穿越冰点

陆译

1994年10月31日，美国一架通勤飞机美鹰航空4184航班在靠近目的地芝加哥时，因天气原因延误着陆，在空中等待降落。然而，令人意想不到的事情发生了，飞机突然在几秒之内从空中坠落了……

1994年10月31日，美国美鹰航空4184航班，离开印第安纳州州府印第安纳波利斯，前往芝加哥市。当4184航班在靠近芝加哥奥黑尔机场时，因天气原因，在空中盘旋等待进场着陆。突然飞机毫无预警地急速右转。接着，操纵装置失去了控制，几秒之内，4184航班即坠入了印第安纳州罗斯蓝郊外。机上乘客和机组人员共计68名，全部遇难。

此次“罗斯蓝空难”是航空史上影响最深远的事件之一。

机翼结冰

4184航班失事第二天，调查组前往坠机现场开展调查。

两个飞行记录器完好无损地在尾翼被发现。它们被送到美国运输安全委员会接受检查。与此同时，调查人员也从飞机残骸中寻找线索。

通常发生空难，会先找飞机的4个角——机头、尾翼和2个机翼的尖端。因为知道了飞机的4个角散落位置，大致就能知道飞行员当时控制飞机的状态。4184航班的4个角相隔甚远。机头和驾驶舱完全被毁。调查人员由此得知，飞机是机头先触地，坠落时角度不大、速度极快。

飞机并未以陡峭的角度撞地，表明飞行员在坠落前数秒对飞机仍有几分控制，他们只是没有空间拉起机身。

调查人员找到飞机上的部分仪器，包括姿态指示器，也被称为陀螺地平仪。它是显示飞机是否呈水平飞行的关键仪器。如果它失灵，可能会误导机组，致使他们犯错。

撞击时的冲力在碎裂的姿态指示器上留下了细小的刮痕。调查人员发现姿态指示器并未发生故障。它的最终读数显示，飞机在坠毁前已经开始拉平。这个结论与飞机的实际坠落姿态十分吻合。这表明，起码飞行员借助的飞行仪器是没有问题的，它们都正确无误，飞行员在驾驶飞机的时候有重要的依据。这一发现意味着飞行员知道飞机当时正冲向地面。

调查人员需要进一步了解飞机失事前的状态。

空中交通管制中心数据显示，4184航班失事前为了等待着陆，曾在空中盘旋了39 min。查阅空中交通管制中心的记录后，发现当天的流量——也就是进入奥黑尔机场的飞机数量，因为天气的原因减少了。

调查组发现空中交通管制中心的人员中，有一个刚来的空管员还处在实习期。难道是这位经验不足的空管员让4184航班置身险境吗？

然而，4184航班并不是当天唯一在奥黑尔机场上空盘旋的飞机。当时有多架飞机在芝加哥附近等候。面对相同的天气条件，它们全都安全着陆。

在询问其中几架飞机的飞行员后，调查人员得到了一条重要线索。他们都提到了相同的东西——冰。在飞行当中，冰会改变机翼的形态，它会制造阻力、降低升力，导致性能与操作方面的问题。

调查人员查看了失事当天的天气记录，发现在芝加哥上空，出现了结冰报告。

但是报告指出结冰的程度为“轻度至中度”。难道是并不严重的冰冻导致这架飞机坠毁的吗？

调查组了解到，不同的飞机对结冰的反应不同。大型飞机的反应与小型飞机的不同，大型客机通常在危险云层之上飞行，但是ATR-72无法做到这一点。调查人员发现，4184航班停留在等待航线上时，须重复穿越云层，每次它都将暴露在结冰环境中。

飞机的驾驶舱语音记录器显示，在坠机前9 min，机组成员发现飞机开始结冰。接下来，他们采取了何种应对措施？

在坠毁前将近17 min，主警报不知为何响了起来。可能是飞机的某个系统出现了问题，也可能是电子结冰侦测器侦测到了结冰情况。飞行数据记录器告诉调查人员，在警报响起之后，飞行员将飞机的除冰系统开到了最大。

调查人员分析了ATR-72飞机的性能，飞机上的整个结冰保护系统，是由多个除冰器组成的，除冰器可以加热机身表面，阻止冰形成。飞机上的挡风玻璃和螺旋推进器也是热的，在机翼的最前端，也有除冰系统。

飞行数据记录器显示，在启动除冰系统后，飞行员还略微加大了油门，提升飞机的速度。这一举动也提高了空气流过机翼的速度，减少了进一步结冰的可能。

事实表明，飞行员当时竭尽所能减少飞机结冰。但是，除冰系统是否运转正常？

坠机时的冲力在碎片上留下了明显的痕迹。它们显示了撞击那一刻控制除冰膜阀门的位置。飞机的除冰系统没有任何异常。

机组成员知道机翼结冰了，而且除冰系统也运转正常，那么飞机为何会坠毁？

遭遇“过冷大水滴”

美鹰航空的4184航班为ATR-72型，是法国当时制造的新型飞机。它既实惠又舒适，是乘客进行短程飞行的第一选择。

然而，在罗斯蓝空难发生3周后，美鹰航空的另一名飞行员发布了一个警告：美鹰航空公司乘客敬请注意！美鹰ATR-72飞机在结冰环境中十分危险。

飞行员公开的抗议让调查人员怀疑，结冰对ATR-72是否有致命的威胁。

调查人员造访了ATR飞机的法国制造商，以进一步了解这架飞机的历史。他们很快发现，飞机的历史可谓污点重重。

1988年12月，地点在威斯康星州莫西尼。美鹰航空的一架ATR-42型飞机在结冰状态中准备降落在中央威斯康星机场。飞机进场的时候，遭遇了严重的冰冻环境，根据纪录好像是有冰雨。在开始进场时，飞行员听到尾翼传来一阵奇怪的声响“叭叭叭……”，声音越来越大。然后飞机的操纵杆似乎完全不起作用，飞机失速了。机翼提供的升力不足以让它停留在空中，当时飞机离地不足370 m。同样的是，没有警报，飞机毫无预警失速。

1987年10月，意大利某航空公司的ATR-42型飞过阿尔卑斯山，前往德国。飞机失去控制，坠毁在山区。机上37人全部遇难。冰是主要因素，但当时，最终报告却将原因归咎为飞行员操作不当。

然而，调查组惊奇地发现，ATR型飞机设计人员都清楚一点：如果冰累积在机翼区除冰膜后方，飞机除冰系统和机组是无法清除的。

但是，除冰膜后方怎么会积如此多的冰呢？

调查组研究人员根据当时的天气情况认为，失事飞机上累积的冰是来自于“过冷大水滴”。所谓 “大”，是指跟人的头发一般粗。过冷大水滴大约比雨滴小100倍。它们的温度接近冰点，即通常所说的“冻雨”。但是，过冷大水滴只有遇到固体才会冻结，比如飞机机翼。当天的天气状况在许多方面正好适合过冷大水滴的形成。

也就是说，在等待航线盘旋时，4184航班几度穿越危险云层，里面潜伏着微小却又致命的杀手。

调查人员还发现，过冷大水滴在机翼上的结冰方式非常独特。普通的冰累积在机翼前端，除冰膜可以轻易将它们去除。但是过冷大水滴不同，它遇到机翼后，会在冻结前滑到后方。它们在除冰膜后方形成冰脊，除冰系统无法发挥作用。

飞行员从驾驶舱无法看到除冰膜后方。他们没有意识到，结冰的问题将会对飞机产生致命的影响。

借助飞行数据记录器里的资料，调查人员研究了4184航班的副翼运动，并将之与其他意外进行了比较。他们了解到，在几次飞行中，副翼的偏斜角度都一样。

调查组通过研究发现，这些副翼都被命令移动了，不过下令的不是机组人员，而是结冰造成的扰乱气流。结冰的物理学原理可以解释，4184航班的控制杆为何会往右急转，机翼周围的强大乱流拉高了副翼，从而导致飞机翻滚。副翼通过缆线与控制杆相连，因此它把控制杆往右拉。拉扯副翼的乱流力量是如此之大，即使2名飞行员联手扳动控制杆，也无法将副翼拉下来。

根据计算，乱流的力量大概超过110 kg，飞行员相当于在与110 kg的气动力进行对抗。

更为糟糕的是，ATR的控制杆没有动力转向，因此力量直接施加到了飞行员身上。飞行员根本无力对抗拉扯副翼的空气。

事故发生当时，美国航空航天局刚刚开始研究“过冷大水滴”对飞机的影响。也就是说，1994年的时候，飞行员还不知道什么叫做“过冷大水滴”。

在机翼结出冰脊的过冷大水滴是否是“头号嫌犯”？冰又是如何使得美鹰航空的4184航班严重失控的？

致命“15°”

随后，调查人员有了惊人的发现。一个提高舒适度而且看似无害的举动，或许是导致灾难的罪魁祸首。

美鹰航空4184航班在等待航线盘旋时，飞行员曾注意到机头过高。于是他们采取了一个措施，将襟翼打开15°，机头就会下来。打开襟翼能够让机头降下来，并使乘客们感觉相对舒适。

调查人员重复了这一操作。他们发现这大大影响了冰脊在机翼的形成位置。

打开的襟翼使得结冰问题更加严重。机翼上方表面与水滴的接触面积就更大了。冰脊在机翼后方形成的原因之一，就是襟翼打开15°。

4184航班的机组成员根本不知道，厚度超1 cm的冰脊在机翼表面堆积形成。

结冰本来对飞行没有影响，直到飞行员开始让飞机下降至2 500 m。

下降提高了飞机的航速。飞行电脑因此警示机组，在襟翼打开的状态下，目前的飞行速度过快。然后飞行员收回了襟翼。但是这个例行的做法对飞机造成了致命影响。

飞机的机头再次抬了起来，变得非常高。流过结冰机翼的气流因为机头抬高而受到了扰动。“乱流”随之生成，并拉起了副翼，导致飞机开始滚转。

飞机失速并且坠身地面。

事故后改进

调查组判定，ATR飞机的机翼存在设计隐患。美国联邦航空局即刻禁止该型号的所有飞机进入结冰环境。最具争议性的指控是，美国联邦航空局一度依赖法国当局测试飞机合格与否，并将结果照单全收。

飞机的法国制造商提出的解决方案是加宽除冰膜，增加机翼被覆盖面积。这家公司还重写操作规程，禁止飞行员在进入结冰环境时使用襟翼或者自动驾驶。多数航空公司都决定不冒风险。他们把ATR系列飞机调到南方，因为那里温暖的气候大大降低了结冰概率。

罗斯蓝空难让许多人开始研究飞机结冰现象与导致结冰的环境。还有人研究天气预测新技术，让飞行员知道哪里有可能结冰，帮他们避险。

编辑 秦运巧