3月10日，埃塞俄比亞航空班機ET320從亞的斯亞貝巴博萊國際機場起飛，前往肯尼亞首都內羅畢，但僅僅6分鐘後失去聯繫並墜毀，機上157人全部遇難，包括149名乘客和8名機組人員。

　　失事客機是一架波音737MAX-8，剛於2018年11月交付。令人不安的是，這並非孤例：2018年10月29日，印尼廉航獅航集團的一架波音737MAX8客機在印尼爪哇島海域墜毀，機上189人全部遇難。根據黑盒子記載，墜機情況十分相似。兩起空難被懷疑與波音的失速控制系統有關。

　　4月4日，波音公司總裁兼CEO丹尼斯.米倫伯格（Dennis Muilenburg）通過視頻向遇難者家屬正式致歉，並首次承認“737MAX的機動特性增強系統（MCAS）導致了事故的發生”。

　　到目前爲止，關於埃航事故的具體原因還在調查中，尚未得出結論。但這場空難暴露出的737MAX在飛行控制系統上的設計缺陷，已導致該機型的飛機在全世界範圍內停飛。

　　那麼，新聞中反覆提到的“失速”、自動控制系統，是怎麼一回事呢？

　　飛機的“迎角”與“失速”

　　飛機之所以能升空，升力是關鍵。簡單而言，飛機要想產生升力，其機翼必須與空氣有相對運動（空氣動力），或者說，必須有具備一定速度的氣流流過機翼表面。飛機的升力，即來源於氣流作用在機翼上、下表面的壓力差。

　　這個壓力差是怎麼產生的？最直接的因素就是機翼的剖面形狀，稱爲翼型。從剖面上看，大部分亞音速飛行的機翼的前端圓鈍、後端尖銳，上表面拱起、下表面較平，呈魚側形。假設翼型有一個不大的迎角，當氣流迎面流過機翼的前緣時，原來的一股氣流被分成上下兩股，分別流經機翼的上下表面，在後緣又合成一股。

　　由於機翼上表面拱起，使上方氣流的通道變窄，流速變快；而下翼面的氣流流動通道擴大，流速減小。根據伯努利定理（氣流速度越快，壓強越小），機翼上方的壓強降低，下方壓強增大，於是就在上下翼面之間形成了一個壓強差，從而產生一個向上的合力。這個合力的垂直於氣流方向的分量即爲升力。

　　圖注：翼型的上下翼面氣流模擬；來自網絡

　　但影響飛機升力的因素不止於此，它還與迎角的大小有關。迎角也叫攻角，是指飛機機翼的翼弦（機翼前緣-後緣連線）與相對氣流之間的夾角。可以想象，迎角對流過上下翼面的氣流也有直接影響，從而對飛機的升力產生影響。

　　圖注：飛機的迎角，黑色箭頭表示相對氣流的方向；來自網絡

　　對於同一個機翼，迎角不同，產生的升力也不同。一般而言，不對稱的流線翼型（例如“上凸下平”翼型）在迎角爲零時仍可產生升力，而對於對稱翼型（通常見於平尾）和平板翼型，這時產生的升力爲零。隨着迎角的增大，無論是對稱翼型，還是不對稱翼型，升力都會隨之增加（就像風箏，只要迎角合適，依然能夠產生升力）。但是，當迎角增大到一定程度時，氣流就會從機翼前緣開始分離，尾部會出現很大的渦流區，導致升力突然下降、阻力迅速增加。這種現象稱爲“失速”。

　　失速剛剛出現時的迎角稱作臨界迎角（多數翼型失速迎角爲十幾度），它代表在其它條件相同的情況下，飛機得到最大升力的迎角。

　　根據模擬數據，當失速發生時，繞過機翼上表面的氣流由於空氣自身粘性的作用，流速會減慢，甚至減慢到零，而上游還有尚未減速的氣流仍然源源不斷地流過來，此時減速了的氣流就成爲了阻礙，最後氣流就不可能再沿着機翼表面流動了。這時機翼的上下表面無法再形成足夠的壓強差，也就不能形成足夠的升力，導致飛機不能保持正常飛行。

　　所以，失速並不是指飛機速度不足，而是指流經機翼上表面的氣流速度不夠，不足以平滑地流動到後緣。很多的航空事故都是由於失速引起，因此，飛機都要求在臨界迎角（最大升力的迎角）以下一定範圍內飛行，不允許靠近更不允許超過，以避免發生失速的危險。

　　圖注：失速時，飛機上翼面的氣流變得紊亂，不再貼着翼面滑過（下圖）；來自網絡

　　飛機的“低頭”和“擡頭”

　　那麼，飛機在上升和下降的過程中，是如何控制迎角的呢？這就要說到“擡頭”和“低頭”操作了。

　　飛機的飛行姿態直接受操縱面（即翼面的可動部分）控制。操縱面主要包括副翼（兩側機翼後緣遠離機身處）、方向舵（垂直尾翼後緣）和升降舵（水平尾翼後緣）。其中兩個副翼相互配合，可以使飛機傾斜（改變機翼後緣的偏轉角度從而分別改變兩側機翼的升力，比如一邊升力變大，一邊升力變小，使得飛機滾轉）；方向舵可以左右擺動，幫助飛機轉向；升降舵可以上下翻轉，幫助飛機下俯或上仰（通過調整水平尾翼的後緣部分的偏轉角度，改變尾翼的受力），也就是“低頭”或“擡頭”，從而改變機翼的迎角。

　　飛行員利用駕駛杆和腳蹬舵，就可以控制它們，方便自如地改變飛機的飛行姿態，如上升、下降和轉彎等。

　　圖注：飛機的主要操縱面；來自網絡

　　通常飛行員在操縱飛機的過程中，沒有辦法用肉眼來觀察自己正在駕駛的飛機的迎角，因此要引入機器來輔助測量迎角，這個機器就是迎角傳感器。迎角傳感器與駕駛艙中的大氣數據計算機相連，將測量數據經校正後輸給儀表顯示和失速警告系統。當實際迎角接近臨界迎角時，失速警告系統即發出各種形式的告警信號。

　　跟汽車有自動駕駛一樣，飛機也有飛行控制系統。飛行控制系統已有100多年的研製歷史，早在有人駕駛飛機出現之前，自動飛行裝置就已問世，用以全部或部分地代替飛行員控制和穩定飛機的運動。

　　不過，就像無人駕駛汽車剛剛問世時大家所質疑的問題一樣，機器在執行確定任務的時候，大多數情況下確實比人更精確更可靠，但機器也有設計得不合理或者會壞掉的時候，如何才能保證它們絕對可靠呢？

　　此次埃航失事可以說就是印證了這種擔憂。

　　據悉，飛機失事前，飛行員啓動了飛行控制系統中的自動預防失速系統，即致歉視頻中提到的機動特性增強系統（MCAS）。該系統原本的作用是協助機長避免錯誤地把機頭提升至過於危險的高度（即超過臨界迎角）。然而飛機的迎角傳感器似乎出現了一些問題，錯誤地給出了迎角過大的數據和警告，於是自動預防失速系統介入飛行員的操作，直接接管飛機，開始執行低頭操作，使得飛機減小迎角而向下俯衝。

　　當飛行員發現問題之後，手動操作試圖擡升機頭，但沒一會自動預防失速系統又大幅度降低飛行角度，最終導致飛機被強制俯衝而墜毀。在這場機器系統和人的博弈中，最終機器“贏”了，而人付出了慘痛的代價。

　　這場空難令很多人質疑波音737Max-8的飛行控制系統存在設計上的缺陷，導致該機型的飛機在全世界範圍內停飛。4月4日波音總裁的致歉視頻正面迴應了這一質疑：“兩個航班的機動特性增強系統（MCAS）爲了迴應錯誤的迎角信息而啓動。”

　　埃塞俄比亞交通部長達格維特.莫斯（Dagmawit Moges）在新聞發佈會上澄清：失事飛機在墜毀前反覆俯衝，飛行員在處理緊急情況時，遵循了適當的操作程序；事故確係自動控制系統出錯所致，而非此前傳言的飛行員誤操作。

　　圖注：埃塞俄比亞交通部長在新聞發佈會上；來自網絡

　　或許，在對波音公司和相關監管機構問責的同時，我們也應該思考一下，在面臨人類關鍵問題的時候，到底應該在多大程度上依賴機器智能？

　　還有哪些原因可能導致墜機

　　導致飛機墜毀的可能原因較多，約50%是由飛行員操作失誤引起的。例如2015年2月4日，臺灣復興航空235號航班撞上了高速公路的高架橋，機上58名乘客中的43名遇難。根據調查報告，飛機剛從臺北松山機場起飛後一個發動機失去了動力。然後機長不小心將正常運行的發動機關閉，導致機身大幅度傾斜並撞到高架橋，最終飛機俯衝墜落到下方的基隆河裏。

　　有約22%是機械故障產生的。2018年10月27日晚8點40分左右，英超萊斯特城俱樂部老闆維猜所乘坐的直升機在王權球場外墜毀。根據調查報告，在直升機駕駛艙中，一個控制直升飛機尾槳的方向舵踏板和連接飛機尾槳的連桿出現了機械故障，這個故障導致直升機尾槳的槳距出現問題，直升機出現了不受控制的向右旋轉，最終墜毀在球場之外。

　　另有約12%是天氣原因導致的。儘管有許多新的電子設備投入使用，包括陀螺儀、衛星導航系統和大氣數據系統等，但飛機在風暴、大雪和霧天中依然十分脆弱。2019年2月23日下午12點40分左右，亞馬遜一輛物流貨機在美國“三一海灣”墜毀，可能是天氣原因導致，當時有較大的西北風。

　　還有9%是破壞行爲，如恐怖襲擊。2015年10月31日，俄羅斯科加雷姆航空公司一架從埃及紅海旅遊城市沙姆沙伊赫飛往俄羅斯聖彼得堡的航班在西奈半島遭遇炸彈爆炸襲擊墜毀，217名乘客和7名機組人員無一生還。極端組織“伊斯蘭國”在西奈半島的分支通過網絡發佈聲明，宣稱制造此次墜機事件。

　　剩下的7%則是各種各樣的人爲失誤。如航空管制員、調度員、裝貨員、燃料裝填員或維修工程師等都可能犯災難性的錯誤。1999年2月24日16時30分左右，中國西南航空公司的一架航班從成都——溫州，在溫州瑞安上空1200米高度以俯衝姿態墜毀。經過調查，最大可能是錯誤地安裝了不符合規定的自鎖螺母，而在維修中又未能予以發現，飛機飛行中螺母旋出，連接螺栓脫落，造成飛機俯仰通道的操縱失效而失事。

　　儘管近幾年接二連三的空難讓飛機出行的安全性成爲爭議焦點，但從大數據的統計上來講，飛機發生事故的概率（0.46%%）要遠低於汽車（8.10%%），它仍然是除火車之外最安全的交通出行方式。

　　作者 | 鞠思婷 科學出版社

　　審稿 | 戴玉婷 北京航空航天大學飛機系副教授

　　編輯 | 高佩雯

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