乔善勋/文
1982年1月13日,佛罗里达航空90号(QH90)航班,一架波音737客机,执行着从华盛顿国家机场起飞,经停坦帕国际机场,最终抵达劳德代尔堡-好莱坞国际机场的定期航班。然而,这趟看似平常的旅程,却在起飞后不久戛然而止——飞机不幸撞上14街桥,坠入冰冷的波托马克河中。
这场空难,恰逢电视新闻的黄金时代,成为美国历史上首起被实时报道的重大航空灾难,给无数美国民众留下了难以磨灭的记忆。 救援人员迅速抵达现场展开救援,然而,严寒的天气和湍急的河水,使得救援工作异常艰难。最终,这场空难造成了78人不幸罹难,令人扼腕叹息。
图、飞机撞桥示意图
事故调查展开后,真相逐渐浮出水面。令人震惊的是,导致这场悲剧的罪魁祸首并非恶劣的天气,而是人为因素——航空从业人员在应对冰雪天气时的不当操作。 调查结果直指当时航空业普遍存在的积弊,其背后隐藏着更深层次的社会和经济问题。佛罗里达航空作为一家成立于1971年的低成本航空公司,在航空业放松管制政策的推动下,迅速成长为美国第16大航空公司。 然而,快速扩张的背后,也隐藏着诸多隐患。 股东们追求利润最大化,而飞行员的待遇却相对较低,导致经验丰富的飞行员大量流失,飞行安全受到严重威胁。
图、佛罗里达航空涂装的N62AF号机
佛罗里达航空90号航班空难,不仅是一场悲剧,更成为航空业反思和改进的契机。它促使航空业开始正视飞机冰雪污染问题,并推动相关安全规范的制定和完善。 这次空难也成为航空安全发展历程中一个重要的里程碑,警醒着人们时刻关注飞行安全,不断提升航空从业人员的专业素养和责任意识。
执飞90号航班的机型为波音737-222,注册号是N62AF。机龄12.9年,累计飞行27000小时,搭载2具普惠JT8D-9A发动机。航班机长为拉里·M·惠顿 (Larry M. Wheaton),34岁,他于1978年10月开始担任佛罗里达航空副驾驶,并于1980年8月晋升为机长,他累计飞行约8300小时,其中波音737型为1752小时。罗杰·A·佩蒂特 (Roger A. Pettit),31岁,他累计飞行3353小时,曾在1977年10月至1980年10月在美国空军服役。
值得注意的是,两位飞行员对喷气式飞机的操作经验都相对有限,且缺乏在冰雪天气条件下的飞行经验。他们主要在美国南部较为温暖的环境下学习飞行,惠顿仅有8次冰雪天气起降经验,佩蒂特更是只有2次。
图、1月份佛罗里达州和罗纳德·里根华盛顿国家机场平均气温对比图
罗纳德·里根华盛顿国家机场位于弗吉尼亚州的阿灵顿,机场距离市中心约8公里,这也是距离美国首都距离最近的机场。该机场原名为华盛顿国家机场,在1998年更名为罗纳德·里根华盛顿国家机场。该机场拥有3条跑道,其中1/19跑道长2185米;4/22跑道长1497米;15/33跑道长1586米。
1982年1月13日,华盛顿国家机场因一场暴雪而关闭,机场积雪厚达16.5厘米。中午随着降雪减弱,机场在边缘条件下重新开放。当天下午,90号航班将返回佛罗里达,机上共搭载了79人,包括74名乘客和5名机组成员。
机翼结冰对飞行安全构成极大威胁。佛罗里达航空将除冰工作外包给了美国航空公司。后者地勤人员在飞机起飞前,使用水和乙二醇的加热溶液对90号航班进行除冰。然而,除冰程序规定,除冰时需要对皮托管和发动机进气口加盖子,以防止液体进入并造成损坏。但是,美国航空公司的员工并未按照规定操作。
图、起飞前的N62AF号机
当时机场气温约-4℃,90号航班准备起飞前,降雪还在持续,积雪在快速堆积。另一架飞机的乘客拍摄的一张照片显示,N62AF号机身上覆盖着几厘米厚的积雪,宛如白色糖霜点缀在巨大的蛋糕之上。
下午3点25分,一辆拖车准备将90号航班推出,当它试图推动46吨重的飞机上一个小斜坡时,因积雪无法获得足够的牵引力。惠顿机长决定打开发动机反推器帮助拖车。
反推器打开后,雪花开始四溅,热气流吹过机翼,将积雪变成雪泥,又从机翼前缘滑落到发动机上。但这依然不行,最终还是一辆装着防滑链的拖车才将飞机推出。
图、DC-9搭载的JT8D发动机的反推器
飞行员匆匆完成起飞前检查单,其中一些项目涉及发动机防冰系统,它在冬季环境中必须打开,以防止堵塞传感器。然而在温暖的佛罗里达州通常不需要这些程序,惠顿机长条件反射式地在防冰项目喊出“关闭”,这也为后续的事故埋下伏笔。
机场的工作人员不断地清理道面积雪,以免影响航班正常起降。由于积雪原因导致华盛顿国家机场航班大规模积压,90号航班延误约1小时45分钟才得到起飞许可。他们距离上一次除冰过去了近50分钟时间,此时如果返回停机坪进行除冰,就会导致更严重的延误。惠顿机长想到一个“好主意”——将机翼对准前面一架纽约航空DC-9客机的喷气口。DC-9客机搭载的JT8D发动机能喷出300℃、时速300千米的热气流,他认为这足以将机翼的积冰吹走。
图、JT8D发动机排气温度和速度
副驾驶佩蒂特发现油门推力杆位置相同,但两台发动机增压比(EPR)并不一致,EPR是压气机出口总压和进口总压之比,由于它和推力成正比,因此飞行员通过它来确定发动机产生多少推力。他还和惠顿机长讨论了左、右发动机差异问题。
两分钟后,发动机EPR变得相同。佩蒂特认为DC-9排出的废气吹到右侧发动机里,导致入口压力传感器读到更高数值。而实际情况是,在发动机防冰系统关闭时,他们早期使用反推器可能融化的雪已经落到发动机上,现在入口压力传感器重新结冰,导致读数再次出现偏差。
标准操纵程序要求飞行员在雪中滑行时,要和其他飞机保持比正常情况更大的距离,因为热气流融化机翼上的积雪,会重新冻成坚固、透明的冰。冰和雪不同的是,它不会随着飞机加速而脱落,这也再次暴露出90号航班飞行员缺乏冬季操作经验。
图、中央仪表盘功能
3点58分,90号航班获准起飞。副驾驶佩蒂特负责操控客机起飞,惠顿机长则负责监控仪表。90号航班在跑道加速至抬轮速度时,已经用了1600米跑道,而正常情况只需要1068米。副驾驶抬起机头时发现抬起速度远高于预期,这让飞机处于不稳定的高仰角姿态。机身不停地晃动,失速抖杆器也在提醒飞行员客机即将失速,他们为了获取必要的升力需要压低机头。
飞机升空后的高仰角和失速警告都是机翼结冰导致的,如果机翼尖的冰比翼根的冰多,那么翼尖将按比例失去升力。737机翼采用后掠式设计,因此升力中心将向前移动,如果升力中心距离重心足够远,飞机在起飞时就会突然上仰。
图、90号航班最后的飞行轨迹
飞机在升空那一刻便陷入重重危机,飞机飞行速度过慢,抬头过于陡峭。发动机推力小,让飞机无法继续爬升。飞机之所以能离地,是因为有地面效应(Ground effect)——当机翼在靠近地面时产生更大的升力。随着飞机爬升,地面效应会消失。
当飞机贴近地面或水面时,机翼周围气流的垂直分量受限于地面,会改变上升气流、下洗气流和翼尖涡流。数据显示,机翼高度等于1/10翼展时,诱导阻力降低47.6%,因此地面效应在起飞后离地和着陆前接地阶段最为明显。
图、地面效应改变了阻力和升力
当飞机离地后受地面效应影响,需要增加迎角来维持相同的升力系数;诱导阻力增加,需要增加推力;稳定性降低,机头会上仰,静压压力减少,指示空速增加。因此,飞行员在起飞和降落的时候必须考虑地面效应问题。
图、灰色为正常起飞轨迹,红色为90号航班起飞轨迹
副驾驶佩蒂特压低客机机头,情况并未好转。90号航班起飞仅31秒后便开始向河道坠去,飞行员加大油门也无济于事。飞机最终翻滚着撞上第14街大桥,冲破30米长的护栏,坠入波托马克河道中。
图、90号航班撞上波托马克河瞬间示意图
90号航班坠机的力道很大,瞬间撞破了河道冰面,客机坠入河道后,机身开始慢慢下沉。冰冷的河水开始涌入客舱,客舱内的幸存者需要马上展开自救行动。空难发生后,救援行动迅即展开。
救援队员发现飞机撞桥后留下一片狼藉。客机撞上桥面的7辆汽车,导致4人遇难,4人受重伤。随客机坠入河道中的乘客和机组成员仍生死未卜,幸存者在冰冷的河道中挣扎。附近桥面和河道旁也站满了人,他们因缺乏必要的救援工具只能围观。救援直升机出现在河道上,救援人员从河道中拉出幸存者。
图、梅尔文·温莎(Melvin Windsor)救出最后一名幸存者妮基·费尔奇(Nikki Felch)
空难发生数小时后,美国国家运输安全委员会(NTSB)便派员展开事故调查工作。调查员发现坠机地点距离华盛顿国家机场的跑道不到2公里远,这意味着客机在爬升阶段就发生意外。
客机的残骸还在河道中,调查员费了好大劲才打捞上来。90号航班事故发生一周后,调查员才找到客机的两个“黑匣子”。N62AF号机搭载的还是传统型“飞行数据记录仪”(FDR),里面记录的飞行参数有限。
调查员从FDR数据中发现,90号航班起飞耗费了45秒,这比平时多出15秒,意味着客机的动力系统出现问题。客机虽然也加速至抬轮速度,但离开地面的客机已经没有余力去爬升了。
图、救援人员在打捞飞机残骸
90号航班在跑道上加速时,副驾驶佩蒂特告诉惠顿机长客机状态似乎不正常,客机加速不够快,惠顿机长说没有问题,打消了佩蒂特的疑虑。在1982年只有机长才能作出中止起飞的决定。
客机起飞的时候,动力设置必须考虑到客机重量、跑道长度和环境温度等因素。也许是副驾驶佩蒂特将相关数值设置太低,导致客机爬升时动力不足。航班起飞前都必须记录下飞机重量,相关信息显示90号航班并未超重。
由于FDR提供的飞行参数有限,调查员希望通过发动机的声音倒推出发动机提供的动力值。涡扇发动机在不同的转速下,会发出不同的声音。扇叶转速越快,提供的动力就会越多,发出的声音也会更大。
波音737搭载的两台发动机位于驾驶舱两侧,它们发出的声音也会被CVR收录进去。调查员将CVR中发动机的声音解析出来,并消除其他背景噪音,他们惊讶地发现发动机的输出并未达到最大值,当时仅输出约7成功率。
图、左侧是发动机仪表实际读取的数值,右侧是推力设置正确读取的数值
调查员发现上述问题后,开始研究ERP问题。调查员发现这块仪表卡在最后的位置,并指向一个不可能出现的数值,它超出了发动机最大动力输出值,90号航班在起飞时,飞行员看到的ERP数值都是错误的。
调查员猜测天气问题影响了ERP传感器,如果它被冰雪覆盖,得到的数据自然是错误的。调查员决定使用胶带遮挡住ERP传感器进行试验,他们来到驾驶舱又重现了90号航班的油门设置。
调查员将测试时的发动机声音和90号航班失事时的发动机声音进行对比,发现两者有惊人的相似之处。这也印证了他们的猜测,90号航班发动机ERP传感器被什么东西挡住了。飞行员以为得到了他们所需的动力输出,实际上却并非如此。当飞行员感觉到动力不足,加大油门输出时,一切为时已晚。
图、河道中被吊起的飞机尾翼
波音737的发动机拥有除冰系统,它可以加热融化传感器上的冰,发动机除冰系统为什么没有生效?令人遗憾的是,当时飞行员在进行检查单时,发动机除冰系统是关闭的。两名来自佛罗里达州的飞行员执行的是温暖地区的检查程序。
根据波音737客机的设计,即便只有1台发动机正常工作,客机依然能够安全起飞。飞行员的操作程序有没有瑕疵呢?
惠顿机长的背景资料显示,他在执行飞行任务时,曾多次被投诉不遵章行事,尤其是在起飞和降落的关键阶段。惠顿机长的“污点记录”也印证了他在跑道上的异常表现,他决定使用前排客机的热气流吹落机翼上的雪,雪融成水后会在机翼后侧再度结成冰。
图、一架飞机在除冰过程中
机翼上的残冰并不会直接导致坠机,但发动机动力不足会直接导致客机失速。调查员认为飞行员的疏忽大意,导致对面临的危险评估不足。两名飞行员也缺乏在寒冷环境中的操作经验,惠顿机长仅执飞过8次,副驾驶佩蒂特更少只有2次。
调查员认为90号航班空难是一系列错误酿成的。惠顿机长将油门推力杆向前推时,EPR传感器被冰堵塞导致读数错误,飞行员因错误的读数而操作失误。飞行员缺乏在寒冷环境的飞行经验,误判发动机的异常。飞行员的决策失误加之缺乏经验,导致90号航班成为一趟“死亡航班”。
图、客机驾驶舱残骸
90号航班离地不久后,失速抖杆器便启动提醒飞行员即将失速,飞行员当时不是推上油门杆,而是压低机头。客机并未获取足够的升力,最终导致撞桥坠河。
人的因素是导致事故的主要原因,飞行员所犯的错误表明他们严重缺乏冬季环境实操训练,其表现不佳的一部分原因可能是因为缺乏经验。惠顿机长在佛罗里达航空公司工作期间曾多次未通过检查,副驾驶佩蒂特的经验更少。
航空公司也需要承担一部分责任,他们在快速扩张期雇佣低水平飞行员,并过早晋升为机长。公司也没有对飞行员进行充分的冬季运营培训。
图、存放在华盛顿国家执法博物馆的救援直升机
90号航班空难也给航空业敲响了一记警钟,为了解决上述问题,美国联邦航空管理局(FAA)发起一项重大研究,以确定有效的化学除冰剂;发布新的咨询通告,向飞行员提供更多关于冬季作业和结冰危害的信息;发布全国冬季运营标准化材料。737和其他飞机的操作手册也进行了更新。波音还改进了737的设计,允许在地面上使用内置的前缘除冰系统。位于寒冷地区的机场也纷纷升级客机除冰设施,客机在跑道附近也可以进行除冰,而不是返回停机坪。
图、90号航班还被拍摄成一部电视剧《波托马克河灾难》
90号航班空难也对佛罗里达航空声誉造成重创,事发2年半后,佛罗里达航空也走到了尽头。1984年7月3日佛罗里达航空公司宣布破产倒闭。
这场空难不仅仅是一场悲剧,更是一面镜子,映照出航空业发展过程中潜藏的危机和人性的脆弱。它提醒我们,技术的进步不能掩盖管理的漏洞,制度的完善不能取代人性的警醒。每一次事故都是一次反思,每一次悲剧都是一次警示。只有不断从历史中汲取教训,才能在未来的道路上走得更稳健,飞得更高远。