谈谈航空运输的安全(程不时)
[2009-06-27 16:12:25]

    程不时博客链接http://chengbushi.blog.china.com

    6月初法航发生空难事故。2009年6月19日,由“上海科协”与《新民晚报》联合在上海“科学会堂”举办“新民科学咖啡馆”第81期的公开座谈会,邀请我作为贵宾以“航空运输的安全”的题首先作了发言。在发言中我提出了一种改进事故信息通讯的设想,即将飞机事故纪录仪的全部信息用数码形式另行存放在U盘中作为备份,在紧急时中将U盘连同向卫星发射信息的装置弹射离开飞机本体,这样可以不必寻找到黑匣子实体而可以取得其全部信息。
    我在这次座谈会上的发言如下:

    半个月前,6月1日,一架法国航空公司的空客A330客机从巴西的里约热内卢飞向巴黎,起飞三个半小时后在南大西洋海域上空失事。机上乘客216名和12名机组人员全部遇难,其中有9名是中国乘客。这是法国航空公司有史以来最惨重的一次空难事故,在全世界引起震惊。也引起社会对于航空的安全问题的关注。目前关于这次空难的原因还没有最后的结论。今天这个座谈,我来先谈谈我对航空安全的几点看法,供关心这个问题的人们参考。

一、关于航空安全的几点理念

    谈到安全,通常会遇到人们常提的几个问题:
    Δ 一个问题是:为什么不保证绝对安全?安全是一个概率的概念。在飞机总体安全上,从技术的角度要求,飞机在飞行中出现灾难性事故的概率,控制在低于十的负九次方。就是十亿分之一。用概率的提法,比单纯在情绪上讲绝对安全更精确,更接近事物本身的性质。
    Δ 第二,是不是安全系数越大越好?不,安全是一个优化的概念。比如飞机结构的设计安全系数是1.5。那么规定为1.8、2.5、甚至25不是更完全吗?那样飞机就要做得很大,很重,一百吨的飞机可能要做成二百吨,甚至可以一千吨才能有这样大的结构安全裕度。跑道的厚度也不够了,航空的成本会大为提高。航空将成为一种非常不经济的运输方式。并且这样重的飞机,在结构上虽然牢固无比,但是在总体上并不见得更安全。所以安全不是绝对的,而是和其他要素作合理的平衡。目前,在人类的各种交通方式中,航空运输的安全统计还是最安全的,出事的概率最低。
    Δ 第三,我国国产大型客机工程已经启动,各项工作正在迅速进行。有时会听到有一种论调,说,中国人设计飞机,有谁敢坐?这样提问有点带有种族偏见的意味。上海黄浦江上的大桥,上海许多高楼大厦,都是中国人设计的。许多军事装备,也是中国人设计的。难道就因此而人们不敢过桥,不敢住房,想像某一天会出现惊天动地的爆炸吗?我认为对于飞机安全不安全,要问根据的是什么安全标准。
    我国设计的大型客机使用的,是与国际接轨的世界通用安全标准。就是适航标准。
    下面,我进一步谈一谈关于适航标准的问题。

二、适航标准

    回顾世界民用航空的发展,飞机用于民用运输是在第一次世界大战之后,美国首次建立航线,是在1926年。至今83年。美国是至今航空运输最发达的国家,所以在美国形成了一种适航标准的规范和管理制度。它的指导思想是,旅客机不但要在技术上设计成能够飞起来,而且应该汲取在过去的民用航空中积累的安全注意事项,作为国家对飞机安全控制的最高标准。
    适航标准是国家对旅客机安全要求的准入标准,不经过这个门槛,就不能获得国家机构颁发的适航证。就不能进入买卖和运营。适航标准规定了飞机结构的强度的安全规定。飞行特性的安全规定。系统和设备等方面的规定。总结了在过去飞机运输中所积累的安全要素。一共三百多条。从世界达到的水平来看,是一个比较完备的安全标准。
    新中国的航空工业,是从1951年开始建立的。在最初的20年,进行的基本是军用航空。我国首次接触民用飞机适航标准,是在航空工业建立20年后,从1970年根据国家正式下达的任务,开始以上海为基地研制“运10”民用运输机。



1980年起飞的我国首次研制的大型喷气客机“运10”

    当时我国尚没有自己的适航标准,也没有根据适航标准来审定安全性的权威机构。“运10”在设计时以世界上最权威的美国适航标准为设计规范。后来“运10”飞行到中国各地,飞越了高原和沙漠,湖泊和平原,北方和南方,飞过东海黄海勃海,没有出现任何危及安全的问题。
    在上个世纪80代,“中国民用航空总局”决定制定我国的适航标准,根据我国研制“运10”的历史,特别委托“上海飞机设计所”作为适航标准的起草单位。我们曾经翻译并且对比研究过美国的、欧洲联合体的、苏联的、以及联合国国际民航组织推荐的适航标准。发现欧洲的标准和国际民航组织的标准,都基本上移植了美国的标准。由此可以认为美国适航标准是被世界普遍接受的标准。当时决定,我国民航的历史和实践都还比较有限。从总体上,美国航空运输总的运输量和它的事故纪录,是一个比较合理的平衡,这个状态是我国可以接受的。而我国使用美国研制的飞机在我国的领空飞行,也没有出现很明显的不适应的安全方面的问题。因此,决定我国参照美国的标准的规定的内容,制定了我国的适航标准,但我国的标准在安全上是与美国标准对价的。



运10试航过我国东西南北各主要航线

    我国去年由全国人大通过决议,决定在中国开始大飞机工程,成立了中国商业飞机公司,基地选在上海。大型客机将使用中国正式颁布的适航标准,但我国的标准与世界通行的安全标准在技术上,在安全上是等价的。同时,我国今天开始研制的大型客机,国家已经成立了专业的适航审定中心,中心就设在上海,成为具体执行适航审定的权威机构。

   三、关于黑匣子

    黑匣子的名称,最初是从无线电设备中,一个一个具有一定功能的黑盒子部件演变来的。后来成为工程设计中一种工作方法,即“黑箱工作法”。在运输业中,特指运输器具上用于事故分析用的数据记录仪。最早用于飞机,以后扩展到轮船及车辆也开始使用。
    在飞机上,它纪录飞机的高度、速度、发动机状态、控制系统情况等一系列重要数据,是不断刷新的。比如说,只保留半个小时或者一个小时的数据。如果太平无事,新纪录的数据就把半个小时前的数据冲掉。如果飞机失事,纪录仪被停止工作时,黑匣子中就保留了事故前半个小时的各种最重要的技术参数。
    便于分析事故产生的原因。飞机上的黑匣子有两个,一个纪录技术参数,另一个纪录驾驶舱中飞机驾驶人员间的语音对话,也是不断纪录新的刷新旧的,如遇事故,就保留了最后半个小时驾驶员和副驾驶及随机机械师等在机舱内说些什么。比如各自观察到的情况,以及处理应急状态的指挥分工等等。
    黑匣子一般安装在飞机的尾部,万一飞机发生事故后最可能完整保留下的地方。黑匣子在结构上非常坚固,使飞机结构遭受严重的撞击也不会损坏,并且能抗高温。使飞机着火也不会破坏损坏黑匣子中的信息。



橙红色在海水环境中反差最明显

    黑匣子并不是黑色的,而是橙色的。因为如果飞机坠落在海水里,在海水的环境下最醒目的颜色是橙红色。(所以海上的救生衣、救生艇都是橙色的。)它会发出无线电定位信号,便于搜寻人员能根据信号找到它的位置。为了在黑匣子坠入污泥中不易发现,还装有放射性原件,可以使盖氏计数计等发生反应。这一次对法航在大西洋海域失踪,法国动用的核潜艇来搜寻黑匣子。动用核潜艇一是因为核潜艇技术先进,可以比常规潜艇下潜到更大的深度。第二因为核潜艇装备先进,比如装备有声纳设备,可以接受到黑匣子发出的声
纳信息。
    过去曾经有打捞出在海上失事的飞机黑匣子的成功例子。但是只有60-70米深的浅海。但是这次法航失事海域的深度达到三四千米。黑匣子发出的无线电信号的可达区域大约只有几公里到十几公里,但现在需要搜索的海域达到一百平方公里。而黑匣子发出信号的能量大约只能连续发一个月。现在网上有人估计,这次有百分之九十的概率是黑匣子找不到了。



用电脑的U盘存贮器复制黑匣子事故信息

    黑匣子在揭示这次灾难有关键作用。而寻找又这样困难,不能不使人想到黑匣子可以用现代信息技术来大为提高。比如现代电脑使用的U盘,体积比一只打火机还要小,但有很大的信息贮量。把黑匣子里的信息用数码形式存进U盘内是完全可能的。然后可以用卫星传递把U盘内的信息每隔一段时间就向总部播发一次,如果飞行顺利,这样的信息也可以不断更新,比如只保留最新半小时的信息,连续刷新旧的,存入新的信息。如果飞机遇到意外,总部就可以存有最后半个小时黑匣子的全部信息,而不用一定要打捞到黑匣子的实体了。



军用飞机弹射座椅救生设备原理

    这个设想的的关键,是使用信息技术来使黑匣子内的信息与实体分离,将事故信息发往总部。为了保险起见,可以进一步准备一个重迭的措施来确保信息安全到达。当在飞机处于紧急状态下时(如遇下列情况中的任一项:高度急坠、速度超速、加速度超过结构承受强度、全部动力丧失、控制系统进入紊乱、遇到超常高温——意味着飞机着火、或者驾驶员人工紧急报警时),使用军用飞机的弹射座椅的技术,将复制了黑匣子内全部信息的U盘(连同向卫星传递信号的装置)用火药弹射离开失事飞机的机体,用降落伞单独降落,而在缓慢降落的过程中,在空中将全部信息发向卫星,转发到总部去。
    地球的表面有3/4被海洋复盖,因此 飞机在航路上的偶然事故中很大概率是在大片水域上空。为了减少坠入水底后打捞黑匣子的困难,对黑匣子的信息作必要的备份,连续发向总部,并在紧急时弹射离机,将事故信息发射回总部的措施还是很有必要的,并且此类技术已经很成熟。
    我相信新技术一定会在今后在飞机的事故纪录系统中采用,来使传统的黑匣子作用得到很大的改进。也使整个的航空运输安全得到更有效的提高。

程不时 博客文章
2009-06-23
 

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