Der 1,5 Meter lange Riss, der sich in der oberen Kabine des Southwest Airlines Fluges 812 von Phoenix nach Sacramento am Freitag auftat, wird einen tiefgreifenden Einfluss auf die Art und Häufigkeit der Wartung von Verkehrsflugzeugen haben. Die Federal Aviation Administration (FAA) hat am Dienstag eine Direktive herausgegeben, die anordnet, dass etwa 175 Boeing 737-Flugzeuge – 80 davon sind in den USA registriert, die meisten davon werden von Southwest betrieben – mit einem elektromagnetischen Gerät untersucht werden, das Metallermüdung erkennen kann.
Die FAA zielt auf Boeing 737-Flugzeuge der Serien 300, 400 und 500 ab, die mehr als 30.000 Flugzyklen (Starts und Landungen) angesammelt haben, um eine Wiederholung des Vorfalls vom 1. April zu verhindern. Der Rumpf einer 15 Jahre alten Boeing 737-300 von Southwest riss 18 Minuten nach dem Flug in einer Höhe von etwa 10.670 Metern und zwang die Piloten zu einer Notlandung auf der Marine Corps Air Station Yuma in Arizona.
Das National Transportation Safety Board (NTSB) sagt, dass seine Ermittler Risse in Teilen des Überlappungsstoßes gefunden haben, die auf zwei Linien von Nietverbindungen verlaufen, die sich über die gesamte Länge des Rumpfes des an dem Vorfall beteiligten Flugzeugs erstrecken. Spätere Inspektionen von Southwest ergaben Risse in den Überlappungsverbindungen an fünf weiteren Flugzeugen, die ebenfalls geerdet wurden. Bei der durchgeführten elektromagnetischen Wirbelstromprüfung wird eine Sonde verwendet, die hoch- und niederfrequente Signale in die Haut des Flugzeugs sendet. Die Sonde wird von einer Niete zur nächsten bewegt. Jeder Riss im Metall verändert das Stromsignal und weist die Inspektoren auf ein mögliches Problem hin.
Die Nietverbindungen, die bei Flug 812 versagt haben, wurden nicht ausgiebig geprüft, weil man dachte, sie seien nicht anfällig für Ermüdung, so das NTSB. „Was wir bei Flug 812 gesehen haben, war ein neues und unbekanntes Problem“, sagte Mike Van de Ven, Executive Vice President und Chief Operating Officer von Southwest, in einer Pressemitteilung.
Southwest, die größte US-amerikanische Inlandsfluggesellschaft mit mehr als 3.400 Flügen täglich, verfolgt ein Geschäftsmodell, das sich ausschließlich auf Boeing 737-Flugzeuge stützt, die größtenteils häufige Flüge auf stark frequentierten Regionalstrecken durchführen, obwohl die Fluggesellschaft in den letzten Jahren in den Mittleren Westen und an die Ostküste expandiert hat. Diese Herangehensweise, zusammen mit dem „bare-bones service“, spart Southwest Geld, belastet aber auch die Flugzeuge stark.
Scientific American sprach mit Snorri Gudmundsson, einem Assistenzprofessor für Luft- und Raumfahrttechnik an der Embry-Riddle Aeronautical University in Daytona Beach, Fla, über die Ursachen von Rissen, wie sie zum Bruch des Rumpfes geführt haben könnten, was die Passagiere des Fluges 812 erlebten, als sich ihr Flugzeug öffnete, und wie neuronale Netzwerke eines Tages in der Lage sein könnten, Risse zu erkennen, bevor sie zu einem Problem werden. Bevor er zu Embry-Riddle kam, arbeitete Gudmundsson 15 Jahre lang als Flugtestingenieur, Strukturingenieur und Chef-Aerodynamiker bei Cirrus Aircraft in Duluth, Minnesota.

Was sind einige der Gründe, warum Risse in der äußeren Aluminiumhaut eines Flugzeugs auftreten können? Was könnte den Riss verursacht haben?
Um Komfort zu bieten oder es einem Passagier überhaupt zu ermöglichen, in einer Höhe zu leben, in der es effizient ist, ein Düsentriebwerk zu betreiben – zwischen 30.000 und 40.000 Fuß – muss man die Kabine unter Druck setzen, so dass der Druck in der Kabine der gleiche ist wie auf Meereshöhe.* Es gibt eine Analogie zu einem Ballon – wenn man einen Ballon aufbläst, ist der Druck im Inneren des Ballons höher als der Außendruck, weshalb er sich ausdehnt. Bei jedem Flug hebt das Flugzeug ab, fliegt in diese Höhen und setzt den Rumpf unter Druck. Beim Sinkflug wird der Druck im Rumpf wieder abgebaut. Und so geht es bei den folgenden Flügen immer wieder. Jeder dieser Vorgänge wird als Zyklus bezeichnet. Man übt im Grunde Kraft auf das Aluminium des Flugzeugs aus und entlastet es. Irgendwann beginnt das Aluminium nachzugeben, und dieses Phänomen wird Ermüdung genannt. Wenn man ein Flugzeug zehntausende Male mit Druck beaufschlagt, verändern sich die Materialeigenschaften – und eines Tages fliegt es und hält den nächsten Zyklus einfach nicht mehr aus.
Wie häufig sind die Risse, die im Flugzeugrumpf gefunden wurden?
Risse wie diese sind bei Aluminium üblich. Je länger das Flugzeug in Betrieb ist, desto häufiger treten sie auf. Wo der Riss am Flugzeug auftritt, bestimmt, ob es sich um ein Ärgernis oder eine ernste Sache handelt. Die Leute, die diese Flugzeuge konstruieren, wissen, wo die kritischsten Bereiche sind, und sie sagen dem Betreiber, welche Bereiche er besonders gut und welche er vielleicht weniger gut inspizieren soll. Je älter das Flugzeug ist, desto häufiger treten diese Risse auf und desto schwieriger ist es, sie im Auge zu behalten. Wenn man die Mechaniker diese Stellen nicht sorgfältig genug inspizieren lässt, können ein oder zwei oder drei unter dem Radar durchrutschen und so etwas wie das hier kann passieren.
*Anmerkung der Redaktion (4/08/11): Gudmundsson hat später klargestellt, dass der Kabinendruck von der Dichtungsebene bis zu etwa 1.500 Metern reicht.
Die betreffende Boeing 737-300 ist seit 15 Jahren im Einsatz. Ist das eine lange Zeit für diesen Flugzeugtyp?
Es ist eigentlich nicht so sehr eine Frage des Alters in Jahren als vielmehr eine Frage, wie viele Zyklen das Flugzeug in 15 Jahren hat. Es scheint, dass das Geschäftsmodell von Southwest eines ist, bei dem einige ihrer Flugzeuge bereits alt sind und bereits Tausende von Zyklen haben, wenn sie sie erwerben, und sie betreiben sie so schnell, dass sie diese kritische Anzahl von Zyklen vielleicht schneller erreichen, als sie es bei einer anderen Fluggesellschaft tun würden. Um Ihnen eine Vorstellung zu geben: Eine Boeing 737 könnte für 70.000 Zyklen ausgelegt sein, was bei einem normalen Betrieb über 20 Jahre hinweg passieren könnte. Der Aloha Airlines Flug 243, bei dem es 1988 während des Fluges zu einer explosiven Dekompression kam, bei der ein Teil des Daches brach und eine Flugbegleiterin ums Leben kam, war eine Boeing 737-200, die etwa 90.000 Zyklen durchlaufen hatte, als der Vorfall passierte.
Wie war es für die Passagiere an Bord des Southwest-Fluges 812 zu erleben, als die Kabine riss?
In solchen Situationen sitzen Menschen, die in einer Atmosphäre saßen, die etwa 5.000 Fuß über dem Meeresspiegel entspricht, plötzlich in einer Atmosphäre, die 30.000 oder 35.000 Fuß entspricht. An diesem Punkt beginnt die Luft im Körper zu entweichen, aber der größte Schrecken für die Menschen wäre wahrscheinlich das knallende Geräusch, das mit dem Bruch verbunden ist, gefolgt von einer sehr schnellen Ansammlung von Kondenswasser an den Fenstern – das schnell wieder verschwindet.* Sauerstoffmasken kommen herunter. Es ist eine sofortige Prozedur für Piloten, wenn sie erkennen, dass es eine schnelle Dekompression im Flugzeug gibt, auf 14.000 Fuß abzutauchen, denn unterhalb dieser Höhe ist fast jeder Mensch in der Lage zu atmen. Diese Art von Tauchgang erfolgt normalerweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 4.000 Fuß pro Minute, und ich schätze, das wäre auch eine furchterregende Erfahrung, denn die meisten Passagiere werden nicht erkennen, dass dies eigentlich getan wird, um ihr Leben zu retten. Der Pilot bringt das Flugzeug schnell irgendwohin, wo es sauerstoffreiche Luft gibt.
Würde ein fünf Fuß mal ein Fuß großer Riss, wie er bei Southwest Flug 812 auftrat, das Flugzeug für den Piloten stark destabilisieren?
Dies war ein viel zu kleiner Riss, um ein Problem in Bezug auf die Stabilität des Flugzeugs zu sein.
Das Flugzeug hatte seinen letzten „Heavy Check“ im März 2010 erhalten. Wie hätte man die Ursache für den Riss rechtzeitig erkennen können?
Es gibt mehrere Techniken, die eingesetzt werden, darunter die Wirbelstromtechnik und Röntgenstrahlen. Diese Risse tauchen nicht einfach aus dem Nichts auf. Es dauert Jahre, bis solche Risse ein Panel zum Versagen bringen. Ich kann Ihnen nicht sagen, warum Southwest diese Risse bei ihrer letzten großen Überholung nicht entdeckt hat. Ein Flugzeug fliegt vielleicht 15.000 Zyklen, bevor sie anfangen, es auf Risse zu untersuchen. Dann werden sie es alle 3.000 Zyklen oder so ähnlich machen. Je nachdem, wie schnell ein Flugzeug Zyklen sammelt, können zwischen den Überholungen, bei denen tatsächlich nach Rissen gesucht wird, zwischen zwei und sechs Jahren liegen. Ich muss sagen, dass ich überrascht bin, dass sie diese Risse in diesem speziellen Flugzeug nicht entdeckt haben. Warum das so ist? Das müssen sie beantworten.
Wonach wird bei einem normalen Wartungs-Check vor dem Flug gesucht?
Bei einem Check vor dem Flug macht der Co-Pilot typischerweise einen Rundgang um das Flugzeug, um die Räder, die Sensoren und die externen Steuerungen zu überprüfen, um sicherzustellen, dass nichts blockiert ist. Ein Rundgang ist nicht dazu gedacht, Risse zu finden, da diese normalerweise mikroskopisch klein sind.
*Anmerkung der Redaktion (4/08/11): Gudmundsson stellte später klar, dass es eine sehr schnelle Ansammlung von Kondensation von Feuchtigkeit in der Flugzeugkabine gegeben hätte, die wie ein Nebel aussah (der jedoch nicht die Fenster trübte) und sich dann schnell auflöste.
Ist dies ein Fall, in dem es ein Problem speziell mit der Boeing 737 gibt, oder würde eine genauere Inspektion bei allen verschiedenen Verkehrsflugzeugen ähnliche Probleme am Rumpf ergeben?
Alle Flugzeuge unterliegen einer Metallermüdung. Die einzige Möglichkeit, sie aufzufangen, ist eine ordnungsgemäße Wartung. Jeden Tag werden an vielen Flugzeugen Flicken und Hautplatten angebracht, um weitere Ermüdung zu verhindern, und wir hören nie etwas davon. Es wird nur dann zum Problem, wenn die Wartung unzureichend ist.
Southwest hat in den letzten Jahren die Aluminiumhaut an vielen seiner 737-300 Flugzeuge ersetzt, so eine Sprecherin. Bei den Flugzeugen, die das Unternehmen in den vergangenen Tagen gegroundet hat, war die Haut nicht ausgetauscht worden. Was sagt Ihnen das?
Sie sind sich dieses Problems bewusst und versuchen zu verhindern, dass es zu ernst wird. Ich möchte nichts sagen, was unfair ist, und ich weiß nicht, wie sie ihr Wartungsprogramm betreiben, aber es ist nicht unangemessen für die fliegende Öffentlichkeit, zwei Vorfälle wie diesen bei derselben Fluggesellschaft in Frage zu stellen. Southwest ist bekannt für kurze Flüge, was bedeutet, dass ihre Flugzeuge in kurzer Zeit eine Menge Zyklen ansammeln. Vielleicht sollten sie deshalb ihre Wartungsprozeduren ändern, damit sie eine bessere Chance haben, diese Risse zu erkennen, bevor sie zu Ausfällen werden.
Ermutigt dies die Luftfahrtindustrie, sich mit neuen Arten von Verbundwerkstoffen und anderen Materialien zu befassen, die für den Bau ihrer Flugzeuge verwendet werden könnten?
Die Industrie bewegt sich schon seit einer Weile in Richtung der Verwendung von Verbundwerkstoffen. Aber es ist egal, ob es sich um Verbundwerkstoffe oder Aluminium handelt – alle Materialien haben ihre Unzulänglichkeiten. Aluminium ist ein fantastisches Material. Das Problem bei Aluminium ist jedoch, dass es keine so genannte Belastbarkeitsgrenze hat. Stahl zum Beispiel hat eine bekannte Belastungsgrenze. Das heißt, solange die Spannungen im Material unter einem bestimmten Wert gehalten werden, kann man es endlos zyklieren. Im Falle von Aluminium spielt es keine Rolle, ob Sie hohe oder niedrige Spannungen anwenden, irgendwann werden Sie das Material brechen. Natürlich wird es viel länger dauern, wenn die Spannungen niedrig sind. Die Abkehr von Aluminium und die Hinwendung zu anderen, weniger bekannten Materialien könnte jedoch ein anderes Fass aufmachen.
Stattdessen wäre es besser, ein System in das Flugzeug einzubauen, das das Risswachstum überwacht. Eine Möglichkeit, die bei Embry-Riddle entwickelt wird, besteht darin, ein Mikrofon auf der Haut des Flugzeugs anzubringen, das Geräusche aufnimmt. Man würde dann ein neuronales Netzwerk, im Grunde künstliche Intelligenz, verwenden, um den Schall in seine Bestandteile zu zerlegen und die Quellen der verschiedenen Arten von Geräuschen zu identifizieren. Zum Beispiel erstellen Sie ein mathematisches Modell, das die Eigenschaften eines Risses, der ein bestimmtes Geräusch erzeugt, abschätzen kann. Dieses System wäre bei jedem Flug dabei, und wenn es feststellt, dass zu viel Lärm aus einer bestimmten Richtung kommt, würde es den Piloten warnen.