2022年03月30日 11:16
【科學快訊】
來源： 把科學帶回家
撰文 | Mirror
不久前，川航貨運航班3U3839在從重慶飛往莫斯科的途中，突然出現機械故障，機組人員出於安全考慮決定返航。
3U3839航班飛機著陸前的軌跡 | 圖源：Flightradar24
令人意外的是，這架飛機並沒有直接返航，而是在空中兜兜轉轉了數小時後才在機場安全降落。
按一般人的想法，飛機遇到緊急情況需要降落時，難道不是應該盡快飛到目標機場降落，為什麼要花這麼長時間兜圈子？
飛機的導航系統並沒有問題，地面的狀況也不複雜，這其實是駕駛員在特意繞圈，為安全著陸做准備。
飛機在盤旋過程會消耗燃油，從而減輕機身重量，這樣在著陸時就不會超重。
可飛機起飛時載油量分明更重，怎麼著陸時才擔心超重？
飛機著陸 | 圖源：Wikimeida Commons
不同於汽車的固定載重限制，飛機的起飛和著陸分別有兩個不同的重量限制——最大起飛重量和最大著陸重量。前者通常遠大於後者，例如波音747-400的最大起飛重量比最大著陸重量多了100噸。
這不難理解，畢竟飛機是以相當大的速度落向地面，乘客都能感受到那股沖擊力。如果飛機載重過大，沖擊力就會超出機身結構的承受力。此外，攜帶過多燃油著陸也有起火風險。
所以飛機在加燃油時不是像汽車那樣加滿就行，而是要同時考慮起飛和著陸時的重量限制。不同航線的燃油消耗顯然不同，如果航線比較短就少加點，讓飛機的著陸重量能及時減輕到安全範圍內。
然而，普通客機正常航行時的油耗只有幾噸每小時，萬一途中遇到十萬火急的情況，比如有病人需要搶救，而飛機又處於超重狀態又該怎麼辦？
此時的飛機顯然沒有時間花數小時盤旋耗油，這時候還有兩種更快的選擇：超重著陸或者直接放油。
超重著陸的風險顯而易見，不過如果沒有超重過多（一般不超過1%），在機組和空管的配合下，也可能安全著陸，因為飛機在設計時已經考慮到了這種緊急情況。
當然最穩妥的還是避免超重，把油放掉。這可不是把油箱打開就行了，而是需要專門的應急放油系統。
圖源：王鵬，朱德軒（2016）
這個系統通常與供油系統整合在一起，飛機的大部分燃油都裝在機翼那段，應急放油系統能夠把燃油泵到翼尖噴出，並且能夠控制放油速率。
機翼放油裝置 | 圖源：Wikimeida Commons
應急放油程序啟動後，飛機的重量將在15分鐘內降到安全著陸標准，每分鐘就會放掉數噸燃油。
2018年，東航MU587航班的波音777-300ER從上海飛往紐約的途中，機組人員就曾為搶救一名病情危急的乘客，而排放掉約30噸的燃油，然後備降阿拉斯加的安克雷奇機場，這位乘客因此得到及時救治。
既然放油更快，遇到突發狀況的飛機為什麼不都選擇直接放油？
不是所有飛機都有應急放油系統，它通常應用在受超重影響大的大型飛機上，比如波音747和空客A380。如果飛機的最大起飛重量和最大著陸重量相差不大，則不配備這個系統，比如波音737,空客A320。還有一些飛機出於性價比等因素的考慮將應急放油系統作為可選項，比如波音767和空客A330。
波音767-300 | 圖源：Wikimeida Commons
2020年，加拿大航空837航班的波音767-300的左發動機失火，飛機需要緊急降落，但由於沒有應急放油系統，飛機在空中盤旋耗油4小時後才降落。
加拿大航空837航班飛行軌跡 | 圖源：Flight Radar
這次川航返航的空客A330同樣沒有選裝應急放油系統，所以也得盤旋耗油。
應急放油過程需要機組和空管時時掌控飛機自身和周邊的情況，以免造成更大的傷害。中國民用航空局和美國聯邦航空管理局（FAA）都對飛機應急放油的要求有詳細規定，包括以下幾點（摘自《中國民用航空規章》）：
上面這些保障的是機上人員的安全，那麼放油會不會威脅到地面上的人呢？比如下一場燃油雨？
大多數情況下，飛機是在數千米的高空中放油，燃油高速噴出後會霧化、蒸發，因此對機身和地面上的人都不會造成直接影響，但汙染大氣無可避免。
當飛機處於5000~6000英尺（1524~1828米）的高度時，釋放的燃油一般能在落地之前完全蒸發。所以在條件允許的情況下，飛機放油時的高度要超過這個範圍，盡量高於3000米，並且要遠離居民區和其他飛機。
除此之外，飛機放油還要小心避開空中的強靜電區，因為搞不好一個靜電火花就會引火上身，讓情況火上澆油，靜電也是加油站著火事故的元凶之一。
當然，放太多也不行。中國民航局應急放油規定：剩餘油量至少要保證飛機能從海平面爬升3000米，然後以最大航程速度巡航45分鐘。
然而，我們無法預料飛機會在何時何地出現何等程度的突發情況，所以很多時候要靠機組和空管的臨場判斷，必要時也可打破常規，目的都是盡可能避免或降低人員損傷。
如果客觀條件不可控或者操作不當，地面居民就可能受到波及。2020年，達美航空89航班的波音777-200ER飛出不久後就因為單側壓縮機失速而返航，當時機長表示情況可控，機上人員最終全部安全著陸。
達美航空飛機低空放油 | 圖源：BNONews
然而，由於機組在未告知空管的情況下低空放油，大量燃油未完全蒸發就淋到了地面上，而那片區域又是居民區，還有幾所學校，至少56人因此皮膚或肺部受傷。
總體而言，當飛機面臨突發狀況時，應急放油或盤旋耗油是一種有效的安全措施。和飛機起飛前的安全提示一樣，我們很容易忽視它們，但為了生命安全，准備再多也不多餘。
