穿越冰點

陸譯

1994年10月31日，美國一架通勤飛機美鷹航空4184航班在靠近目的地芝加哥時，因天氣原因延誤著陸，在空中等待降落。然而，令人意想不到的事情發生了，飛機突然在幾秒之內從空中墜落了……

1994年10月31日，美國美鷹航空4184航班，離開印第安納州州府印第安納波利斯，前往芝加哥市。當4184航班在靠近芝加哥奧黑爾機場時，因天氣原因，在空中盤旋等待進場著陸。突然飛機毫無預警地急速右轉。接著，操縱裝置失去了控制，幾秒之內，4184航班即墜入了印第安納州羅斯藍郊外。機上乘客和機組人員共計68名，全部遇難。

此次“羅斯藍空難”是航空史上影響最深遠的事件之一。

機翼結冰

4184航班失事第二天，調查組前往墜機現場開展調查。

兩個飛行記錄器完好無損地在尾翼被發現。它們被送到美國運輸安全委員會接受檢查。與此同時，調查人員也從飛機殘骸中尋找線索。

通常發生空難，會先找飛機的4個角——機頭、尾翼和2個機翼的尖端。因為知道了飛機的4個角散落位置，大致就能知道飛行員當時控制飛機的狀態。4184航班的4個角相隔甚遠。機頭和駕駛艙完全被毀。調查人員由此得知，飛機是機頭先觸地，墜落時角度不大、速度極快。

飛機并未以陡峭的角度撞地，表明飛行員在墜落前數秒對飛機仍有幾分控制，他們只是沒有空間拉起機身。

調查人員找到飛機上的部分儀器，包括姿態指示器，也被稱為陀螺地平儀。它是顯示飛機是否呈水平飛行的關鍵儀器。如果它失靈，可能會誤導機組，致使他們犯錯。

撞擊時的沖力在碎裂的姿態指示器上留下了細小的刮痕。調查人員發現姿態指示器并未發生故障。它的最終讀數顯示，飛機在墜毀前已經開始拉平。這個結論與飛機的實際墜落姿態十分吻合。這表明，起碼飛行員借助的飛行儀器是沒有問題的，它們都正確無誤，飛行員在駕駛飛機的時候有重要的依據。這一發現意味著飛行員知道飛機當時正沖向地面。

調查人員需要進一步了解飛機失事前的狀態。

空中交通管制中心數據顯示，4184航班失事前為了等待著陸，曾在空中盤旋了39 min。查閱空中交通管制中心的記錄后，發現當天的流量——也就是進入奧黑爾機場的飛機數量，因為天氣的原因減少了。

調查組發現空中交通管制中心的人員中，有一個剛來的空管員還處在實習期。難道是這位經驗不足的空管員讓4184航班置身險境嗎？

然而，4184航班并不是當天唯一在奧黑爾機場上空盤旋的飛機。當時有多架飛機在芝加哥附近等候。面對相同的天氣條件，它們全都安全著陸。

在詢問其中幾架飛機的飛行員后，調查人員得到了一條重要線索。他們都提到了相同的東西——冰。在飛行當中，冰會改變機翼的形態，它會制造阻力、降低升力，導致性能與操作方面的問題。

調查人員查看了失事當天的天氣記錄，發現在芝加哥上空，出現了結冰報告。

但是報告指出結冰的程度為“輕度至中度”。難道是并不嚴重的冰凍導致這架飛機墜毀的嗎？

調查組了解到，不同的飛機對結冰的反應不同。大型飛機的反應與小型飛機的不同，大型客機通常在危險云層之上飛行，但是ATR-72無法做到這一點。調查人員發現，4184航班停留在等待航線上時，須重復穿越云層，每次它都將暴露在結冰環境中。

飛機的駕駛艙語音記錄器顯示，在墜機前9 min，機組成員發現飛機開始結冰。接下來，他們采取了何種應對措施？

在墜毀前將近17 min，主警報不知為何響了起來。可能是飛機的某個系統出現了問題，也可能是電子結冰偵測器偵測到了結冰情況。飛行數據記錄器告訴調查人員，在警報響起之后，飛行員將飛機的除冰系統開到了最大。

調查人員分析了ATR-72飛機的性能，飛機上的整個結冰保護系統，是由多個除冰器組成的，除冰器可以加熱機身表面，阻止冰形成。飛機上的擋風玻璃和螺旋推進器也是熱的，在機翼的最前端，也有除冰系統。

飛行數據記錄器顯示，在啟動除冰系統后，飛行員還略微加大了油門，提升飛機的速度。這一舉動也提高了空氣流過機翼的速度，減少了進一步結冰的可能。

事實表明，飛行員當時竭盡所能減少飛機結冰。但是，除冰系統是否運轉正常？

墜機時的沖力在碎片上留下了明顯的痕跡。它們顯示了撞擊那一刻控制除冰膜閥門的位置。飛機的除冰系統沒有任何異常。

機組成員知道機翼結冰了，而且除冰系統也運轉正常，那么飛機為何會墜毀？

遭遇“過冷大水滴”

美鷹航空的4184航班為ATR-72型，是法國當時制造的新型飛機。它既實惠又舒適，是乘客進行短程飛行的第一選擇。

然而，在羅斯藍空難發生3周后，美鷹航空的另一名飛行員發布了一個警告：美鷹航空公司乘客敬請注意！美鷹ATR-72飛機在結冰環境中十分危險。

飛行員公開的抗議讓調查人員懷疑，結冰對ATR-72是否有致命的威脅。

調查人員造訪了ATR飛機的法國制造商，以進一步了解這架飛機的歷史。他們很快發現，飛機的歷史可謂污點重重。

1988年12月，地點在威斯康星州莫西尼。美鷹航空的一架ATR-42型飛機在結冰狀態中準備降落在中央威斯康星機場。飛機進場的時候，遭遇了嚴重的冰凍環境，根據紀錄好像是有冰雨。在開始進場時，飛行員聽到尾翼傳來一陣奇怪的聲響“叭叭叭……”，聲音越來越大。然后飛機的操縱桿似乎完全不起作用，飛機失速了。機翼提供的升力不足以讓它停留在空中，當時飛機離地不足370 m。同樣的是，沒有警報，飛機毫無預警失速。

1987年10月，意大利某航空公司的ATR-42型飛過阿爾卑斯山，前往德國。飛機失去控制，墜毀在山區。機上37人全部遇難。冰是主要因素，但當時，最終報告卻將原因歸咎為飛行員操作不當。

然而，調查組驚奇地發現，ATR型飛機設計人員都清楚一點：如果冰累積在機翼區除冰膜后方，飛機除冰系統和機組是無法清除的。

但是，除冰膜后方怎么會積如此多的冰呢？

調查組研究人員根據當時的天氣情況認為，失事飛機上累積的冰是來自于“過冷大水滴”。所謂 “大”，是指跟人的頭發一般粗。過冷大水滴大約比雨滴小100倍。它們的溫度接近冰點，即通常所說的“凍雨”。但是，過冷大水滴只有遇到固體才會凍結，比如飛機機翼。當天的天氣狀況在許多方面正好適合過冷大水滴的形成。

也就是說，在等待航線盤旋時，4184航班幾度穿越危險云層，里面潛伏著微小卻又致命的殺手。

調查人員還發現，過冷大水滴在機翼上的結冰方式非常獨特。普通的冰累積在機翼前端，除冰膜可以輕易將它們去除。但是過冷大水滴不同，它遇到機翼后，會在凍結前滑到后方。它們在除冰膜后方形成冰脊，除冰系統無法發揮作用。

飛行員從駕駛艙無法看到除冰膜后方。他們沒有意識到，結冰的問題將會對飛機產生致命的影響。

借助飛行數據記錄器里的資料，調查人員研究了4184航班的副翼運動，并將之與其他意外進行了比較。他們了解到，在幾次飛行中，副翼的偏斜角度都一樣。

調查組通過研究發現，這些副翼都被命令移動了，不過下令的不是機組人員，而是結冰造成的擾亂氣流。結冰的物理學原理可以解釋，4184航班的控制桿為何會往右急轉，機翼周圍的強大亂流拉高了副翼，從而導致飛機翻滾。副翼通過纜線與控制桿相連，因此它把控制桿往右拉。拉扯副翼的亂流力量是如此之大，即使2名飛行員聯手扳動控制桿，也無法將副翼拉下來。

根據計算，亂流的力量大概超過110 kg，飛行員相當于在與110 kg的氣動力進行對抗。

更為糟糕的是，ATR的控制桿沒有動力轉向，因此力量直接施加到了飛行員身上。飛行員根本無力對抗拉扯副翼的空氣。

事故發生當時，美國航空航天局剛剛開始研究“過冷大水滴”對飛機的影響。也就是說，1994年的時候，飛行員還不知道什么叫做“過冷大水滴”。

在機翼結出冰脊的過冷大水滴是否是“頭號嫌犯”？冰又是如何使得美鷹航空的4184航班嚴重失控的？

致命“15°”

隨后，調查人員有了驚人的發現。一個提高舒適度而且看似無害的舉動，或許是導致災難的罪魁禍首。

美鷹航空4184航班在等待航線盤旋時，飛行員曾注意到機頭過高。于是他們采取了一個措施，將襟翼打開15°，機頭就會下來。打開襟翼能夠讓機頭降下來，并使乘客們感覺相對舒適。

調查人員重復了這一操作。他們發現這大大影響了冰脊在機翼的形成位置。

打開的襟翼使得結冰問題更加嚴重。機翼上方表面與水滴的接觸面積就更大了。冰脊在機翼后方形成的原因之一，就是襟翼打開15°。

4184航班的機組成員根本不知道，厚度超1 cm的冰脊在機翼表面堆積形成。

結冰本來對飛行沒有影響，直到飛行員開始讓飛機下降至2 500 m。

下降提高了飛機的航速。飛行電腦因此警示機組，在襟翼打開的狀態下，目前的飛行速度過快。然后飛行員收回了襟翼。但是這個例行的做法對飛機造成了致命影響。

飛機的機頭再次抬了起來，變得非常高。流過結冰機翼的氣流因為機頭抬高而受到了擾動。“亂流”隨之生成，并拉起了副翼，導致飛機開始滾轉。

飛機失速并且墜身地面。

事故后改進

調查組判定，ATR飛機的機翼存在設計隱患。美國聯邦航空局即刻禁止該型號的所有飛機進入結冰環境。最具爭議性的指控是，美國聯邦航空局一度依賴法國當局測試飛機合格與否，并將結果照單全收。

飛機的法國制造商提出的解決方案是加寬除冰膜，增加機翼被覆蓋面積。這家公司還重寫操作規程，禁止飛行員在進入結冰環境時使用襟翼或者自動駕駛。多數航空公司都決定不冒風險。他們把ATR系列飛機調到南方，因為那里溫暖的氣候大大降低了結冰概率。

羅斯藍空難讓許多人開始研究飛機結冰現象與導致結冰的環境。還有人研究天氣預測新技術，讓飛行員知道哪里有可能結冰，幫他們避險。

編輯 秦運巧