本文授權轉載自張聚恩先生的微信公衆號“聚恩君”(微信號:gh_9cac00d6e540)

【前言】

這幾日,我們在爲距離5000萬光年外的黑洞影像出現在眼前而興奮不已,無疑,這是人類科學認知的新進步。但當我們把目光收回到地球、聚焦於身邊,讓人感到揪心疼痛的還是兩起驚人相似的波音737Max飛機空難。346位同類的鮮活生命頃刻間化作雲煙,其中8位同胞(包括才華橫溢的年輕航空人金也淘)的罹難使我們刻骨銘心。事件初步調查結果已經發布,基本認定事故由飛機的技術缺陷所致。

關於此事,已有不少分析文章與資訊,但我們二人還是決定合寫一篇綜述,以表明我們的態度與認知。我們不贊成“陰謀論”,也不認爲是某些人有意爲之。在人類探索飛行的征程上,註定要付出代價;在改進技術以求至臻的道路上,有失敗有挫折,能夠被理解。但是,飛行安全至高無上,追求安全永無止境,在敬畏生命、確保安全的最高準則面前,資本的逐利如糞土,冷漠與粗疏斷不可容忍。

像波音公司這樣,在印尼獅航事故後,對事故原因不徹查,不能迅速採取有力措施以防範,致相似事故再次發生,這種處置方式與態度,必爲萬夫所指。這樣一個對人類做出貢獻的偉大企業,竟退步至此,確應猛醒了!而作爲航空人士,由於近幾十年來科學技術的堅實進步,認爲現代航空器的質量與安全已達極高水準,偶發的空難基本上非產品設計和技術問題所致,這個認識也就此被顛覆,令人嗟嘆,又發人深思。

這篇綜述共六段,分別是:事件回顧、初步調查結果及相關方主要觀點、737飛機平臺的侷限、國內開展的獨立研究分析、波音面臨百年來最大危機和幾點思考與建議。

(一)事件回顧

3月10日,埃塞俄比亞航空公司一架波音737Max飛機發生墜機空難,這是繼去年10月29日印度尼西亞獅子航空公司空難後,波音同款飛機的第二起事故。雖然最終調查結果還需要一段時間,但從4月4日埃塞俄比亞交通部公佈的初步調查結果看,該型飛機上的機動特性增強系統(MCAS)是事故直接原因的結論可基本確定。時隔不足5個月,一款波音經典機型竟因改型技術缺陷,導致346名乘客喪命,事故之密集、之慘烈,令人悲傷與震驚。該事件對波音公司不啻“山崩海嘯”,對全球航空界也將產生深遠影響。空難發生後的主要動態如下:

3月11日,中國民航局發佈《民航局要求國內運輸航空公司暫停波音737-8飛機商業運行》通知,在全世界率先停飛波音737Max飛機;這一決定反映我國話語權的增強,體現對民航安全的高度重視。

3月12日,歐洲航空安全局(EASA)宣佈在歐洲空域禁飛737Max飛機;全世界20餘個國家亦停飛該型飛機。

3月13日,在總統特朗普的督促下,美國聯邦航空管理局(FAA)和波音公司決定停飛737Max飛機。至此,擁有此型飛機的47個國家、376架運營飛機全面停飛。

3月14日,事故飛機的飛行數據記錄器和駕駛艙聲音記錄器(FDR,俗稱“黑匣子”)送往法國進行數據分析。同日,波音公司發表聲明,爲了應對737Max飛機的全球停飛,暫停737Max飛機的交付。此前,波音737飛機的月產量已達52架。

3月18日,媒體報道稱,美國司法部、交通部對FAA展開調查,以判斷其是否存在失察行爲。

3月19日,法國交通事故調查局(BEA)稱,初步分析表明,埃塞航與印尼獅航兩起空難明顯相似,疑與波音737Max飛機的自動防失速系統(也稱機動特性增強系統MCAS)關聯;並稱有關數據已轉交埃塞俄比亞政府。美國白宮發佈一項單獨的人事聲明,特朗普提名史蒂夫·迪克森擔任FAA局長,任期五年(此前,該職務空缺14個月)。FAA宣稱,正在審覈波音爲737 Max客機制定的軟件修復計劃,以爭取讓該型飛機早日復飛。EASA和加拿大有關方面則分別表示,未來將對737Max飛機進行獨立的安全認證,並將對MCAS系統進行“詳盡的審查”。

3月20日,波音CEO米倫伯格發表講話及致航空公司、乘客和航空界的公開信,表達悲痛之情,承諾支持調查,瞭解事實,採取措施,確保安全。

3月21日,美媒稱,聯邦調查局(FBI)介入對波音737Max系列客機認證過程的刑事調查,爲美國交通部正在進行的對FAA有無失察行爲的調查提供支持。

3月27日,波音公司稱,已經開發了升級軟件,CEO米倫伯格參與了空中測試。

4月1日,FAA發表聲明,預計在“未來幾周”內將收到波音737Max飛機軟件升級最終方案申請。一旦收到申請,將對更新後的軟件進行“嚴格的安全審查”。

4月4日,埃塞俄比亞交通部發布初步調查報告,稱ET302航班的飛行員遵守了波音規定的所有程序,但依然失去了對飛機的控制。同日,米倫伯格首次承認737Max飛機的MCAS系統導致事故的發生。FAA在一份聲明中稱將與美國航空航天局(NASA)、國際航空管理局成立聯合工作組,對波音737Max飛機的自動飛行控制系統進行全面認證審查。

4月8日,發生一件與空難沒有直接關係、但有相關影響的事件,美國宣佈將對來自歐盟價值超過110億美元的進口產品加徵關稅,以“懲罰”其對空客公司的補貼。4月9日,特朗普在推特上宣佈此消息。這令美、歐間自2004年以來長達15年的補貼訴訟大戰再次白熱化。消息發佈後,空客股價當天下跌2.3%。

4月9日,應FAA的邀請,中國民航局派兩名專家赴美參加波音737Max飛機的安全性評估工作。

4月12日,FAA代理局長丹•埃爾維爾與西南、聯合、美國三大航空公司(停飛前均運行波音737Max飛機)代表會晤,聽取關於飛機安全性問題的意見。

(二)初步調查結果及相關方主要觀點

埃塞俄比亞發佈的調查報告包括四個初步結論:執飛ET302航班的飛機擁有飛行資質;飛行員符合資質要求並且參加了必要的培訓;飛機的起飛正常;飛行員遵從了波音的所有程序後依然失去了對飛機的控制。報告給出兩條建議:一是波音應該重新審查737Max飛機的MCAS系統;二是航空管理局應在確保飛行員對新系統有足夠了解與培訓的基礎上再批准這一機型復飛。並聲明,後續調查將繼續進行,最終結果可能需要六個月到一年的時間。

在初步調查報告發布後,此前一直不明確承擔責任的波音公司首次承認在這兩起空難中MCAS均被迎角傳感器的錯誤數據激活,並同駕駛員爭奪飛機的控制權,導致飛機最終失控;對ET302的悲劇表示“道歉”。並稱,軟件升級工作已接近尾聲,預計將在未來幾周之內獲得認證,將在全球的737Max飛機上安裝。同時,決定從4月中旬開始將737飛機的產能從每月52架削減到42架;還將成立一個內部安全委員會,以審覈在設計和研發飛機方面的政策和流程,保證737Max飛機及其他項目遵從最高安全標準。波音公司近期又承認737Max飛機的軟件系統還存在一個“相對較小”、但對飛行安全存在重要影響的問題,該問題會影響到飛機襟翼和其他保持飛行穩定的硬件,FAA已將該問題對於飛行安全的影響列爲“緊急”項,並責令波音修復。

美國國家運輸安全委員會(NTSB)主席羅伯特·薩姆沃特表示,初步調查報告“非常全面”,對埃塞俄比亞政府在不足30天內提出的調查報告高度認可。但也提出警示,這是一份初步報告,事情可能會有所改變。NTSB派代表參加了埃塞航和2018年10月印尼獅航737Max飛機在類似情況下墜毀的調查。兩起事件的初步報告都強調了錯誤的迎角傳感器讀數,以及飛機重複自動向下俯衝的情況。事故聚焦在飛機的MCAS,以及它如何響應錯誤讀數而被激活。

這兩起相同機型先後墜毀的事件,也將FAA推上了風口浪尖。此前有報道披露,波音公司一直淡化MCAS可能存在的安全問題,而FAA長期以來竟將安全認證工作交給波音自行評估,甚至允許波音自行任命負責測試和安全的人員。4月1日,面臨巨大輿論壓力的FAA宣佈,機構將需要更多時間對波音737Max飛機的飛行控制系統進行嚴格審查,不會讓其很快復飛。

關於自動控制和人工控制孰優孰劣的討論值得關注。有文章從初步報告中解讀出,造成MCAS激活的傳感器故障不能算作波音飛機的設計缺陷,進而責怪人們“無法原諒自動控制體系缺陷導致的失誤”。這種觀點是偏頗、不實事求是的。人們對於波音的抨擊並非出於對自動控制技術的懷疑與排斥,而是說採用自動控制技術必須考慮到極端情況,甚至越是在極端情況下高出人的能力的自動控制功能才越有價值。

事件的調查還在繼續,除了MCAS系統的問題外,別的方面的原因或誘因,如自動防失速功能的影響範圍、埃塞航機組的操作、迎角傳感器的故障等,也將一一查清,相信一定會得到一份完整、全面、科學的最終報告,但願用血的代價換來民用航空器設計、製造與管理,尤其是飛行自動控制技術的又一次重大進步。

(三)737飛機平臺的侷限

儘管波音首次向公衆承認是技術缺陷導致了這兩起空難,是MCAS設計出現了邏輯不合理的錯誤,但筆者認爲,背後更根本的問題是737飛機原始平臺的侷限。

2009年1月,中國商飛公司(COMAC)正式發佈C919方案;同年12月,選定斯奈克瑪國際(CFMI)公司研發的LEAP-X發動機爲動力裝置,代號LEAP-X1C。LEAP-X發動機是爲單通道大型客機研製的,C919是選用該型發動機的全球第一款飛機。由於選用這款先進高涵道比發動機及採用其它技術措施,使C919較之空客320和波音737客機基本型,擁有燃油效率降低13%的綜合優勢。

2010年12月,空客公司宣佈啓動採用LEAP發動機(代號1A)的A320Neo飛機的研發。在競爭態勢下,2011年8月,在遲於空客開始320Neo飛機研發九個月後,波音啓動了737Max飛機計劃,同樣選用LEAP發動機(代號1B)。兩家公司分別把A320Neo和B737 Max兩款飛機的交付時間定在2016年和2017年。至此,世界三款同類型單通道客機都選用了LEAP發動機。

然而在飛機整體構型上,設計於上世紀60年代的波音737基本型存在先天不足,主要問題是起落架高度不夠,致使換髮遇到困難。一方面,機翼下沒有足夠空間吊掛LEAP發動機,另一方面,爲使發動機效能得以充分發揮,不能像早前的其他737改型飛機那樣,對所用的CFM56發動機削平下緣,於是,就只能將發動機短艙挪至更高、更向前的位置。由此對原構型佈局的氣動性能造成破壞,尤其是起飛階段大迎角狀態下問題更爲嚴重。

飛機在大迎角飛行時,移位後的發動機短艙會產生非線性變化的升力,使飛機產生自動上仰的趨勢,容易引發控制上的不穩定。此時,駕駛員使用原有的機械操縱系統難以操控和穩定飛機,需要引入自動飛行控制功能來保證飛機的穩定性。波音採用的方法是,在原機械操縱系統之上增加一套軟件“補丁”,即增設機動特性增強系統MCAS,以解決大迎角下的操穩特性問題。其基本設計邏輯是,在迎角大到一定程度、襟翼已經收起的情況下,使系統自動開啓,以調整安定面,壓低機頭。

這個補救性開發,立意雖無錯,但在設計軟件時,出現了兩個不合理之處,一是其優先級高於駕駛員,造成自動系統與駕駛員爭奪權限;二是自動系統可以由來自單一迎角傳感器的輸出而激活,且一旦激發,很難關閉。這樣一個方案,雖看似解決了飛機平臺和新發動機不匹配問題,但超越了原始設計的安全極限,埋下了禍根。

由此,事故原因的遞進關係可初步認定爲,飛機佈局的調整導致了大迎角下穩定性降低,針對駕駛員使用原有的機械操縱系統難以應對的情況,引入防失速系統自動控制功能,但是,具有技術缺陷的MCAS解決方案,被單一的迎角傳感器輸出激活,啓動後權限高於駕駛員且難以關閉,以致形成向下俯衝,釀成空難。

波音737飛機原本是非常成功的設計,但老舊平臺與新型高效大涵道比發動機不相容的問題在改型時被放大。引入MCAS軟件是不得已而爲之,卻付出了最重要的安全性作代價。可行的解決方案,一是重新設計機翼,二是改用完整的電傳飛控系統,可惜都未採用。即使一定要用MCAS,也應該採用三個以上的迎角傳感器,容許其中一個出問題,但是波音也沒有添加傳感器,反而使MCAS在只讀取一個傳感器非正常數據時,就自動激活,以致造成慘劇。 對於波音這樣的業界翹楚,出現這樣的問題,決不是單純技術認知問題,只能用急匆匆應對競爭、內部研發決策與審查流程出了大問題來解釋。

(四)國內開展的獨立研究分析

空難發生後,在等待事故調查結果的同時,我國專家也進行了獨立研究,提出了自己的見解。中國航空工業發展研究中心(ADR)陸峯等研究人員,早在獅航空難後不足一個月的2018年11月27日發表《印尼獅航波 音737Max客機墜機事故原因的專利分析》一文,從專利角度,做出了可信的、有深度的分析。在當時波音公司並未認真查找原因、採取措施,業界許多人也輕易相信波音,在潛意識裏把事故歸咎於印尼獅航是廉價航空公司,以致對這個驚天慘禍並未引起足夠關注的情況下,他們透過波音在中國申請的有關MCAS的專利,對這個系統的得失利弊做了視角獨特、又言之有據的分析,當時他們就指出MCAS存在邏輯錯誤,推斷飛機的設計缺陷是獅航事故的主要原因;FAA在飛機的適航審定環節可能存在漏洞;獅航空難後波音發出的緊急操作通告不足以指引飛行員排除險情;中國應該對MCAS進行專門評估驗證,必要時應該停飛737Max飛機,否則有可能再次引發災難。

埃塞航空難發生後,陸峯等人繼續跟進事態發展,進行研究,並多次發文。在去年11月專利分析的基礎上,他們進一步深化,主要見解是:從相關專利看,MCAS系統的設計確有重大缺陷,MCAS系統的邏輯錯誤有可能釀成大禍。從飛行動力學原理推斷,失速保護功能不能僅依靠MCAS來實現。獅航空難後,波音的應對措施有誤。FAA在737Max飛機的適航認證工作中存在失職。這些分析意見,得到了行業內外的廣泛關注和認同,大部分結論也在事故的初步調查報告中得到了印證。他們的最新研究還發現,除了MCAS系統外,737Max飛機上可能還有其他失速保護系統在不被察覺地控制飛機。雖然有待確認,但可能會對波音737Max的安全性評估提供更完整的視角。

他們並建議,我國民航局應對波音737Max飛機進行獨立的適航驗證。積極參與有關調查與評估工作,增加話語權,積累經驗。民機製造商應加倍重視飛機總體設計和飛控軟件安全問題。同時,應高度重視專利情報分析和專利信息傳播的作用。

(五)波音面臨百年來最大危機

波音公司從1916年誕生以來,逐步發展壯大,成爲軍民航兼營、空天一體的航空航天業的旗艦公司,其中的民用航空器製造更取得巨大成功,帶給人類以福祉。但在這兩起空難中,波音的表現讓人極其失望,甚至是憤怒;而從中暴露出的公司治理、技術研發策略與流程等方面的問題令人震驚。這家“百年老店”正面臨史上最大危機。

公司市值受貶立見,雖然因業務多元,政府給予顯性或隱性的強力支持等原因,股價目前的下跌還僅10%左右,但勢頭不好;同時,還將面臨航空公司和死難者家屬的鉅額索賠。更嚴重的是由於公衆對於該型飛機失去信任,該機將難以獲得新訂單,原有逾5000架儲備訂單將難以維持,6000億美元的預期銷售收入將大部流失。該事件不僅危及波音在窄體客機世界市場的半壁江山,還將導致對波音的整體信用危機,嚴重影響公司的長期發展。

同期,在軍用飛機業務方面,波音也出現了產品質量問題。由於交付的KC-46A“飛馬”新型軍用加油機在多個部位發現了包括工具和其他金屬物體在內的“異物碎片”(FOD),出現了低級質量問題,美國空軍在今年1月憤怒叫停交付。3月22日,美國空軍透露KC-46加油機也使用了類似737Max飛機的MCAS軟件,儘管兩個系統存在差異,但空軍參謀長已經下令審查飛行員培訓程序,確保在緊急程序和模擬器培訓方面有足夠的應對。

(六)幾點思考與建議

根據以上認知,提出幾點思考與建議。

(1)我國民航局應對波音737Max飛機進行獨立適航審定

在接受FAA邀請後,中國民航局已派專家參與波音737Max飛機安全評估工作。但同時,仍應對該型飛機進行獨立適航審定。爲此,應要求波音提交全面、詳細的相關資料,制定合理可行的試驗大綱,並使培訓到位。

(2)我國大飛機研製應吸取教訓,進一步提高安全性

首當其衝的是飛控系統。波音飛控系統設計缺陷導致的空難,給所有飛機製造商敲響了警鐘,我們應在飛機研製過程中吸取教訓,在把預期的C919飛機性能百分之百實現的同時,要進一步提高飛機的安全性,做到萬無一失。

(3)應十分重視專利的作用,加強專利分析工作

在民用飛行器研製中,除了產品與市場方面的直面競爭外,還有一個應予注意的問題,就是航空強者在中國的專利佈局。爲了競爭的需要,爲了封堵後來者的發展,波音在中國申請了一系列專利,包括這次出事的MCAS系統。

專利申請有兩重性。申請人申請並獲批的專利,在法定期限內,其他人與機構不得使用;但申請人在申請專利時,勢必要披露相應的技術思路與內容,又爲研究這些方面的技術提供了可能。所以需要全方位、多維度地重視專利工作,認真研究與借鑑他人專利,不落入別人設下的專利陷阱,同時努力催生並保護好自己的專利。

在繼續發展我們的民用飛機的進程中,如何規避在飛行控制系統以及其他方面的波音中國專利,走自己的路,形成具有自主知識產權的系統能力,以確保國產飛機的高性能與高安全性,是一個很現實的問題,需要有應對之策。

(4)關於一些深層次問題的思考

兩起空難的發生,還使民機發展中的一些深層次問題浮出“水面”,如老舊機型持續改進的侷限與極限,飛機與發動機的匹配(構型、氣動等),商業利益與安全基線,適航管理的程序與約束(如對改進型的定義與適用性),安全管理中的有關方責任等。對這些問題需要思考,達成新的認知,找出解決之道,完善或制訂規範。在某種意義上,這些問題也是整個航空界面臨的共同問題與新挑戰。

本篇供稿:系統工程研究所

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