回收飞机残骸有什么用?

2014年12月28日5时35分,亚航QZ8501客机由印度尼西亚泗水起飞,驶往新加坡。6时12分,航班向管控中心发出要求,向左偏航并调整航行高度至38000英尺(约11千米);5分钟后,该机从雷达系统中消失。7时28分,中心确认该机已经失去联系。

此事件成为继马航MH370班机失联、MH17在乌克兰坠毁之后,2014年的第三起与马来西亚的航空公司相关的重大空难。在向死难者及家属表示沉痛哀悼的同时,我们也有必要来思考一下航空安全事故的善后处理工作,都有哪些技术上的细节。

飞机在坠毁过程中,可能会经历空中解体、剧烈的地面冲击,甚至爆炸和火灾。这导致了飞机残骸往往都受到极端严重的破坏,保留下来的信息很少,为了深入的分析事故原因、积累经验教训,需要特殊的设备来为我们提供可靠的数据,这种特殊的设备就是大家耳熟能详的“黑匣子”。

飞行记录仪

1.“黑匣子”究竟是什么?

黑匣子,学名“飞行记录仪”(Flight Recorder),诞生于20世纪50年代,最早确实就是一个黑色的方盒子。后来为了方便搜索(特别是在海上),改用更加醒目的橙色涂装 ,“黑匣子”的俗称也沿用了下来。现代的“黑匣子”由两个部分组成,一是飞行数据记录系统(Flight Data Recorder Sysem),二是驾驶舱音频记录系统(CockpitVoice Recorder)。

我们平时讲的“黑匣子”主要侧重于第二个意思,在社交网络上也多次见到有网友分享“华航空难黑匣子录音”,记录了失事前机舱内的声音情况,为分析事故原因提供了重要信息。而实际上,记录飞行数据,如飞行时间、高度、速度、加速度、发动机工况、气动舵面角度等,才是飞行记录仪的最主要功能,这些飞行参数为技术人员提供了最直接的工程参考。比如震惊世界的法航447号班机空难,通过黑匣子保存的飞行数据,事故原因和经过得以揭示:在航班飞临大西洋上空时,皮托管(空速管)结冰失效,飞行员对飞机速度估计错误,并在接下来发生了操作失误——过度爬升导致速度过低、升力不足——飞机在乱流中失速坠毁。黑匣子记录的最后一句语音是机长所说的“仰角10度”。这些详细的数据只能通过专门的仪器来记录,很难通过事故现场或残骸推断。

2.黑匣子在哪里?

与想象中不同,虽然黑匣子记录的是飞机头部驾驶舱的声音,飞机的主要航电、控制系统也都集中在头部,但黑匣子是安装在飞机尾部的。这是为了尽最大可能保护飞行记录仪。

3.“黑匣子”能提供多少信息?

黑匣子可以记录连续25个小时的飞行参数,可以覆盖绝大部分航班的全程。而驾驶舱录音的容量则较为有限,每两个小时会擦除重写一次。也就是说,当黑匣子被找到的时候,我们只能获取空难前最后两个小时的声音记录。

这样的限制应该是出于设计上的权衡,毕竟飞行参数记录提供的是更加直接、充分、集约的数据,而声音数据所需要的存储空间更大。

4.怎样找到“黑匣子”?

当飞机在海中坠毁时,盐水将会触发水下信标(under water beacon)——就是飞行记录仪尾部的圆筒。该设备会发出37.5kHz的声波信号,只能通过声呐设备探测。水下信标的电池可支撑设备工作30天,也就是说,一旦事故发生超过30天,想再找到黑匣子就极其困难了。

在前文提到的法航事故中,尽管有法、巴、美等多国海军及海洋研究机构合作进行,但黑匣子的搜索工作仍然持续了整整两年——直至2011年5月。

目前,“黑匣子”还不具备无线电收发能力,这使得搜索工作充满了挑战。在日前的亚航事故中,印尼方面最终是通过机上一名乘客的手机信号定位了飞机残骸。

5.“黑匣子”有多结实?

为了使飞行数据在极端环境下保存下来,黑匣子具有超强的防御力,它可以耐6千米深的水压,在1100摄氏度的高温中坚持30分钟,能够在6.5毫秒内承受3400倍重力加速度的冲击。

1983年,前苏联空军出动战斗机发射穿甲弹,将偏离航线误入苏联境内的大韩航空007号航班击落,客机随后坠海爆炸。在这种情况下,飞机上搭载的飞行记录仪仍然完好地被保存了下来,并被苏联方面获得,直到苏联解体之后,数据始被公诸于世。

飞机残骸分析

黑匣子虽然能够给出最详实的飞行数据,但其搜索打捞工作难度极大,并且数据的保存、复原、解析等一系列工序极其繁复,往往耗时数年。在一些空难中,飞机的机体残骸也十分重要,因其体积大、目标明显而易于搜索,并且可能提供更加直接的分析凭据。

下图是14年7月马航MH17航班空难现场的机体残骸照片。此照片一经发回,即有专家推断出:该机为导弹击中。

由图可见,这块舷窗周围残骸上布满了密集的小孔,且多出油漆呈现起泡状,可知飞机遭到了高速细小弹片的打击。这些碎片也有可能是发动机爆炸产生的,但照片中的伤痕尺寸较为均一,故最终排除了引擎爆炸的可能性。

该导弹并非直接命中机体,否则残骸的断面会表现出整体贯通或内部爆炸的形式。通过残骸表面的弹痕推断,导弹是在飞机附近爆炸,高爆弹头内的预制破片爆出,达到大面积杀伤效果。最终根据导弹的特性与事发地武装的情报,断定是9K37“山毛榉”导弹所为。

以上结论在获得机体残骸照片的当时就可以得出,为之后的调查指明了大方向,这是非常快捷高效的。而对黑匣子数据的解析则需要极其漫长的时间,如法航事故的最终调查结果于12年7月发布,此时已经距离成功打捞黑匣子过去了一年有余。

常规情况下,在排除恐怖袭击的可能性后,重大飞行事故的调查处理方由三部分人员构成:飞机运营商(航空公司)、飞机制造商和事发当地民航局安全部门,其中事发当地以飞机残骸所在地为准。在去年的马航失联事件中,虽然航班上有超过一半乘客是中国籍,但飞机从未进入中国境内,不是在中国境内失事,因此我国不能作为以上三方之一参与调查处理,而只能观察员身份作协助。

回收机体残骸的主要目的就是交由飞机制造商进行鉴定处理,以凭借残骸推断失事前飞机的状态,如:整机坠毁还是空中解体、部件故障还是外力破坏、是否发生爆炸等等。这些深入的分析不能仅凭照片进行,必须回收残骸原件,进行金相分析和力学分析。

如2002年的中华航空611号班机空难(又称“澎湖空难”),事发的播音747客机在爬升阶段空中解体,在对飞机残骸的分析过程中发现,机尾蒙皮有过修补痕迹。之后经过金相分析,得出这块蒙皮有金属疲劳现象。由此进一步调查后终于还原了空难的原因:1980年该机曾遭受机尾触地损伤,而维修却没有严格按照制造商的标准进行蒙皮的整体更换,结果在事发时结构损伤出产生2米多长的裂痕,进而导致飞机结构崩坏、空中解体。

遗物

从感情因素和人道主义出发,我们都希望尽可能多地找到遇难者的遗体遗物。此外,遗物还对分析事故成因具有极高的参考价值。

1985年的日航123航班空难中,因维修不当导致飞机尾翼脱落,在飞机出现故障后,有乘客拍摄了客舱内的照片(下图),另有部分乘客写下了遗书,这些都为全方位分析空难的原因留下宝贵的资料。

结语

虽然相比较其他交通工具,空难的绝对数量在历史上并不多,但伤亡却十分惨重。希望航空业在安全、质量方面能够积累经验、发展技术、不断保持进步,极力避免惨剧的发生,也愿逝者安息。