火山灰是怎么影响航班飞行的

核心提示： 在过去20年的国际航班飞行记录中，约有90多架喷气式航空器由于遇到火山灰云造成损伤。那么火山灰如何影响航班飞行的呢？飞行中若遇到该如何减小损伤使航班安全落地，人类科学技术特别是能用于机载设备的技术是否足以准确发现和识别火山灰的魅影？

英航9号航班机组。

发动机叶片中的火山灰。

一架飞机从冰岛格里姆火山旁飞过。

在过去20年的国际航班飞行记录中，约有90多架喷气式航空器由于遇到火山灰云造成损伤。在火山灰云中飞行，唯一可以目击的现象是飞机可能会被一层辉光包裹——这是灰烬中的颗粒物因摩擦携带的大量静电荷与飞机之间放电的结果。一旦发现这种“圣埃尔摩之火”，飞行员最好的应对是转向逃出这片区域。

火山灰如何影响航班飞行，飞行中若遇到该如何减小损伤使航班安全落地，人类科学技术特别是能用于机载设备的技术是否足以准确发现和识别火山灰的魅影？我们已知的是，NASA试验证明了火山灰对发动机有致命危害。人类对火山爆发的原因及机制认识、探测手段不够完善，但可以通过对高空风的判断来预警火山灰可能会影响的区域，从而提前安排航空器停航或绕飞的形式避开该区域。

英国航空9号航班无动力坠落

1982年6月24日，英航9号航班，机长艾瑞克·穆迪，副机长罗杰·葛里维斯担任副驾驶已6年多，机械师是巴瑞唐里·富利曼。在顺利飞往澳洲的途中，这架英航波音747客机的驾驶舱挡风窗上出现了细光点，组员怀疑是“圣埃尔摩之火”。随后4台发动机突然熄火，飞机失去推力后从1万米处掉到3000多米，直到迫降在邻近机场时依然有一台发动机未能重新启动。该客机抵达雅加达后，在飞机四副发动机扇叶内，发现了大量的火山灰，机身部份蒙皮的涂漆以及挡风玻璃被火山灰刮伤。

4台发动机为什么同一时刻失灵？包围飞机的古怪光芒经究竟是什么？据乘客菲丽丝·威尔奇回忆，从左窗看可清楚地看见飞机左翼笼罩在明亮的白色闪光中。烟雾从窗户上方的通气孔涌入机舱，那是一种类似硫磺的刺激味道，而机舱温度也在升温。4台发动机喷出巨大的火焰，并且火焰一直延伸到波音747客机尾端。

这架波音747客机在海洋上空1万米处飞行，4台正常运转的发动机在1分半钟之内陆续熄火停止运转，飞机开始从空中坠落。在呼叫雅加达航管中心时，又出现信息沟通障碍，直到附近的另一架飞机代为传达求救信号。机长回忆道，当时并不知道做错了什么才会发生这种情况。

即使没有发动机运转，波音747每下降300米的高度仍可以向前滑行1.6万米，由于失去动力，9号航班进入漫长又缓慢的坠落过程。但机长无法重新启动发动机程序，空速表失灵。在坠落中，4号发动机恢复运转。当飞机下降通过3960米高度时，另一台发动机也恢复运转，之后余下的2台也开始转动。而后，4台发动机中有一台再次停转，在3台发动机运转的情况下，飞机开始接近机场迫降成功。

罗罗公司的工程师在事故后调查发现，发动机停止运转的原因是飞机飞行时穿越了火山灰烟云。火山灰不是柔软物质，与烟囱内和森林大火后留下的灰烬不同，而是坚硬岩石和矿物磨成的细小颗粒。这种物质边角尖锐会磨损风挡和飞机所有前缘。火山灰流经的燃烧室温度大约是2000摄氏度，火山灰的熔点大约是1300～1400摄氏度，但液态火山灰更深入发动机后，温度会稍微下降变成一种粘稠物质，然后附着在发动机上塞住发动机，发动机核心机的气流遭受干扰，导致发动机回火，进而造成发动机失灵，而这就是飞机出状况的原因。事后发现，是一种惊人的化学作用救了这架飞机，火山灰一开始掉落，发动机便停止转动，因此所有东西开始降温，以致溶解的火山灰掉落，发动机也得以再次启动。在雷达上无法显示火山灰是因为火山灰由极其干燥的物质构成，而一般的气象情况之所以能被雷达侦测到，是因为它们有水分子。事后这个经验写入飞行员培训材料，使飞行员对于如何辨别迹象，比如机舱内是否有硫磺味，机壳边缘是否有摩擦放电现象等有了积极应对，这也促使研究火山的地质学家与航线经过火山的国际航空公司有了良好互动。

火山灰对发动机有致命危害

火山是由地球内部的熔岩喷发到地表形成的。熔岩喷发到地表并喷向空中，形成一个巨大的由粉末状岩石构成的并咆哮着上升的黑灰色云团，这就是火山灰。如果把火山灰放到显微镜下，会看到火山灰其实是直径小于2毫米的固体颗粒或矿物。在剧烈的火山运动中，固体石块和熔浆在高温高压作用下被分解成细微的颗粒。

全球每年的60座喷发的火山中，就有10座所产生的火山灰云可达到商业飞行的巡航高度，也就是说几乎每个月都有一个具有潜在危险的火山灰云在地球某处产生。每年这60座中会有一座喷发的猛烈程度足以将岩石碎粒抛到平流层，在平流层火山灰会被气流吹散至世界其他地方。

火山灰对飞机最大的威胁莫过于彻底摧毁掉飞机发动机。火山喷发的颗粒物中，含有大量硅酸盐矿物成分，这些颗粒硬度极高，甚至比钢铁还硬。在被发动机大口吞进之前，这些尖锐多突起的颗粒物，会率先与高速旋转的发动机风扇和压气机亲密接触，坚硬的颗粒物与高速旋转的转子之间的强力摩擦效果，连锉削工人都可望而不可及，足以将风扇和压气机叶片前缘磨蚀得如同被虫子啃过一般。

在磨蚀叶片的同时，火山灰中的微小颗粒还会阻塞空速传感器，尘埃会堵塞这些设备进而产生错误的读数，飞行员可能无法获知当时飞机的速度导致误操作使飞机失速。

除此之外，颗粒物还会进入发动机的燃烧室，后者对它们而言就是一座熔炉。硅酸盐矿物的熔点是1100摄氏度，而眼下大部分客机使用的涡轮发动机的工作温度为1400摄氏度。在熔炉里这些矿物会被熔化，随气流向后运动，等到遇到高压和低压涡轮部件，就会直接固化凝结在叶片转子上，严重时会形成晶莹的玻璃状覆盖层。你以为这种东西很美丽，实际上很可怕。它们在叶片（在发动机前端，它们也可能附着在压气机叶片上）上的堆积事实上改变了叶片的截面形状——这个形状是工程设计人员经过千百次计算和试验呕心沥血才得到的，一旦失去这个形状，轻则叶片失速，重则发动机动力全失。

针对火山灰影响航空业，欧盟委员会和欧洲航空安全组织就新规定达成一致，“这些共同措施将让成员国拥有更多灵活性，以决定如何使用他们的空域以及在确保最高安全水平的情况下允许减少飞行中断。”新规定将给予欧洲国家空中交通管制人员更多灵活性，包括创建欧洲危机协调中心，以确保能更加平稳地应对一些紧急状况。英国国家空运局负责空中交通管制服务的战略行动与标准主管霍尔说，现在关于飞机发动机对火山灰的耐受性我们有了更好的了解，同时“业内所有成员间的信息发布与预报情况得到改善，英国民航管理局在NATS的支持下，已经制定了新的提高飞行安全的准则。”爱尔兰航空管理局高级航空主管奥多诺霍说，人们意识到必须要安装测量仪器，即光探测与测距传感器或激光雷达，它可以用来测量光粒子。该仪器可以手持、安装在飞机上，或安装在山顶上。

目前对于火山灰的监测主要依靠卫星显影和地面激光雷达（LIDAR）基站的远程观测，这些技术能够较为有效的识别火山灰的水平范围，但是对于它的垂直范围却束手无策。但因为火山灰完全是随波逐流的随风移动，人类可以通过对高空风的判断来预警火山灰可能会影响的区域，从而提前安排航空器停航或绕飞的形式避开该区域。我国尚未有活火山喷发，但在我国飞往冰岛、美国、澳大利亚的航线上时常有火山喷发。民航北京气象中心安装的WAFS系统可以实时接收关于火山灰的重要气象情报，进而转发给有关部门或向飞越该航路的机组提前预报。