Półtorametrowa szczelina, która otworzyła się w górnej części kabiny piątkowego lotu Southwest Airlines 812 z Phoenix do Sacramento będzie miała głęboki wpływ na charakter i częstotliwość przeglądów komercyjnych samolotów. Federalna Administracja Lotnictwa (FAA) wydała we wtorek dyrektywę nakazującą przeprowadzenie kontroli około 175 samolotów Boeing 737 – 80 z nich jest zarejestrowanych w USA, większość z tych, które są obsługiwane przez Southwest – za pomocą urządzenia elektromagnetycznego, które może zidentyfikować zmęczenie metalu.
Federalna Administracja Lotnictwa (FAA) koncentruje się na samolotach Boeing 737 serii 300, 400 i 500, które zgromadziły więcej niż 30 000 cykli lotu (startów i lądowań), aby zapobiec powtórzeniu się incydentu z 1 kwietnia. Kadłub 15-letniego Boeinga 737-300 linii Southwest pękł po 18 minutach lotu na wysokości około 10,670 metrów, zmuszając pilotów do awaryjnego lądowania w Marine Corps Air Station Yuma w Arizonie. Krajowa Rada Bezpieczeństwa Transportu (NTSB) twierdzi, że jej śledczy znaleźli pęknięcia w części złącza kolanowego na dwóch liniach połączeń nitowych obejmujących długość kadłuba samolotu biorącego udział w incydencie. Kolejne inspekcje Southwest wykazały pęknięcia w złączach kolanowych w pięciu innych samolotach, uziemiając je również. Przeprowadzany test elektromagnetyczny z wykorzystaniem prądów wirowych wykorzystuje sondę do wysyłania sygnałów o wysokiej i niskiej częstotliwości w dół do poszycia samolotu. Sonda jest przesuwana od jednego nitu do drugiego. Każde pęknięcie w metalu zmienia sygnał prądu i wskazuje inspektorom na potencjalny problem.
Złącza nitowe, które zawiodły w locie 812 nie były szczegółowo sprawdzane, ponieważ uważano, że nie są podatne na zmęczenie, według NTSB. „Mike Van de Ven, wiceprezes wykonawczy Southwest i dyrektor operacyjny, powiedział w komunikacie prasowym: „Southwest, największy amerykański przewoźnik krajowy z ponad 3400 lotami dziennie, stosuje model biznesowy, który opiera się wyłącznie na samolotach Boeing 737, które w większości wykonują częste loty na trasach regionalnych o dużym natężeniu ruchu, chociaż w ostatnich latach linia rozszerzyła swoją działalność na Środkowy Zachód i Wschodnie Wybrzeże. To podejście, wraz z usługami typu bare-bones, oszczędza Southwest pieniądze, ale także nakłada wiele cykli na samoloty.
Scientific American rozmawiał ze Snorri Gudmundssonem, asystentem profesora inżynierii lotniczej na Embry-Riddle Aeronautical University w Daytona Beach, Flauta, o tym, co powoduje pęknięcia, takie jak te, które występują w samolotach, o tym, co powoduje pęknięcia takie jak te, które mogły doprowadzić do pęknięcia kadłuba, czego doświadczyli pasażerowie lotu 812, kiedy ich samolot się otworzył i jak sieci neuronowe mogą być w stanie pewnego dnia wykryć pęknięcia, zanim staną się problemem. Przed dołączeniem do Embry-Riddle, Gudmundsson pracował przez 15 lat jako inżynier prób w locie, inżynier strukturalny i główny aerodynamik w Cirrus Aircraft w Duluth, Minn.

Jakie są niektóre z powodów, że pęknięcia mogą pojawić się w zewnętrznej aluminiowej powłoce samolotu? Co mogło spowodować rzeczywiste pęknięcie?
Aby zapewnić komfort lub umożliwić pasażerowi życie na wysokości, na której efektywne jest uruchomienie silnika odrzutowego – pomiędzy 30 000 a 40 000 stóp – musisz wytworzyć ciśnienie w kabinie, tak aby ciśnienie wewnątrz kabiny było takie samo jak na poziomie morza.* Istnieje analogia z balonem – jeśli nadmuchasz balon, ciśnienie wewnątrz balonu jest wyższe niż ciśnienie na zewnątrz, dlatego się rozszerza. Podczas każdego lotu samolot startuje, leci na te wysokości i zwiększa ciśnienie w kadłubie. Kiedy opada, kadłub jest pozbawiony ciśnienia. A potem powtarza się to w kółko podczas kolejnych lotów. Każde z tych zdarzeń nazywane jest cyklem. Zasadniczo wkładasz siłę w aluminium samolotu i odciążasz je. W końcu aluminium zaczyna się poddawać, a zjawisko to nazywane jest zmęczeniem. Kiedy naciskasz na samolot dziesiątki tysięcy razy, właściwości materiału zmieniają się – i pewnego dnia samolot leci i nie może wytrzymać kolejnego cyklu.
Jak powszechne są pęknięcia, które znaleziono w kadłubie samolotu?
Pęknięcia takie jak te są powszechne w przypadku aluminium. Im dłużej samolot jest w eksploatacji, tym częściej zaczynają się one pojawiać. Miejsce, w którym pęknięcie pojawia się na samolocie określa, czy jest to uciążliwe, czy poważna sprawa. Ludzie, którzy projektują te samoloty wiedzą, gdzie są najbardziej krytyczne obszary i mówią operatorowi, które obszary należy kontrolować bardzo dobrze, a które może mniej. Im starszy jest samolot, tym bardziej powszechne są te pęknięcia i tym trudniej jest je śledzić. Jeśli mechanicy nie sprawdzą tych miejsc wystarczająco dokładnie, jedno, dwa lub trzy mogą umknąć uwadze i coś takiego może się wydarzyć.
*Uwaga redaktora (4/08/11): Gudmundsson wyjaśnił później, że ciśnienie w kabinie waha się od poziomu fok do około 1 500 metrów.
Boeing 737-300, o którym mowa, jest w użyciu od 15 lat. Czy to długi czas dla tego typu samolotu? To naprawdę nie jest kwestia wieku w latach, jak to jest pytanie, jak wiele cykli samolot ma w ciągu 15 lat. Wydaje się, że model biznesowy Southwest jest taki, w którym niektóre z ich samolotów są już stare i mają już tysiące cykli, gdy je nabywają, a obsługują je tak szybko, że dochodzą do tej krytycznej liczby cykli być może szybciej niż w przypadku innej linii lotniczej. Aby dać wam wyobrażenie, Boeing 737 może być zaprojektowany na 70 000 cykli, co może się zdarzyć w ciągu 20 lat normalnej eksploatacji. Aloha Airlines Flight 243, który doświadczył wybuchowej dekompresji podczas lotu w 1988 roku, co spowodowało pęknięcie fragmentu dachu, zabijając stewardessę, był Boeingiem 737-200, który przeszedł około 90 000 cykli, gdy doszło do tego zdarzenia.
Jak to było dla pasażerów na pokładzie Southwest lot 812 doświadczenie, kiedy kabina pękła?
W takich sytuacjach ludzie, którzy siedzieli w atmosferze, która odpowiada około 5 000 stóp nad poziomem morza nagle siedzą w atmosferze, która odpowiada 30 000 lub 35 000 stóp. W tym momencie powietrze z ciała zaczyna uciekać, ale największym przerażeniem dla ludzi jest prawdopodobnie odgłos pękania związany z pęknięciem, a następnie bardzo szybkie gromadzenie się kondensatu na szybach – który szybko znika.* Maski tlenowe są znoszone. Jest to natychmiastowa procedura dla pilotów, gdy zdają sobie sprawę z gwałtownej dekompresji w samolocie, aby zanurkować do 14 000 stóp, ponieważ poniżej tej wysokości prawie każdy człowiek jest w stanie oddychać. Ten typ nurkowania odbywa się normalnie z prędkością około 4 000 stóp na minutę i wydaje mi się, że byłoby to również przerażające doświadczenie, ponieważ większość pasażerów nie zda sobie sprawy, że jest to robione w celu ratowania ich życia. Pilot szybko przenosi samolot w miejsce, gdzie jest powietrze bogate w tlen.
Czy pęknięcie o wymiarach 5 stóp na 1 stopę, takie jak to, którego doświadczył Southwest lot 812, znacznie zdestabilizowałoby samolot dla pilota?
To było zdecydowanie zbyt małe pęknięcie, aby stanowiło problem pod względem stabilności samolotu.
Samolot przeszedł ostatnią „ciężką kontrolę” w marcu 2010 roku. Jak można było wcześniej wykryć przyczynę pęknięcia?
Jest kilka technik, które są stosowane, w tym technika prądów wirowych i promieniowanie rentgenowskie. Te pęknięcia nie pojawiają się znikąd. Mijają lata, zanim takie pęknięcia spowodują awarię panelu. Nie potrafię powiedzieć, dlaczego Southwest nie wykrył tych pęknięć podczas ostatniego remontu generalnego. Samolot może przelecieć 15 000 cykli, zanim zaczną sprawdzać, czy nie ma w nim pęknięć. Potem robi się to co 3000 cykli, lub coś w tym stylu. W zależności od tego, jak szybko samolot zalicza cykle, może minąć od dwóch lat do sześciu lat pomiędzy przeglądami, podczas których faktycznie szuka się pęknięć. Muszę przyznać, że jestem zaskoczony, że nie wykryto tych pęknięć w tym konkretnym samolocie. Dlaczego? Na to pytanie będą musieli odpowiedzieć.
Czego szukają podczas normalnej kontroli technicznej przed lotem?
Podczas kontroli przed lotem drugi pilot zazwyczaj obchodzi samolot dookoła, aby sprawdzić koła samolotu, czujniki i zewnętrzne elementy sterujące, aby upewnić się, że nic ich nie blokuje. Obchód nie ma na celu wychwycenia pęknięć, ponieważ są one zazwyczaj mikroskopijne.
*Uwaga redaktora (4/08/11): Gudmundsson wyjaśnił później, że w kabinie samolotu bardzo szybko doszło do kondensacji wilgoci, która wyglądała jak mgła (jednak nie zasłaniała okien), a następnie szybko się rozpraszała.
Czy jest to przypadek, w którym problem dotyczy wyłącznie samolotu Boeing 737, czy też dokładniejsze kontrole wszystkich różnych samolotów komercyjnych przyniosłyby podobne problemy z kadłubem?
Wszystkie samoloty podlegają zmęczeniu metalu. Jedynym sposobem na jego wykrycie są odpowiednie procedury konserwacyjne. Każdego dnia na wielu samolotach umieszcza się łaty i płyty poszycia, aby zapobiec dalszemu zmęczeniu, i nigdy o tym nie słyszymy. Staje się to problemem tylko wtedy, gdy konserwacja jest nieodpowiednia.
Southwest wymienił aluminiową skórę na wielu swoich samolotach 737-300 w ostatnich latach, według rzeczniczki. Samoloty, które firma uziemiła w ciągu ostatnich kilku dni nie miały wymienionej skóry. Co ci to mówi?
Jesteśmy świadomi tego problemu i staramy się zapobiec, aby nie stał się zbyt poważny. Nie chcę powiedzieć nic, co jest niesprawiedliwe i nie wiem, jak działają ich program konserwacji, ale nie jest nierozsądne dla latającego społeczeństwa, aby kwestionować dwa incydenty, takie jak ten, występujące w tej samej linii lotniczej. Southwest jest znany z krótkich lotów, co oznacza, że ich samoloty gromadzą wiele cykli w krótkim okresie czasu. Być może z tego powodu powinny one zmienić swoje procedury konserwacji, aby mieć większe szanse na wychwycenie tych pęknięć, zanim staną się awariami.
Czy to zachęca przemysł lotniczy do przyjrzenia się nowym rodzajom kompozytów i innych materiałów, które mogą być używane do budowy samolotów? Ale nie ma znaczenia, czy są to kompozyty czy aluminium – wszystkie materiały mają swoje wady. Aluminium jest fantastycznym materiałem. Problem z aluminium polega jednak na tym, że nie ma ono tak zwanej granicy wytrzymałości. Stal, na przykład, ma znaną granicę wytrzymałości na naprężenia. Oznacza to, że tak długo jak poziom naprężeń w materiale jest utrzymywany poniżej pewnej wartości, można go obrabiać bez końca. W przypadku aluminium nie ma znaczenia, czy stosujesz duże, czy małe naprężenia, w końcu dojdzie do pęknięcia materiału. Oczywiście zajmie ci to dużo więcej czasu, jeśli poziom naprężeń jest niski. Odchodząc od aluminium i w kierunku innych mniej znanych materiałów, jednak może być otwarcie innej puszki robaków.
Zamiast tego, byłoby lepiej, aby włączyć do samolotu system, który będzie monitorować wzrost pęknięć. Jednym ze sposobów, aby to zrobić, że jest rozwijany w Embry-Riddle jest umieścić mikrofon na skórze samolotu, który odbiera hałas. Następnie używa się sieci neuronowej, a właściwie sztucznej inteligencji, aby rozłożyć dźwięk na części składowe i zidentyfikować źródła różnych rodzajów dźwięków. Na przykład, tworzy się model matematyczny, który może oszacować charakterystykę pęknięcia generującego dany dźwięk. System ten znajdowałby się w każdym locie, a kiedy stwierdziłby, że z danego kierunku dobiega zbyt duży hałas, ostrzegłby pilota.