客艙在空中分離
近日，有媒體報道，有設計師向美國和俄羅斯專(zhuān)利局申請注冊“具有可分離式模塊化客艙的飛機”的專(zhuān)利。該專(zhuān)利申請方案的提出，在遇到無(wú)法人為挽救的事故時(shí)，可以在經(jīng)過(guò)合法判斷流程后，將客艙與機身脫離，并憑借客艙攜帶的降落設備安全著(zhù)陸，確保乘客的生命安全。不久的將來(lái)，我們真的能乘坐這樣的飛機出行嗎？讓我們來(lái)看看各個(gè)領(lǐng)域的“元芳”怎么看。
降落傘在空中打開(kāi)
物理學(xué)家問(wèn) 降落傘拉得住脫離的機艙嗎？
安全性是永無(wú)止境的，也是飛機設計、制造、操作的重中之重。航空運輸是一項關(guān)系到乘客生命安全的事情，以目前的設計水平來(lái)看，已經(jīng)完全可以把飛機的安全水平確定為千萬(wàn)飛行小時(shí)。因此，每一項新技術(shù)的應用都必須經(jīng)過(guò)嚴格的論證和安全性設計與評估的。
再來(lái)說(shuō)說(shuō)降落傘。有專(zhuān)家表示，輕型飛機在理論上是可以安裝降落傘的。那為大型客機安裝降落傘是否可行呢？英國布魯內爾大學(xué)航空研究員蓋伊·格拉頓指出，在技術(shù)上是完全可行的。但他同時(shí)指出，這種做法是否具有現實(shí)價(jià)值和意義，因為安裝降落傘意味著(zhù)客機不得不損失大部分有效載荷。為了盡可能減少降落傘對有效載荷的影響，減輕降落傘所需承受的重量是最合理的一種做法，即在發(fā)生緊急情況時(shí)拋棄飛機的所有重型組件，例如發(fā)動(dòng)機和機翼，降落傘只承擔客艙重量。但這無(wú)疑是一種極端做法。他說(shuō)：“如果一定要這么做，拋棄機翼和發(fā)動(dòng)機，我只能希望這事不要發(fā)生在城市上空�！�
BRS公司是目前世界上生產(chǎn)整機降落傘的主要廠(chǎng)商之一，總部設在美國佛羅里達州邁阿密，由鮑里斯·波波夫創(chuàng )立。他指出，讓飛機上的1磅（約0.5公斤）重量安全著(zhù)陸大約需要1平方英尺（約0.1平方米）的降落傘。據了解，目前世界上最大的降落傘應用在我國神舟系列載人飛船上，面積達到1200平方米，而飛船本身只有8噸重，即使這樣，在著(zhù)陸時(shí)還要使用反推來(lái)避免沖擊碰撞。100多噸的飛機在拋棄了機翼、尾翼、發(fā)動(dòng)機后，還有40噸～50噸的重量，這樣的重量對應的降落傘面積大小是什么概念呢？按照上面說(shuō)的換算方法粗略推算，承受如此重量的降落傘打開(kāi)面積應該達到6000平方米～10000平方米。一般被世界足聯(lián)認可的足球場(chǎng)大概在7000平方米。這個(gè)展開(kāi)后將近一個(gè)～兩個(gè)正規足球場(chǎng)面積的巨傘，真的可謂是震撼非常，相信它的造價(jià)也會(huì )讓任何一家航空制造商心驚膽戰的。而且，即使現在的降落傘采用非常輕且堅韌的復合材料，這么大的降落傘重量也是十分驚人的。負重增加的油耗、占用的空間、擺放的位置、是否對現有機載系統產(chǎn)生影響，這都是民機設計研發(fā)人員需要思考的關(guān)鍵問(wèn)題。最后說(shuō)句題外話(huà)，未來(lái)大型客機即使成功“背上”了降落傘，如果落地后有乘客摔傷，被踩踏受傷，甚至死亡，說(shuō)不定保險公司會(huì )找出各種的理由拒絕賠償，然后就是漫長(cháng)的調查取證，可能一二十年才會(huì )有定論。
在陸地降落
工程學(xué)家問(wèn) 可分離本身會(huì )影響安全嗎？
從氣動(dòng)、結構、系統等方面去分析可能的兩種方案。一種方案是機身有獨立的生命支持系統，其結構只是吊在機翼下不走線(xiàn)、不傳力。那么，機頭、機翼和尾端的連接就要借助厚重的縱梁，并且自帶完整的動(dòng)力、燃油、飛控和起落架等系統，而在氣動(dòng)上要處理好接縫和整流；另一種方案是機身仍然作為飛機整體的一部分，氣動(dòng)上可以完美無(wú)缺，結構上可以傳力、走線(xiàn)、要裝系統和燃油，但是所有的連接點(diǎn)在緊急情況下都可以由爆炸螺栓切斷。
兩種方案前者可以模塊化設計，但增加重量明顯，飛機性能損失可能較大。后者增加重量相對較小，但集成度高可能導致脫離時(shí)的故障率高，反而降低了彈射客艙的安全性。兩種方案可以共享火箭彈射裝置、穩定傘和減速傘、著(zhù)陸時(shí)的緩沖或漂浮氣囊、求救信標和黑匣子。
可分離客艙結構的“可分離性”將會(huì )降低飛機結構的整體性，并且通常要考慮結構在載荷的作用下所體現出來(lái)的整體協(xié)調能力與保持整體承受能力。
而當機艙與駕駛艙變?yōu)閮蓚�(gè)獨立可分離部段時(shí)，顯而易見(jiàn)，飛機結構將由一個(gè)整體變成多個(gè)部分，這將極大地影響飛機載荷的傳遞和作用方式，進(jìn)而影響飛機的整體設計。同時(shí)，由于客機在使用環(huán)境和安全性上有要求，“可分離設計”在對機艙和駕駛艙的連接方式和強度等方面將面臨極大的挑戰。但是，如何確保連接結構的穩定性和可分離性將是一大難題。
可分離結構將會(huì )給飛機本身帶來(lái)很大的結構增重，而用來(lái)確保駕駛艙和機艙連接的連接件結構及操縱系統必定會(huì )相當復雜、笨重，這一系列為了“可分離”所附加的重量將無(wú)法為飛機運營(yíng)提供有效的載荷，最終將極大地增加制造成本。
例如，美國軍方在F14上使用的可變后掠翼設計，其結構復雜性遠遠小于“可分離機艙”，可在完成相應設計后發(fā)現，雖然飛機性能上具有一定優(yōu)勢，但由于維修成本過(guò)高，安全性能的降低，最終F14被更為簡(jiǎn)單高效的F18所取代。最后，可分離機艙結構導致機艙與飛機其他部段在理論上處于分離狀態(tài)。
由于當前飛機巡航高度普遍在35000英尺，這是一個(gè)低氣壓、低氧、嚴寒的環(huán)境，機艙內部要有相應的供氧、艙壓平衡等一系列獨立系統，從而確保飛機出現重大問(wèn)題并分離機艙后，保證乘客的安全，否則乘客可能瞬間就昏厥，甚至死亡，最終根本沒(méi)有機會(huì )等到降落。因此，機艙內部的密封及系統等需要單獨進(jìn)行設計和安裝，并同時(shí)應考慮到與其他部段的配合，其難度是顯而易見(jiàn)的。
值得一提的是，由于機艙彈出后具有不可控性，對于其降落后的影響沒(méi)有辦法進(jìn)行有效預測，如在人口密集區上空進(jìn)行了分離，機艙可能與建筑物或者居民區相撞，其危險程度會(huì )造成社會(huì )騷動(dòng)、經(jīng)濟損失、人員傷亡等。
在海面降落
倫理學(xué)家問(wèn) 飛行員會(huì )讓機艙彈射嗎？
航空運營(yíng)中有一個(gè)“高大上”的概念：飛行員倫理道德。相信很多人對這個(gè)詞不太熟悉。每一名飛行員在做飛行學(xué)員的時(shí)候就被教導，飛行員的四條肩章分別代表著(zhù)職業(yè)、知識、飛行技能、責任。
筆者采訪(fǎng)了幾名飛行員，均表示，如果可以用個(gè)人生命換取乘客安全會(huì )義無(wú)反顧地按照檢查單執行，但對具有可分離式模塊化客艙的飛機的可行性及拋出客艙后乘客的安全保障表示深度的質(zhì)疑。
有數據顯示，82%的空難是發(fā)生在飛機起飛和著(zhù)陸階段的。如果在起飛和著(zhù)落階段發(fā)生無(wú)法人為挽救的事故而不得不將客艙與機身脫離時(shí)，飛行員們均表示，對可分離式模塊化客艙能否發(fā)揮作用并最大程度保障乘客生命安全持保留意見(jiàn)。
再有，飛機在巡航階段飛行速度達1000公里/小時(shí)，此時(shí)打開(kāi)降落傘，乘客會(huì )瞬間承受巨大過(guò)載而導致受傷；同時(shí)降落傘雖然可以減緩下降速度，但是水平速度可能仍然超過(guò)40公里/小時(shí)，如果此時(shí)撞上山谷、大樓等凸起物，必將造成更大傷害。作為一名乘客安全至上的飛行員來(lái)說(shuō)，無(wú)法接受這些可能的傷害，更讓他們感到痛苦的是，其可能對這些傷害束手無(wú)策。任何一名飛行員不到最后一刻，是絕對不會(huì )放棄自己作為機長(cháng)的責任的。
經(jīng)濟學(xué)家問(wèn)新飛機會(huì )讓票價(jià)上漲嗎？
飛機是一個(gè) 包含成千上萬(wàn)零部件的復雜系統，可分離式模塊化客艙的使用恐怕將進(jìn)一步提高飛機系統的復雜程度，從而對整機的安全水平提出更高的要求。此外，可分離式模塊化客艙的使用恐怕將大大增加飛機的設計和制造成本，從而影響飛機的經(jīng)濟性。但如果把可分離式模塊化客艙的昂貴設計、制造成本體現在乘客購買(mǎi)的機票上，原本從北京—上海的機票由不到2000元增加到4000元、6000元甚至8000元，也許一直游離在飛機、高鐵之間的乘客，會(huì )毫不猶豫地放棄乘坐飛機吧？（《中國民航報》、中國民航網(wǎng)柏言）
鏈接：創(chuàng )新只為更安全
設計者在發(fā)明這項專(zhuān)利的時(shí)候，更多考量到了乘客生命安全。
安全性作為民用飛機四性之首，是在型號設計時(shí)必須考慮的首要問(wèn)題，對安全性指標的要求將直接影響民用飛機的設計、制造、使用和維修。為保證航空安全，各國政府和航空器設計者、制造商及運營(yíng)人都采取了大量的措施來(lái)減少飛行事故和風(fēng)險。
筆者統計了1971年～2012年所發(fā)生的170起典型民用飛機事故，死亡總數為7585人。按照發(fā)生事故和事故死亡人數進(jìn)行分類(lèi)，無(wú)人死亡的96起，占比56.47%；死亡40人以下的25起，占比14.71%；死亡41人～100人的15起，占比8.82%；死亡101人～200人的24起，占比14.12%，死亡超過(guò)200人的10起，占比5.88%。
此外，近年來(lái)，民用飛機事故次數呈下降趨勢。2015年，全球共發(fā)生16起致人死亡的空難，是自1946年以來(lái)發(fā)生空難最少的一年。就概率而言，乘客乘坐任意一個(gè)航班發(fā)生空難事故而遇難的概率僅為485.7萬(wàn)分之一。
在科技革命的進(jìn)程中，需要一些頭腦風(fēng)暴和大膽的創(chuàng )新，正如萊特兄弟憑借自己的勇氣和堅持創(chuàng )造了第一架飛機，經(jīng)過(guò)許多年飛機制造技術(shù)的不斷迭代創(chuàng )新，才有了今天航空領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展。同時(shí)，有針對性地將已有的創(chuàng )新技術(shù)成果通過(guò)專(zhuān)利的形式保護起來(lái)，是當今世界贏(yíng)得市場(chǎng)的重要手段。通過(guò)專(zhuān)利保護合法地形成技術(shù)包圍圈，也能為日后開(kāi)展可能的市場(chǎng)推廣工作打下堅實(shí)的基礎。
然而，我們也應該清醒地認識到，在粗線(xiàn)條的頭腦風(fēng)暴過(guò)后，技術(shù)的發(fā)展需要更加腳踏實(shí)地，并且遵從自然規律，正如世界航空技術(shù)長(cháng)期以來(lái)的發(fā)展軌跡一樣，方能創(chuàng )造出更安全、更新穎、更經(jīng)濟的民用飛機。
