验结果发现,飞机前半身撞为碎片,后半身却几乎完好,这更引发了“经济舱比头等舱更安全”的说法。在科学界,该实验也引发了不少讨论,人们重新开始思考飞机坠机实验的重要性。
2012年4月,在新墨西哥州的沙漠,一架波音727客机载着假人乘客、三名真人飞行员和工程师以及摄像头、感应器起飞。
其中,三个假人乘客放在不同的位置:一个扣好安全带做蜷缩状,一个正坐在位子上扣上了安全带,另一个既没有做保护动作也没有扣上安全带。 飞行员将飞机上升到1800米高度,提速到300公里/小时,继续开了近100公里后,所有真人跳伞,把飞机留给地面远程控制。
地面上,前海军试飞员奇普·桑内勒远程操纵飞机掉头,陆续关闭引擎,直到飞机撞击到地面。
飞机在撞击瞬间,速度接近140公里/小时,与常规着陆速度接近,但下降速度却达到457米/分钟。通常飞机下降时速度在每分钟3-6米左右。
撞击一刹那,从飞机内置摄像头可看到,机舱内行李乱飞,应急灯和氧气系统失控。第7A号坐椅被摔到距飞机近2个足球场的距离外。科学家发现,第7排之前的乘客不可能在此次坠机中幸存。因此有结论称经济舱比头等舱更安全。
■链接
民航客机为何没有降落伞
每次空难事故之后,总会有人掀起争论:民航飞机上为什么不给乘客准备降落伞。说起这个问题,好多读者都不理解,有人甚至认为,这是因为航空公司偷工减料。无论转嫁给出怎样的解释,总会有人提出各种诘问。实际上,在民航业内,这早已是一个盖棺定论的问题,并不存在什么争议。
飞机不是调酒师手中的摇壶
飞机在飞行中发生事故,我们分成两种情况来看。先假设这架可怜的飞机失控了——其实这是非常稀罕的事儿——对于现代民用客机来说,完全失控的发生率极低。完全失控意味着,要么飞机进入了无法改变的危险状态(如尾旋或风切变),要么就是爆炸了,总之机身没有办法稳定。在这种情况下,飞机就像调酒师手中的摇壶,乘客完全无法站立,更不用说跳伞。不过别担心,这种情况是极少见的,否则的话,客机一定会设计弹射座椅。在没有弹射座椅之前,降落伞在这种情况下完全派不上用场。
在绝大多数航空事故中,飞机都是仍然可控的,在可控的情况下迫降,成功率非常高。通俗地说,飞机无论出了什么事,最后都会落地,飞机员需要做的只是让它落得轻一些,这并没有想象的那么难。举例来说,加拿大航空公司的一架波音767,在40000英尺的高空燃油耗尽,依靠无动力滑翔最终成功迫降,无一人受伤。美国阿罗哈航空公司一架波音737,机舱突然完全破损,前半段机身仅剩下地板,仍能进行迫降,仅失去了一名没系安全带的空姐。
跳伞不是理智乘客的选择
而跳伞可就不同了。在一个摄氏零下40度,严重缺氧的高度,一个既不是超人也不是007的普通人,抱着“有总比没有强的心态”,打开舱门造成客舱失压,然后抱着降落伞从接近0.8倍音速的飞机上跳下来,他可能既不会拉伞,也不会着地动作,也不知道落在什么地方……可以想见,这个生存几率有多大。假设现在我们处在一架发生事故、正在迫降的飞机上,给你一副降落伞,你想跳吗?
如果你不想,这就是本文给出的答案,一个理智的人,在危机情况下会选择两害相权取其轻,而不是跳下去总比听天由命强。因为此时的你并不是听天由命,站在你身后的,是100年来无数的顶尖科学家和工程师,还有经过大量应急训练的飞行员团队。也许有的人说,我就不相信科学,就不相信技术,就不相信飞行员,我就相信我自己—这实际上是一种癖。放弃安全来满足乘客的癖,不属于航空公司该做的事。
还有的人会举出这样的例子,有的飞机在发生事故后,在低空盘旋了很久才坠毁,这个时间完全可以跳伞。但问题的关键在于,那些飞机盘旋并不是为了等死,而是在寻找迫降的机会,成功迫降的机会是非常大的。迫降失败都是在几秒钟的时间内发生的,在这之前,没有人能够预料。
近地警告系统保驾起降
此次韩亚空难发生在降落之时,应验了飞机失事的一个重要规律,黑色10分钟。所谓黑色10分钟是指起飞和着陆所占用的时间,10分钟时间虽短,但事故几率却高达68%,科学家用了很多技术来弥补这两个阶段的安全性能,特别是监控下降速度和高度的设备。
得益于全球卫星定位系统、高速及大存储容量的计算机技术,以及精确而复杂的世界地形数据库,自1998年以来,一些飞机制造商开始在飞机中安装增强型近地警告系统。
安装这种系统的飞机在一定高度飞行时,如果相对地面有较大的下降幅度,系统就会发出“下降率”以及“拉起”的警告声音。
除警告较大下降幅度外,该系统还能预警起飞后掉高度过量、地面间隔不足够、风切变等。这一系统主要针对可控飞行撞地事故。
可控飞行撞地的原因主要由于飞机自身系统设计的警告时间不够,在飞机接近危险地形时,没有足够反应时间避让,一般都发生在机场附近,即在飞机着陆的最后阶段。
为了减少可控飞行撞地,美国联邦航空局1974年要求所有在美国空域飞行的飞机,必须安装近地警告系统。由美国生产的增强型近地警告系统于1996年开始在飞机上使用。
传统的近地警告系统往往在已经紧急的时刻才警告,致使留下的处理时间不够充分。而增强型近地警告系统通过引入地形数据库和地形显示预警功能,可提前60秒进行预警。
从1998年下半年开始,我国各航空公司在新引进的波音及空客飞机上,也陆续安装增强型近地警告系统。
虽然这种起降监控系统有效提升飞机安全系数,但是《华尔街日报》也提醒,飞机因为科技变得越来越安全,但事故率却没有降下来,这是因为这些提升安全性能的高科技让一些飞行员松懈了,有些人甚至不注重驾驶技术,因为他们认为电脑可以控制飞机。资深机长凯文·海耶特认为,是时候关注飞行员驾驶技巧了,这是安全飞行的重中之重。
油箱惰化系统防升空爆炸
燃油系统起火造成飞机升空后爆炸是引起飞机失事的主要原因之一,要知道这种悲剧或许只是因为一小段电线出现电火花,引发了油箱着火。
飞机油箱里很可能混入燃油以外物质,例如,空气。空气中含有氧气,如果受热,油箱中所剩的燃油就会汽化,汽化的燃油和氧气混合,就极易引起爆炸。
怎么确保油箱不会爆炸?就要减少氧气含量,这就是惰化,即用安全不可燃气体取代密闭空间的可燃氧气。
飞机燃油箱惰化系统的核心装置是空气分离装置,分为分子筛型和渗透膜型惰性气体产生系统。渗透膜型惰性气体产生系统采用中空纤维膜,利用空气中不同气体在有机高分子膜中的不同渗透速率,实现氧气和氮气分离。当有一定压力的空气通过中空纤维膜时,氮气因渗透速度慢将留在隔膜中,氧气、二氧化碳及水蒸气以快速透过膜壁渗透到纤维外。
氮气分子最后输入到空油箱中,可避免燃烧爆炸事故。2006年,燃油惰化成为硬性规定,所有的新飞机都强制装配这一系统。
气象雷达探测“风杀手”
另一引发空难的重要原因是天气,特别是不稳定气流,例如风切变。风切变是指大气中不同两点间风速或风向的急剧变化,这是飞机的天敌,尤其是飞机降落时的低空风切变被航空界公认为起飞和着陆阶段的“无形杀手”。
在风切变过程中,威力最大的是微暴,这是一种局部性的冷空气下沉,下沉气流到达地面后,会产生一股与龙卷风破坏力相当的直线风,向四面八方扩散。
飞机接触到微暴后,会受到很强的冲击,会突然受到下压的力量,这个时候飞机需要在几秒钟内重新获得高度,但往往会突遭顺风的影响,被狠拍向地面。
航空专家认为,针对风切变,有两种解决方案。第一是避让,即避开微暴。第二种就是放弃降落,立刻绕开,但只有飞行员知道微暴的存在才能避开。
上世纪80年代末,地面雷达很发达,能可靠识别微暴,塔台发现微暴后,可通知飞行员,但很难及时。其实只要提前10秒报警,就可以避开哪怕是最强烈的风切变。
美国航空局用一架特别改装的737飞机,测试装在机头部分的多普勒雷达改良系统。顾名思义,该雷达原理正是来自多普勒效应,即急驶过来的货车鸣笛声变得尖细(即频率变高,波长变短),而远去的火车鸣笛声变得低沉(即频率变低,波长变长),气象雷达由此判断飞机前方是否存在风切变。
机组得到风切变警告后需立即采取措施,比如停止降落,然后复飞,并机动飞行,以便躲开风切变。新预警系统1994年投入使用,现在机载气象雷达大多都加装了前视预测风切变功能。
波音727真实坠机实验:经济舱比头等舱更安全?
去年,美国《探索》频道用波音727飞机进行了一次真实的坠机实验,实验地点是新墨西哥州沙漠中,整个过程被制作成了纪录片,此前人类仅做过一次类似的坠机实验。
实验结果发现,飞机前半身撞为碎片,后半身却几乎完好,这更引发了“经济舱比头等舱更安全”的说法。在科学界,该实验也引发了不少讨论,人们重新开始思考飞机坠机实验的重要性。
2012年4月,在新墨西哥州的沙漠,一架波音727客机载着假人乘客、三名真人飞行员和工程师以及摄像头、感应器起飞。
其中,三个假人乘客放在不同的位置:一个扣好安全带做蜷缩状,一个正坐在位子上扣上了安全带,另一个既没有做保护动作也没有扣上安全带。 飞行员将飞机上升到1800米高度,提速到300公里/小时,继续开了近100公里后,所有真人跳伞,把飞机留给地面远程控制。
地面上,前海军试飞员奇普·桑内勒远程操纵飞机掉头,陆续关闭引擎,直到飞机撞击到地面。
飞机在撞击瞬间,速度接近140公里/小时,与常规着陆速度接近,但下降速度却达到457米/分钟。通常飞机下降时速度在每分钟3-6米左右。
撞击一刹那,从飞机内置摄像头可看到,机舱内行李乱飞,应急灯和氧气系统失控。第7A号坐椅被摔到距飞机近2个足球场的距离外。科学家发现,第7排之前的乘客不可能在此次坠机中幸存。因此有结论称经济舱比头等舱更安全。
■链接
民航客机为何没有降落伞
每次空难事故之后,总会有人掀起争论:民航飞机上为什么不给乘客准备降落伞。说起这个问题,好多读者都不理解,有人甚至认为,这是因为航空公司偷工减料。无论转嫁给出怎样的解释,总会有人提出各种诘问。实际上,在民航业内,这早已是一个盖棺定论的问题,并不存在什么争议。
飞机不是调酒师手中的摇壶
飞机在飞行中发生事故,我们分成两种情况来看。先假设这架可怜的飞机失控了——其实这是非常稀罕的事儿——对于现代民用客机来说,完全失控的发生率极低。完全失控意味着,要么飞机进入了无法改变的危险状态(如尾旋或风切变),要么就是爆炸了,总之机身没有办法稳定。在这种情况下,飞机就像调酒师手中的摇壶,乘客完全无法站立,更不用说跳伞。不过别担心,这种情况是极少见的,否则的话,客机一定会设计弹射座椅。在没有弹射座椅之前,降落伞在这种情况下完全派不上用场。
在绝大多数航空事故中,飞机都是仍然可控的,在可控的情况下迫降,成功率非常高。通俗地说,飞机无论出了什么事,最后都会落地,飞机员需要做的只是让它落得轻一些,这并没有想象的那么难。举例来说,加拿大航空公司的一架波音767,在40000英尺的高空燃油耗尽,依靠无动力滑翔最终成功迫降,无一人受伤。美国阿罗哈航空公司一架波音737,机舱突然完全破损,前半段机身仅剩下地板,仍能进行迫降,仅失去了一名没系安全带的空姐。
跳伞不是理智乘客的选择
而跳伞可就不同了。在一个摄氏零下40度,严重缺氧的高度,一个既不是超人也不是007的普通人,抱着“有总比没有强的心态”,打开舱门造成客舱失压,然后抱着降落伞从接近0.8倍音速的飞机上跳下来,他可能既不会拉伞,也不会着地动作,也不知道落在什么地方……可以想见,这个生存几率有多大。假设现在我们处在一架发生事故、正在迫降的飞机上,给你一副降落伞,你想跳吗?
如果你不想,这就是本文给出的答案,一个理智的人,在危机情况下会选择两害相权取其轻,而不是跳下去总比听天由命强。因为此时的你并不是听天由命,站在你身后的,是100年来无数的顶尖科学家和工程师,还有经过大量应急训练的飞行员团队。也许有的人说,我就不相信科学,就不相信技术,就不相信飞行员,我就相信我自己—这实际上是一种癖。放弃安全来满足乘客的癖,不属于航空公司该做的事。
还有的人会举出这样的例子,有的飞机在发生事故后,在低空盘旋了很久才坠毁,这个时间完全可以跳伞。但问题的关键在于,那些飞机盘旋并不是为了等死,而是在寻找迫降的机会,成功迫降的机会是非常大的。迫降失败都是在几秒钟的时间内发生的,在这之前,没有人能够预料。