Dwie katastrofy Boeinga 737 Max 8. Dlaczego samoloty spadają?

Przy dwóch katastrofach trudno mówić o serii, ale obie nastąpiły w podobnych okolicznościach i na samolotach wprowadzonych do służby w 2017 r. Czyli w czasach, gdy samoloty pasażerskie nie rozbijają się tak często jak kiedyś.

Ponieważ Boeing 737 Max 8 to najpopularniejsza wersja całej rodziny Max, a PLL LOT zakupiły 12 samolotów tego typu, to dwie katastrofy w odstępie pięciu miesięcy wzbudzają zrozumiałe zainteresowanie. Problem nie leży jednak w Max 8, ale w całej filozofii współczesnego lotnictwa pasażerskiego.

Boeing 737 to najpopularniejszy samolot pasażerski świata. Do dziś dostarczono 10 478 tych maszyn; większość nadal lata. Na drugim miejscu jest Airbus 320 – 8605 dostarczonych samolotów, też w większości wciąż latających. Pierwszy egzemplarz oblatano 9 kwietnia 1967 r., ale dzisiejsze 737 mają z poprzednikami niewiele wspólnego.

Co jakiś czas największa na świecie firma lotnicza Boeing wprowadza na rynek nową generację maszyn. W jej ramach buduje się kilka odmian różniących się wielkością, a dokładnie długością i pojemnością kadłuba, a także pojemnością zbiorników paliwa. Poza tym każdy użytkownik ma swoje indywidualne życzenia co do opcji wyposażenia i konfiguracji miejsc w kabinie.

Co ma Max, czego nie mają inne samoloty

Boeing nadał kolejnym generacjom następujące nazwy: Original, Classic, Next Generation i Max. Zmiany są dość radykalne – nowy typ silników (737 ma dwa), zmiany strukturalne i aerodynamiczne, całkowicie odświeżona awionika (wyposażenie pilotażowe i nawigacyjne, konfiguracja kabiny pilotów), nowe układy sterowania i zmiany w instalacjach samolotu. Generacja Max ma bardzo nowoczesne, oszczędne silniki LEAP-1B konsorcjum CFM International (joint venture między amerykańskim General Electric a francuskim Safranem, dawną Snecmą).

To niesamowite silniki, których sprężarka, wykonana z nowych materiałów, daje spręż aż 42:1, a turbina została wykonana z kompozytowej matrycy ceramicznej, nałożona na bazę z wysokogatunkowej stali tytanowej (z domieszką tytanu), dzięki czemu łopatki turbiny mają zadziwiającą wytrzymałość przy bardzo wysokich temperaturach. Klasyczna stal w takich temperaturach bardziej przypomina plastelinę niż metal. W Maxie przeprojektowano również skrzydło, które przy podobnej nośności ma teraz nieco mniejszy opór, a ponadto wzmocniono podwozie i centralną część płatowca, by samolot mógł startować przy większej masie. Zmiany dotyczą też oczywiście cyfrowej awioniki, układu sterowania i kabiny pilotów, gdzie zastosowano cztery wielkie monitory ciekłokrystaliczne, na których na kolorowo i przy pomocy odpowiednich symboli wyświetla się wszystkie dane dotyczące lotu, nawigacji i stanu technicznego maszyny.

Co najważniejsze w tym wypadku, w samolocie Boeing 737 Max wprowadzono system MCAS (Maneuvering Characteristics Augmentation System) opisany w instrukcji Boeing 737-7/8 System Differences Volume I str. 748. Chodzi o to, że nowe, większe silniki zostały przesunięte do przodu i przy większych kątach natarcia zaczynają generować siłę nośną, zadzierającą nos samolotu do góry, co może prowadzić do przeciągnięcia – zjawisko to za chwilę wyjaśnię. W każdym razie MCAS ma temu zapobiegać, także w sytuacji, kiedy przeciągnięcie grozi z innego powodu. System ten można wyłączyć tylko przyciskiem Cutout lub używając trymera na kolumnie sterowniczej. Nie wyłącza się natomiast, kiedy pilot użyje swojego steru do skorygowania działania automatu, ten zakres automatycznego sterowania się nie wyłącza. Nie wszystkie załogi – jak się okazuje – o tym wiedziały.

Brawa dla (automatycznego) pilota

Wymieniłem tylko podstawowe parametry – komputer uwzględnia znacznie więcej różnych czynników. Cały system jest oczywiście zdublowany tak, że awaria jednej części układu sterowania jest w ogóle nieodczuwalna – inny układ przejmuje funkcję zepsutego i tylko to sygnalizuje, a samolot leci dalej. Na pewno nie dowiedzą się o tym pasażerowie wygodnie śpiący w fotelach lub spożywający skromny posiłek.

Do tego pilot nie musi radzić sobie sam. Może włączyć automatycznego pilota i tylko wprowadzać do niego informacje z pomocą podręcznej klawiatury czy przyciskami usytuowanymi przy ekranach. Samolot może sam zmieniać kurs, wznosić się na większą wysokość, aż osiągnie nakazany planem lotu poziom, albo przejść na zniżanie, kiedy zbliża się do celu. Może nawet wykonać manewr do lądowania, przechwycić ścieżkę nadajników ILS (naziemnego systemu przyrządowego lądowania) albo całkiem gładko wylądować.

Czasem pasażerowie bijący brawo po udanym lądowaniu nie wiedzą, że oklaskują automat, jego konstruktorów i programistów, a nie kapitana i pierwszego oficera w eleganckich mundurach.

Celowo tak dużo o tym piszę. Prawdopodobnie właśnie automatyka i komputery są przyczyną ostatnich nieszczęść. Jeśli to się potwierdzi, to bezpośrednia odpowiedzialność spadnie na firmę Boeing za dostarczenie samolotu, który ma „buga” w systemie komputerowego sterowania. Jeśli. Bo oczywiście na razie nic nie wiadomo, za wcześnie, żeby mówić o przyczynach.

Inna, wiele mówiąca katastrofa Boeinga

Fakty są następujące. 29 października 2018 r. samolot taniego indonezyjskiego przewoźnika Lion Air wystartował z międzynarodowego portu lotniczego Jakarta-Soekarno-Hatta. Maszyna miała trzy miesiące, dostarczono ją w sierpniu 2018 r. Cała obsługa systemów w samolocie jest niemal identyczna co w przypadku poprzedniej generacji 737NG – chodziło o to, by przeszkolenie załóg ograniczyć do niezbędnego minimum. Trudno więc mówić o niedoświadczonej załodze. Jeśli piloci mieli wprawę w lataniu starszymi Boeingami 737 New Generation (wbrew nazwie starszymi od Maxa), to nie powinno być problemu.

Ale problem się pojawił. Już przy oderwaniu się od ziemi wskazania prędkości na monitorach kapitana były błędne i aktywował się automatyczny układ zapobiegający przeciągnięciu. Przeciągnięcie to zjawisko związane ze spadkiem prędkości samolotu, kiedy pilot chce na siłę utrzymać wysokość albo nawet się wznosić, a skrzydła z powodu małej prędkości tego nie zapewniają. Wówczas samolot zaczyna spadać jak kamień i żadne komputery nie pomogą. Chyba że zapewnią odzyskanie prędkości, zwiększając ciąg silników i poprzez przejście na zniżanie, by samolot rozpędzić. Warto zwrócić uwagę na układ zapobiegający przeciągnięciu, bo to właśnie on jest oskarżany o spowodowanie obu wypadków. Na razie nie wiadomo, czy słusznie.

Sterowanie przejął drugi pilot i na podstawie swoich dobrych wskazań zaczął się samolotem wznosić. Po kilku minutach sprawa się skomplikowała, bo po schowaniu klap samolot automatycznie opuścił nos i dał nura. Automat zareagował na nieistniejące przeciągnięcie z powodu błędnych wskazań prędkości i kątów natarcia. Najgorsze jest zaś to, że tego się nie da wyłączyć w tradycyjny sposób. Lekkie wychylenie klap na 5 st. z jakiegoś powodu przerwało działanie automatu. Na chwilę. Później samolot zanurkował ostatecznie i wpadł do morza, zabijając wszystkie 189 osób na pokładzie. Wstępne ustalenia komisji wskazują, że przyczyną wypadku było kilkakrotne „spracowanie” automatu zapobiegającego przeciągnięciu, przy czym automat ten zadziałał absolutnie niepotrzebnie. Co miało tragiczne skutki.

Na czym polega zjawisko przeciągnięcia w czasie lotu

Przeciągnięcie to jedno z najgroźniejszych zjawisk, jakie mogą wystąpić podczas lotu. Wytłumaczmy to najprościej, jak się da. Siła nośna skrzydła zależy od prędkości lotu – im prędkość większa, tym większa siła niosąca samolot. Ale siłę nośną trzeba też regulować inaczej, w przeciwnym razie samolot na dużej prędkości nieustannie by się wznosił, a na małej – opadał. Siłę nośną reguluje się tzw. kątem natarcia. Jest to kąt między płaszczyzną skrzydła a strumieniem napływającego powietrza. Kiedy samolot zadziera nos, to przy danej prędkości siła nośna rośnie, a kiedy go opuszcza – maleje. Rośnie do pewnego momentu. Kiedy osiągnie się tzw. krytyczny kąt natarcia, skrzydło gwałtownie przestaje nieść. Samolot wali się w dół jak kupa złomu, którą nie da się już sterować. Minimalna prędkość, z jaką można lecieć, to taka, przy której samolot utrzymuje się w powietrzu przed osiągnięciem krytycznego kąta natarcia. Czyli: przy zwiększaniu prędkości można utrzymać samolot na danej wysokości przy zmniejszających się kątach natarcia. Ot i cała filozofia.

Ale wciąż zdarzają się przypadki przeciągnięcia i dramatycznej, niekontrolowanej utraty wysokości. Gdy ziemia jest blisko, to kończy się to katastrofą. Gdy samolot jest wyżej, można go z przeciągnięcia wyprowadzić. Trzeba zwiększyć obroty silników do maksymalnych przy jednoczesnym opuszczaniu nosa. I pozwolić samolotowi nieco zanurkować, by nabrać prędkości, tak jak samochodem toczącym się z górki. Wtedy można go delikatnie wyprowadzić i pilnować, by znów go nie przeciągnąć. Zdarza się to szczególnie przy zakrętach, kiedy siła nośna musi być większa niż w prostym locie.

Producenci samolotów chcą zabezpieczyć swoje samoloty przed przeciągnięciem. Jak? Oczywiście z pomocą komputera. Nie ominęło to Boeinga 737 Max. Ma on automat zabezpieczający przed przeciągnięciem. Kiedy kąty natarcia są zbyt duże, a jednocześnie wskazania prędkości dla danego stanu lotu potwierdzają takie wskazania kątów natarcia, komputer wychyla stery wysokości w dół i opuszcza nos. Niezależnie od tego, czy leci automat, czy człowiek ręcznie pilotuje samolot. Dlaczego nie da się tego wyłączyć? Bo różne sytuacje dowodzą, że współczesne załogi samolotów pasażerskich latające wiecznie „na automacie” nie potrafią rozpoznać przeciągnięcia.

Najbardziej znacząca była katastrofa wielkiego Airbusa 330 renomowanych linii Air France, kiedy dwóch teoretycznie dobrze wyszkolonych pilotów „zjechało” przeciągniętym samolotem z wysokości ponad 10 km do samego morza. Zginęli nieświadomi, że popełnili kardynalny błąd, ciągnąc nos samolotu w górę, na wznoszenie, przy prędkości mniejszej niż 200 km/h i kątach natarcia poza granicą dopuszczalności dla lotu. Ich upór przy próbie odzyskania wysokości jest wręcz godny podziwu. Cóż, jeśli jest się specjalistą od wprowadzania danych do komputera i naciskania odpowiednich przycisków, to traci się umiejętność samodzielnego ruszania sterami, a nawet uruchamiania szarych komórek...

Co stało się z etiopskim samolotem

10 marca 2019 r. doszło najpewniej do powtórki z rozrywki. Trudno jeszcze wyrokować, co się stało, ale zapis wysokości tego krótkiego, bo zaledwie kilkuminutowego lotu Boeinga 737 Max 8 linii Ethiopian Airlines, który tego dnia wystartował z portu lotniczego Addis Ababa-Bole, wiele zdradza. Zapis z naziemnego radaru oczywiście, bo pokładowych rejestratorów jeszcze nie odczytano. Wynika z niego, że samolot wznosił się i zniżał, po czym znów się wznosił i znów zniżał… Aż się rozbił. Podejrzenie padło na nieszczęsny układ zapobiegania przeciągnięciu. Prasa na Zachodzie już się nad nim pastwi.

Nawet jeśli to prawda, to praźródłem jest co innego, a mianowicie błędne wskazania prędkości i kąta natarcia. To na podstawie tych wskazań działa automat. Dlaczego te wskazania są, być może, złe? Jak zgłosiła załoga samolotu indonezyjskiego, wskazania kątów natarcia między monitorem kapitana a pierwszego oficera rozjechały się o aż 20 st. Komisje to badają.

Kilka linii lotniczych zawiesiło użytkowanie Boeingów 737 Max. Zrobiły to oczywiście Ethiopian Airlines oraz indonezyjska administracja lotnicza, ale też Cywilna Administracja Lotnicza Chin. Wszyscy żądają wyjaśnień od Boeinga, który jeszcze do niedawna cieszył się rekordowymi zamówieniami na nowy samolot (5000 zamówień i 350 dostarczonych Maxów). Każdy egzemplarz kosztuje od 100 do 135 mln dol. w zależności od wersji.

I co teraz będzie? Zastanawiam się też nad samopoczuciem LOT, w którym latają już pierwsze z 12 zamówionych Boeingów 737 Max 8, w tym jeden tak pięknie pomalowany na stulecie naszej niepodległości...

Ile godzin za sterami

I jeszcze jedna uwaga na zakończenie. Kiedyś spotkałem pilota liniowego, który zapytał mnie, ile wylatałem godzin. Odpowiedziałem, że nieco ponad tysiąc. Pilot rzucił od niechcenia, że on 11 tys. Cóż, zapewne co najmniej 10 tys. przelatał za niego automat. A pozostały tysiąc wylatał na zmianę z drugim pilotem.

Wielkie koncerny usiłują budować samoloty eksploatowane przez ludzi niepotrafiących latać. I które się rozbijają, bo jak się okazuje, ciągle jeszcze człowiek jest mądrzejszy od komputera.