我就住在亞利桑那州路克空軍基地(Luke Air Force Base)附近。F-35戰鬥機每天飛過我家,在當地超市也經常遇到一些飛行這種飛機的年輕機師。他們是一群非常有才華且訓練有素的「孩子」——不久前還在用先進的搖桿玩動作視訊遊戲。透過這種「訓練」,新一代機師具備前所未有的新技巧,可以飛行像F-35這樣的電子增強型飛機。

波音公司(Boeing)新推出的737 Max 8正是一款電子增強型飛機,雖然它採用的高科技遠不及F-35,但其電子控制系統還是比「自動駕駛」(auto pilot)更複雜得多了。

對於最近兩次空難,我們都想弄清楚發生了什麼。實際上我乘坐過幾次737 Max 8,但是從沒考慮過安全問題。現在要說清楚事故發生原因還為時過早,但作為一名電子工程師,「直覺」告訴我,很可能的原因之一是機師需要更充份的加強訓練。我不敢斷言這是這起事故的真正原因,但根據我的經驗,對新電子系統的使用需要強化訓練。

以下大部份內容都來自《紐約時報》(NY Times),作為我們思考的素材,以加深我們的討論:

Boeing 737

MCAS

737 Max 8採用了新的機動特性增強系統(MCAS),這是一種自動安全功能,可以在飛機失速之前,強行降低機鼻,從而擺脫失速。

波音公司在737 Max 8上導入MCAS,是因為更重、更省油的引擎改變了737飛機的空氣動力學特性,在手動飛行的某些特定情況下可能導致飛機機鼻拉高。如果飛機出現失速的情況,攻角(angle of attack;AOA)感測器會提前通知MCAS自動壓低機鼻。這是透過飛機尾部的水平穩定器實現的,這些穩定器由飛機的飛行控制電腦啟動。

根據波音公司的說法,MCAS在正常飛行期間不控制飛機,但會在「非正常」的情況下「改善飛機行為」。「非正常」情況可能是大坡度轉彎,或飛機剛起飛驟然向上攀爬、速度接近失速時。

獅航飛行記錄器

根據獅航(Lion Air) Flight 610的飛行記錄器的資料顯示,機師曾嘗試控制飛機,因為自動MCAS系統在起飛後反覆推動飛機的機鼻向下。衣索比亞航空(Ethiopian Airlines)的飛機在起飛後不久墜毀之前,機師也報告出現了類似情況。

據說在獅航飛機墜毀後,波音公司向營運737 Max 8的航空公司發佈了一份公告,指導機師如何操控MCAS系統。波音公司還表示正在對737 Max飛機的MCAS系統進行軟體更新,並且已經有程式來「安全處理因攻角感測器錯誤資訊引起的不太可能發生之事件」。波音表示,「機師始終能透過電子或手動調整來介入MCAS的飛行控制」。

穩定器

另外一個問題是,由於電氣短路、感測器資料不良或電腦問題等原因,舊型號飛機的穩定器可能以無法預測的危險方式移動。據說,波音公司在墜機發生後曾向航空公司發送公告,較早型號的737在出現故障速度調整和其它穩定器問題時採取的應急程式也適用於MCAS的相關問題。

該應急程式的主要部份是關閉駕駛艙中央控制台上的兩個「穩定器切斷開關」,然後翻開靠近機長和副駕駛膝蓋的輪子上的把手。搖動輪子,機師可以手動調節穩定器,防止飛機抬頭或俯衝。

理論

獅航飛機墜毀的一個主要原因是系統從攻角感測器接收到有關飛機角度的資料是錯誤的。機身兩側類似葉片的裝置用於測量飛機機鼻向上或向下的程度。初步調查結果顯示,飛機駕駛員側的感測器產生了錯誤的資料。

據說在設計737 Max時,波音公司決定每次向MCAS提供兩個攻角感測器之一的資料,至於是哪一個,取決於兩個飛行控制電腦中碰巧哪一個(一個在機長側,一個副駕駛側)在工作。這一決定使系統更簡單,但可能使其易於受到單個故障感測器或者不正確資料的影響。

機師訓練需再加強

波音更新了飛行控制系統的軟體。在獅航飛機墜毀後,美國航空當局稱,波音並未向機師充份解釋軟體系統的更新。

但在印尼空難之後,波音公司和監管機構已讓機師知道了Max新系統,航空公司也提供了訓練課程。

波音公司在新的737上安裝了該系統作為「控制策略」的一部份,即由飛機的飛行控制電腦避開機師直接發出的命令。在獅航飛行中,飛機上下搖擺可能是因為機師反覆試圖阻止系統推動飛機機鼻朝下使其發生致命俯衝。不管發生了什麼,機師在飛行大約12分鐘後對飛機失去了控制。

聽專家怎麼說...

普林斯頓大學(Princeton University)飛行控制系統專家及工程與應用科學教授Robert Stengel說,目前尚不清楚衣索比亞航空墜毀飛機的搖擺軌跡是由控制系統的故障造成的,還是機師被其它一些未知的緊急情況分散注意力後試圖手動飛行造成的。

據說是波音和美國聯邦航空總署(FAA)認為不需要讓機師知道737 Max機型的飛行控制系統發生了變化,新的引擎尺寸和位置可能導致飛機在某些條件下失速,但一些軟體編碼可以自動消除這一風險。

波音及其監管機構之所以這麼做,至少有一部份原因是為了降低再訓練機師的成本。這可能使獅航機組人員未能充份瞭解如何因應似乎導致墜機的故障:錯誤的資料錯誤地顯示飛機以危險角度飛行,導致飛行控制系統反覆推動飛機俯衝。

根據波音公司的聲明以及對工程師、前波音員工、機師、監管機構和國會助理的採訪,想知道為什麼不讓機師瞭解真實情況,可以追溯到波音公司在七年多前開發737 Max時做出的選擇。

如果機師知道這架飛機的機鼻將被MCAS強行拉下,機師會有不同的反應嗎?

來自飛行資料記錄儀的資訊顯示,在短暫的飛行過程中,獅航飛機機鼻俯衝超過二十次,機師竭盡全力也難保持飛機水準飛行。如果MCAS收到錯誤資料,提示飛機正以可能失速的角度拉升(調查的初步結果顯示正是這個原因),系統會自動將機鼻下推以避免失速。

據稱波音公司已公開表示,獅航飛機在墜毀之前的最後一次成功飛行中,機師也遇到了類似的機鼻俯衝故障,只是情況沒有那麼嚴重。他們按照緊急檢查表,關閉穩定器切斷開關解決了這個問題。印尼調查人員發現,機師沒有按照檢查表進行操作,他們重新打開穩定器的開關,然後在飛行的剩餘時間將其關閉。那次飛行的機師與墜機的機師不同,最後安全降落了。

之前的737設計

較舊型的737採用另一種方法來解決穩定器的某些問題:拉回操縱桿,其中一個操縱桿位於機長和副駕駛前面,切斷對穩定器的電子控制,允許機師手動控制它們。

採用MCAS 後,該功能在Max上被禁用——這是機師不太可能知道的另一個變化。事故發生後,波音公司告訴航空公司,當MCAS被啟動時,拉回控制桿不會阻止所說的穩定器失控,但獅航的飛行看起來就出現了這種情況。

在調查的初步結果中,由飛行資料記錄器的資訊可知,機師試圖透過多種方式將機鼻抬起,因為它俯衝了二十多次。其中包括啟動用來控制飛機尾部穩定器角度的控制桿上開關,當這種嘗試不能解決問題時,下一步就是拉回控制桿。據說沒有跡象顯示機師試圖關閉穩定器切斷開關,而緊急檢查表指示他們應該這樣做。駕駛艙答錄機的調查結果可以更詳細地揭示獅航機師在操作中可能出現的錯誤(如果有的話)。

機師表示,波音公司認為按照現有的緊急情況檢查單操作便已足夠,這顯然低估了即時因應危機的複雜性。

對於波音公司強調需要機師關閉穩定器切斷開關,美國航空(American Airlines)機師聯盟發言人、本身也是737機師的Dennis Tajer說,「他們是完全正確的:關閉這兩個開關將阻止這種異常行為。」

Tajer並補充說,機師需要知道飛機上有哪些系統,才能在飛行時輕鬆因應緊急狀況。

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(原文發表於ASPENCORE旗下EDN姐妹媒體Planet Analog,參考連結:Boeing MAX 8: Technological advances and pilot training;Jenny Liao編譯)