危險的燃油

陸譯

1996年7月17日，美國紐約肯尼迪機(jī)場。即將飛往巴黎的環(huán)球航空800號航班，是一架服役25年、安全飛行過1萬6 000多次的波音747飛機(jī)。地勤人員往6個機(jī)翼油箱里總共注入了11萬4 000 L航空燃油，這足以支撐飛機(jī)飛到巴黎。不過，最大的油箱——中翼油箱保持原樣，幾乎是空的。

這架搭載著230名乘客的航班因故晚點(diǎn)了1 h 20 min。在等待的時間里，由于外面的氣溫達(dá)到28℃，而位于柏油停機(jī)坪上的飛機(jī)就更熱了。機(jī)長開動了裝在機(jī)身下面的空調(diào)，為乘客們降溫。20時19分，飛機(jī)終于起飛。20點(diǎn)31分，800號航班已經(jīng)升入4 500 m的高空。

起飛12 min后，800號航班突然爆炸（見圖1），變成了一個大火球，隨后掉進(jìn)了海里。在幾千米的下方，美國空軍國民警衛(wèi)隊一架正在執(zhí)行訓(xùn)練任務(wù)的直升機(jī)目擊了爆炸過程。在空管塔臺，空管員發(fā)現(xiàn)該飛機(jī)突然從雷達(dá)屏幕上消失，立刻通過無線電緊急聯(lián)絡(luò)800號航班，但對方毫無反應(yīng)，塔臺意識到了問題的嚴(yán)重性，緊急尋求搜救。第一批抵達(dá)現(xiàn)場的是美國空軍國民警衛(wèi)隊的救援直升機(jī)，隨后由40艘海岸巡邏船組成的船隊以及警察和民眾都加入了搜救行列。但經(jīng)過3 h的搜尋，救援人員沒有發(fā)現(xiàn)一名幸存者。

尋蹤覓影

找出飛機(jī)爆炸真相的重任落在了美國國家運(yùn)輸安全委員會的頭上。他們的第一要務(wù)是找到飛機(jī)的飛行數(shù)據(jù)記錄器，也就是“黑匣子”。災(zāi)難發(fā)生的第二天，美國海軍的潛水員就開始搜索長島附近的深水區(qū)。經(jīng)過7天的搜索，他們終于發(fā)現(xiàn)了艙內(nèi)錄音器和飛行數(shù)據(jù)記錄器。調(diào)查人員火速把“黑匣子”送到美國國家運(yùn)輸安全委員會總部。他們仔細(xì)分析了飛行員的所有對話以及“黑匣子”記錄的數(shù)據(jù)，卻沒有找到任何線索。

調(diào)查人員只能在飛機(jī)的殘骸上尋找線索了（見圖2）。打撈船搜尋了數(shù)個星期，把收集到的800號航班的殘骸送到美國國家運(yùn)輸安全委員會進(jìn)行分析。與此同時，美國聯(lián)邦調(diào)查局的刑偵專家對9 000多個飛機(jī)殘片樣本進(jìn)行了化學(xué)分析。他們發(fā)現(xiàn)了三次甲基三硝基胺和四甲基丙烯酸季戊四醇的痕跡，這是塑膠炸藥的兩種化學(xué)成分。于是他們就當(dāng)時獲得的證據(jù)得出了結(jié)論——此次事件源于炸藥爆炸。但冶金學(xué)家用電子掃描顯微鏡檢查了飛機(jī)殘骸，用以尋找高爆炸藥爆炸后，殘留在金屬表面的蝕損斑，但卻沒有發(fā)現(xiàn)任何炸藥爆炸的痕跡。

美國聯(lián)邦調(diào)查局查看了失事飛機(jī)的歷史記錄，以便給出合理的解釋。他們查明，環(huán)球航空公司曾多次將閑置的飛機(jī)租給第三方。就在墜機(jī)前一個月，洛杉磯警方曾租用飛機(jī)訓(xùn)練嗅探犬。訓(xùn)犬教官告訴調(diào)查人員，他們使用過三次甲基三硝基胺和四甲基丙烯酸季戊四醇，這與在800號航班的殘骸上發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)相同。他們還發(fā)現(xiàn)，其中一個訓(xùn)練包裹開裂了，少量的炸藥原料可能因此漏了出來。炸藥痕跡確實(shí)存在，但這并不是導(dǎo)致飛機(jī)失事的原因。事故調(diào)查走入了死角。

隨后，美國國家運(yùn)輸安全委員會將調(diào)查重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了機(jī)械故障。調(diào)查小組花費(fèi)了3個月的時間，把近100萬個碎片重新組合成一架波音747飛機(jī)（見圖3）。為了找到飛機(jī)斷裂的部位，調(diào)查人員首先需要計算出破損的順序。他們發(fā)現(xiàn)，所有這些裂痕都是從一個地方開始的，就是機(jī)身離飛機(jī)底部很近的前翼梁的前面。通過破損的順序，調(diào)查人員知道了飛機(jī)是如何斷裂的：機(jī)身下面出現(xiàn)過一些放射狀裂痕，一部分機(jī)腹因此被撕裂。隨著機(jī)身底部消失，噴氣式飛機(jī)的兩側(cè)迅速開裂。當(dāng)兩部分裂痕相交時，飛機(jī)前端與其余的機(jī)身就脫離了（見圖4）。

調(diào)查人員還需要找到最初的裂痕形成的原因。他們查看了裂痕開始的部位，發(fā)現(xiàn)那里裝著波音747飛機(jī)最大的油箱——中翼油箱。整個油箱被鋁制的主翼梁分隔成小間。在油箱里面，他們發(fā)現(xiàn)了油箱前方的前翼梁上有一連串凹痕（見圖5）。調(diào)查人員相信，這些凹痕是由主翼梁猛烈撞擊所致。最可能導(dǎo)致這種情況的原因是油箱內(nèi)部發(fā)生了爆炸。調(diào)查人員由此確信，中翼油箱內(nèi)的爆炸是導(dǎo)致飛機(jī)失事的決定性原因。而引發(fā)爆炸的罪魁禍?zhǔn)祝瑧?yīng)該是航空燃油。

致命的航空燃油

調(diào)查人員查看了肯尼迪機(jī)場的加油記錄，發(fā)現(xiàn)地勤人員沒有給800號航班的中翼油箱補(bǔ)充燃料，因此里面只有190 L航空燃油，剛夠蓋住油箱的底部。如此少量的燃油能造成如此巨大的破壞嗎？

航空燃油有一個特性，在液體狀態(tài)時，航空燃油的燃點(diǎn)非常高。但是，當(dāng)它被封閉在油箱內(nèi)時，一旦遇熱，它就會汽化，變得極易燃燒。調(diào)查人員發(fā)現(xiàn)，在中翼油箱的右下方，安裝著飛機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)，它們?yōu)闄C(jī)艙輸送著涼風(fēng)，但是卻加熱了飛機(jī)的燃油。空調(diào)噴出的熱氣溫度非常高，那些熱氣距離中翼油箱的底部只有10多cm（見圖6）。調(diào)查人員計算出，中翼油箱內(nèi)的燃油蒸氣的燃點(diǎn)低得驚人，僅有35.8℃。他們開始查證800號航班中翼油箱內(nèi)的燃油是否被加熱到了燃點(diǎn)。

為了找到答案，美國國家運(yùn)輸安全委員會和美國聯(lián)邦航空局的科學(xué)家們進(jìn)行了一項大膽的實(shí)驗(yàn)——他們給一架波音747飛機(jī)的中翼油箱加了189 L航空燃油，并在油箱內(nèi)裝了90個溫度傳感器。這架波音747飛機(jī)在停機(jī)坪上等待了2 h 45 min，一直開著空調(diào)。然后，波音747飛機(jī)起飛，上升角度和800號航班的相同。這是一場精確控制下的冒險，然而，成千上萬架波音飛機(jī)可能每天都面臨著同樣的危險。12 min后，飛機(jī)爬升至4 500 m，也就是環(huán)球航空800號航班爆炸時的高度。調(diào)查人員注視著溫度傳感器的讀數(shù)——中翼油箱內(nèi)的溫度竟高達(dá)50℃，比航空燃油蒸氣的燃點(diǎn)高出了15℃。飛行試驗(yàn)表明，中翼油箱內(nèi)的溫度到達(dá)過燃油蒸氣的燃點(diǎn)。

為了證明這能否引起爆炸，從而撕裂強(qiáng)化的鋁制中翼油箱，調(diào)查人員建造了一個1/4比例的模型。他們在里面充滿了航空燃油蒸氣，然后將其點(diǎn)燃。這一次試驗(yàn)證明，爆炸產(chǎn)生的沖擊力足以撕裂油箱。

星星之火

但是，調(diào)查人員還不知道是什么點(diǎn)火源點(diǎn)燃了燃油蒸氣。在之前的33年中，共有7個油箱在飛行中發(fā)生爆炸，都是由雷擊、人為破壞以及引擎停車等極端事件引起的。調(diào)查人員調(diào)查了這些可能性以及另外一些潛在的點(diǎn)火源，他們推測——點(diǎn)火源很可能是燃油測量系統(tǒng)里面的電線。

這股電線從駕駛艙一直延伸到中翼油箱里的探油器。電線經(jīng)過油箱的頂部，一直通到一個接線板。接線板的邊緣異常鋒利，完全可以切斷電線外面的絕緣層。調(diào)查人員懷疑，油箱里可能有電線裸露出來，從而產(chǎn)生了危險的火花。但是按照設(shè)計，油箱中的電線所帶的電壓很低，不足以形成火花。調(diào)查人員隨后查尋了探油電線的走向，發(fā)現(xiàn)在油箱外面，探油電線與支持照明和其他系統(tǒng)的高壓線相連，這些高壓線成捆地穿過已經(jīng)服役25年的飛機(jī)的腹部。他們進(jìn)一步查看了失事飛機(jī)上殘留的電線以及另一架服役年限相當(dāng)?shù)膰姎馐斤w機(jī)的電線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一束束的電線上有殘存的油滴和鋒利的金屬屑。他們還發(fā)現(xiàn)有些電線磨損了，有些用膠布簡單修補(bǔ)過，有些甚至絕緣層都開裂了（見圖7）。調(diào)查人員由此推斷，高壓電也許會躥到油箱電線上，然后，傳輸?shù)接拖鋬?nèi)，引起短路，隨之產(chǎn)生的火花點(diǎn)燃了燃油蒸氣。

當(dāng)調(diào)查人員再次播放錄音帶時，他們有了新的發(fā)現(xiàn)——在錄音結(jié)束前，出現(xiàn)過兩處短暫的停頓（見圖8）。每次停頓只有2 μs長。但是它們卻說明：記錄器的供電曾經(jīng)短暫中斷。錄音中斷有力地證明了調(diào)查人員的觀點(diǎn)——環(huán)球航空800號航班曾經(jīng)發(fā)生電線短路。美國國家運(yùn)輸安全委員會由此相信，正是電線短路形成的火花使得油箱發(fā)生爆炸，從而摧毀了800號航班。而且目前全球約有1 200架波音747飛機(jī)在服役，它們中的任何一架都可能有著同樣的致命缺陷。

整個事件終于水落石出。災(zāi)難發(fā)生前12 min 30 s，800號航班起飛。在延誤期間，空調(diào)一直在工作，為乘客們降溫；但空調(diào)同時也把中翼油箱內(nèi)的航空燃油加熱到了燃點(diǎn)。此時，油箱內(nèi)裝的是將近50 m3的高爆燃油蒸氣與空氣的混合物。這架波音747飛機(jī)變成了一顆飛行著的“炸彈”。災(zāi)難發(fā)生前40 s，飛機(jī)升到4 500 m。由于部分電線破損，高壓電流躥到了中翼油箱外的電線上，然后進(jìn)入了油箱。當(dāng)電流傳輸?shù)铰懵兜碾娋€部分時，它接通了另一個金屬表面，從而造成了短路（見圖9）。電線短路形成的火花引燃了燃油蒸氣和空氣的混合物。爆炸摧毀了其中一塊內(nèi)部面板，面板撞到油箱的外殼，將它撞進(jìn)了機(jī)身。

當(dāng)時，飛機(jī)正以650 km/h的速度航行，承受著巨大的壓力，因此機(jī)身上的第一處裂縫迅速蔓延。然后，幾道裂痕在機(jī)身上疾速擴(kuò)散，4 s后它們相遇，將波音747飛機(jī)撕成兩段。機(jī)身前端像子彈一般墜落。在慣性的作用下，其余的機(jī)身載著大多數(shù)乘客繼續(xù)向上爬升。在4 600 m的高空，飛機(jī)的主體停止上升，開始下墜——竟然是星星之火摧毀了這架巨型噴氣式客機(jī)，致使230人死亡。

這起災(zāi)難為整個航空業(yè)敲響了警鐘。在這之后，美國聯(lián)邦航空局發(fā)布了70多項適航性指令，以消滅一切潛在的點(diǎn)火源，并改進(jìn)了通往油箱的配線的絕緣層。這些指令對美國航運(yùn)界的7 500架飛機(jī)都具有約束力。

波音公司不但執(zhí)行了美國聯(lián)邦航空局的指令，還引進(jìn)了一項油箱惰化系統(tǒng)，這一系統(tǒng)可以給油箱上層充滿氮?dú)猓乐购娇杖加椭稹５谝患苎b有惰化系統(tǒng)的巨型民航客機(jī)于2005年夏天出廠。從2007年起，所有波音7系列的新飛機(jī)，都采用了這項新的技術(shù)。