波音的“壓力”

早已停產(chǎn)的波音737-300客機本月又險些出事，這次的問題是空調(diào)故障造成客艙失壓。失壓一直是世界空難史上眾多事故的罪魁，困擾波音737-300的，究竟是設(shè)計問題還是金屬疲勞?

7月17日晚，中國南方航空公司的一架波音737-300客機(CZ3496)從昆明飛往鄭州。飛機起飛20多分鐘后因機艙出現(xiàn)失壓情況，機組人員隨即緊急降低飛行高度，同時客艙頂部的氧氣罩也自動落下。幸運的是，飛機最終安全著陸，從而避免了又一場嚴(yán)重的空難事故。對此南航官方的解釋是，空調(diào)組件故障導(dǎo)致失壓。

機艙失壓在軍用和民用飛行中并不罕見，全世界每年大概會出現(xiàn)50起左右的失壓事件。大部分情況下，機組人員都能及時采取應(yīng)對措施，避免乘客遭受傷害。但機艙失壓依然是世界空難史上眾多事故的罪魁，這其中最嚴(yán)重的當(dāng)屬1985年日本航空的波音747班機墜毀事件。飛機尾部的壓力艙壁破裂引發(fā)的爆炸性失壓最終導(dǎo)致了那起死亡人數(shù)高達(dá)520人的嚴(yán)重空難。

人需要空氣才能生存，但飛機卻更適合在空氣稀薄的高空飛行。早期的飛行員和機上乘客必須依靠氧氣面罩來保持意識清醒。1937年，美國陸軍航空隊研制的XC-35首次采用了密封增壓機艙。三年之后，波音307同溫層飛機上的乘客在6000米高空飛行時已無須戴氧氣面罩。今天，全增壓機艙已經(jīng)成為幾乎所有飛行器的通行設(shè)計。

飛機的加壓系統(tǒng)由空氣壓縮泵系統(tǒng)及周圍環(huán)境控制系統(tǒng)(ECS)組成。空氣是由發(fā)動機增壓的。渦扇發(fā)動機利用風(fēng)扇后面的一系列葉片轉(zhuǎn)子對吸入空氣進(jìn)行壓縮。每一次壓縮都會提高氣體的溫度。當(dāng)氣體的溫度和壓強達(dá)到最高點之后，部分氣體開始分流。這種高溫高壓的氣流，又稱引氣，部分被用來對機翼和其它機身表層進(jìn)行除冰，部分進(jìn)入須借助空氣壓力運作的系統(tǒng)，還有部分則被導(dǎo)入機艙。

高溫氣流在進(jìn)入機艙之前首先要經(jīng)過中冷器的冷卻，然后在機腹的儲氣罐中通過空氣循環(huán)制冷進(jìn)一步降溫。這種循環(huán)制冷設(shè)備就像簡化版的空調(diào)，只不過它不需要制冷劑。氣流先會被壓縮升溫，然后經(jīng)另一個中冷器再次散熱。壓縮后的氣流隨后在膨脹式渦輪中通過膨脹作功冷卻。經(jīng)過這一系列加熱制冷處理后得到的干燥冷氣流最后還要在混合室中與熱氣流混合，以達(dá)到機艙所需的適宜空氣溫度。

借助外流閥的打開與閉合，這種混合氣流也能實現(xiàn)機艙的增減壓。即使是在9000米以上的高空，機艙內(nèi)部的空氣壓力也能維持在一個較低海拔的水平。打個比方，這就像接在充氣筒上的氣球，就算破了個漏氣的小洞，源源不斷的充氣也能保證氣球不癟下去。

飛機起飛前，由于機艙無須增壓，外流閥是完全打開的。一旦飛機離開地面開始爬升，外流閥就會關(guān)閉，機艙增壓系統(tǒng)也隨之啟動。通常飛機起飛20分鐘之后就會達(dá)到巡航高度(8400米至12000米)，在此過程中機艙內(nèi)的壓力感應(yīng)裝置會控制外流閥的開合，使機艙內(nèi)的氣壓保持在地面海拔2000米左右的水平。在飛機準(zhǔn)備降落時，這個系統(tǒng)又要進(jìn)行相應(yīng)的減壓操作，外流閥就會被重新打開。

當(dāng)今絕大部分商務(wù)客機都裝備了一整套備用的增壓維護(hù)電子系統(tǒng)，以及一套手動備份控制系統(tǒng)。這種謹(jǐn)慎是不言而喻的。美國聯(lián)邦航空局提供的一份表格顯示了在缺氧情況下機組人員保持飛行操作能力的時間。在6700米高空出現(xiàn)失壓狀況后，機組人員和乘客只能保持5分鐘的清醒意識。而在13000米高空，留給機上人員的時間只有5秒，幾乎來不及把氧氣面罩戴上。《美國聯(lián)邦航空條例》因此規(guī)定，任何飛行高度在4500米以上的飛機必須為每一位乘客提供可持續(xù)10分鐘的氧氣供應(yīng)。這10分鐘的時間足以讓飛機從巡航高度緊急下降到3000米左右。在這個安全高度，大氣中的氧氣含量已經(jīng)能夠維持人的生存。

在3000米以上的高空，如果機艙陷入失壓狀況，機上人員有可能面臨多種身體傷害:導(dǎo)致人喪失行為能力的缺氧(Hypoxia)，引氣疲勞、惡心、頭疼甚至肺水腫等的高原病(Altitude sickness)，引氣中耳及腸胃疼痛甚至肺爆震傷的氣壓傷(Barotrauma)，使溶解于血液中的氮氣等氣體形成氣泡所致的減壓病(Decompression sickness)，以及高空冷凍空氣導(dǎo)致的凍傷(Frosbite)或體溫過低(Hypothermia)等等。更悲劇的是，身處半空中，你已經(jīng)無處躲藏。

南航CZ3496航班的乘客們有理由好好感謝一下他們的機組人員，就像2002年2月24日南航CZ3138航班上的乘客們一樣。那一次，據(jù)稱是因為機艙的一塊玻璃沒有封閉好而造成了機艙失壓。無獨有偶的是，那架出事的客機型號也是波音737。

2005年8月14日塞浦路斯太陽神航空522號班機上的乘客們就沒有這么幸運。他們乘坐的波音737-300客機因機艙增壓系統(tǒng)工作不正常導(dǎo)致全體機組人員和乘客缺氧昏迷，飛機最終在希臘境內(nèi)墜毀，機上121人全部罹難。針對這一事故的部分調(diào)查將主要原因歸結(jié)為波音737的兩個設(shè)計缺陷。

官方的調(diào)查報告認(rèn)為，飛機的增壓系統(tǒng)在起飛后沒有自動啟動，飛行員也沒有意識到機艙在緩慢地失壓。當(dāng)駕駛艙的壓力警報器響起，飛行員又誤認(rèn)為這是假警報，沒有立刻戴上氧氣面罩，最后由于缺氧而喪失知覺。調(diào)查報告認(rèn)為，是波音737的警報器設(shè)計導(dǎo)致了飛行員的錯誤判斷。因為這個用來警示機艙壓力的警報器，同時也負(fù)責(zé)監(jiān)視起飛前機翼的設(shè)定。所以波音737的飛行員通常都會認(rèn)為這是個假警報。

另一個非官方的調(diào)查來自《探索頻道》。他們認(rèn)為是波音737的增壓系統(tǒng)的線路設(shè)計導(dǎo)致了這起空難。《探索頻道》調(diào)查了2003年5月30日從馬賽飛往倫敦的一架波音737-436 G-DOCE飛機，發(fā)現(xiàn)艙壓控制器與外流閥之間的所有線路都被纏在一起，經(jīng)過長期磨損之后，其中一小段線路的絕緣材料開裂，出現(xiàn)被燒焦情況。正是這個故障造成了外流閥開啟，進(jìn)而導(dǎo)致機艙失壓。

多起機艙失壓事故讓波音737成為航空業(yè)界的關(guān)注焦點。據(jù)一家專門調(diào)查機艙失壓問題的機構(gòu)的分析顯示:從1994年1月至2005年10月，在航空安全匯報系統(tǒng)(ASRS)數(shù)據(jù)庫中的158起艙壓問題報告里面，超過一半的報告涉及了波音737-300。美國的《旅行周刊》的分析也揭示，從上世紀(jì)90年代初到2010年1月，在將近2000起機艙失壓大小事件中，波音737系列飛機的事件數(shù)量超過了任何其它飛機。

波音公司一度將737的增壓事件歸咎于飛機機組人員未能正確地設(shè)置增壓控制面板。美國聯(lián)邦航空局的報告認(rèn)為，波音其它型號的飛機沒有737系列面臨的這種問題是因為，它們或者有一個機艙超壓的視覺警報裝置，或者有一位隨機的飛行工程師負(fù)責(zé)機上系統(tǒng)。美國聯(lián)邦航空局因此要求波音公司在737飛機上增加這么一個裝置，但直到現(xiàn)在，波音公司仍然沒有采取任何行動。

波音公司對此的解釋是，這個修補工作比較復(fù)雜，而且還牽涉到737的多種型號。但也許還有另外一個原因:事故率最高的波音737-300機型已經(jīng)于2000年停產(chǎn)，又有相當(dāng)一部分737-300甚至更早期的機型都因為飛行年限將要被淘汰。對于這些飛機來說，一個新的裝置不足以徹底解決問題，因為金屬疲勞導(dǎo)致的機身磨損才是最大的潛在威脅。