Статьи разных лет и список журнальных публикаций

Лед — неуловимый террорист Загадочные падения самолетов зимой

Как хорошо, как бережно наша родная советская власть охраняла нас от ужаса новостей! Мы ничего не знали о наводнениях, лесных пожарах, смерчах, землетрясениях, затонувших подводных лодках, взрывах на шахтах в нашей родной стране. А здесь?! Любое крупное несчастье сразу попадает в заголовки газет, на экраны телевизоров, в новости Интернета. Так и стоят до сих пор перед глазами кадры тридцатилетней давности: прихваченная льдом поверхность реки Потомак в Вашингтоне, отломившийся хвост гигантского авиалайнера, рухнувшего на взлете, фигурки нескольких чудом выживших пассажиров, барахтающихся в ледяной воде, и случайный прохожий, бегущий на помощь, срывающий с себя на ходу пальто, кидающийся вплавь.

Потом к этому привыкаешь. Да, жизнь полна непредвиденных катастроф. Сострадание притупляется, страх за себя и близких слабеет. Но как-то откладывалось в подсознании, что большинство авиационных катастроф, которым не было найдено удовлетворительного объяснения, происходили на взлете или посадке и непременно — в заморозки с дождем и туманом. Однако всегда думалось: умные люди, знающие специалисты, конечно, занимаются этим, рано или поздно они разберутся, уяснят, что происходит, и примут необходимые меры.

Вскоре в новостях начало мелькать имя главного подозреваемого. ЛЕД. Если самолет простоит на земле холодную ночь, а утром начнется потепление при большой влажности воздуха, лед начинал осаждаться на крыльях и корпусе промерзшего за ночь самолета. Он увеличивал вес лайнера, поэтому мощности моторов иногда не хватало для того, чтобы оторваться от земли. Было приказано производить обязательную очистку ото льда перед вылетом с помощью горячего воздуха и специальных химикалиев.

Моему скептическому уму эти меры всегда казались недостаточными. Хорошо, на земле вы можете очистить поверхность самолета ото льда. А что если самолет идет на посадку из верхних слоев атмосферы, где его корпус остыл до минус 40 по Цельсию, и попадает во влажный воздух с температурой, близкой к нулю? Вся влага осядет на крыльях и корпусе в виде льда. И вы не сможете послать пилота соскребать этот лед совком и лопатой.

Кроме того, так уж случилось, что в молодости я был инженером. И специальностью моей были как раз газовые турбины — главный элемент современных турбо-реактивных двигателей. Эти двигатели состоят из двух основных частей: вращающийся ротор, усаженный компрессорными, а потом турбинными лопатками, и неподвижный корпус, на котором тоже закреплены лопатки, а между компрессорной и турбинной частями — камеры сгорания, в которых топливо впрыскивается в сжатый компрессором воздух. Наружный воздух сначала попадает в первую секцию мотора, компрессор, в нем он проходит через ряды вращающихся и неподвижных, специальным образом спрофилированных, стальных лопаток и сжимается до нужного давления. Потом во второй секции, в камерах сгорания, в сжатый воздух впрыскивается топливо (обычно — керосин). Потом раскаленные газы устремляются в третью секцию, на лопатки турбины, обеспечивающей вращение всего ротора, и после этого вылетают из заднего сопла, создавая необходимую тягу.

Мне с самого начала было ясно, что если лед появился на крыльях, он не мог не появиться на первых ступенях внутри компрессора. (Ступенью называется комплекс из двух рядов лопаток: один ряд — вращающиеся, закрепленные на роторе, другой — статичные, закрепленные на корпусе; в компрессоре обычно бывает от 6 до 8 ступеней.) Входная часть компрессора всегда имеет ту же температуру, что и корпус и крылья (или даже более низкую), раскаленные газы вылетают назад, и слабый поток тепла по тонкому корпусу компрессора никогда не сможет одолеть ураган холодного воздуха, влетающего во входное сопло. Если хотя бы тонкий слой льда появится на лопатках и внутри корпуса, он изменит всю аэродинамику компрессора, ослабит мощность мотора. Если слой льда достигнет 5–6 миллиметров, он заполнит весь зазор между лопатками и корпусом, между вращающимися частями и неподвижными, лопатки начнут задевать за него и в конце концов остановят вращение, как тормоз останавливает вращение колеса автомобиля. Но то, что было столь очевидно мне, не могло не быть очевидно инженерам, работающим в современной авиации. Я был уверен, что они занимаются проблемой, ищут оптимальные решения и вот-вот найдут их.

Событие, случившееся 15 января 2009 года, пошатнуло мою уверенность. Напомню читателю: у самолета кампании Ю — ЭС Эйрвэйс, марки А320–214 (изготовлен американо-французской компанией во Франции в 1999 году), через шесть минут после взлета из аэропорта Ла-Гвардия в Нью-Йорке внезапно отказали оба мотора, и герой-капитан Салленбергер сумел посадить огромный авиалайнер на поверхность реки Гудзон. Пока самолет медленно погружался, пассажиры и команда выбрались на крылья, и все 150 человек были спасены.

Причиной аварии было объявлено столкновение со стаей канадских гусей на высоте примерно 980 метров. Неделю спустя обломки самолета удалось поднять со дна реки, и в правом моторе действительно нашли одно птичье перо. В левом моторе никаких следов птиц обнаружено не было, но разрушения были серьезнее, чем в правом (см. Интернет, Flight 1549, U. S. Airways Investigation, Википедия).

Быть записным скептиком вообще очень соблазнительно. Скепсис так похож на мудрость, а усилий требует так мало, что нужно постоянно одергивать себя и уклоняться от этого соблазна. Я готов допустить, что столкновение с птицами имело место. (Один из пилотов доложил, что он видел птиц, слышал удар, после которого на ветровом стекле самолета появилось что-то бурое.) Вполне возможно, что никакие птичьи останки не могли сохраниться в моторах, погрузившихся в воды Гудзона. (Но так же возможно и то, что единственное найденное перо — это просто часть грязи, плавающей в этой не самой чистой реке.) Во что я не могу поверить: что два гуся-террориста договорились одновременно залететь в два мотора. А черный ящик, извлеченный со дна реки после аварии, бесстрастно доложил, что оба мотора остановились именно одновременно.

Да, столкновения самолетов с пернатыми случаются. Но даже если удар приходится на мотор, его принимает защитная решетка, установленная на входе. Представить себе, что разлетевшиеся кусочки птичьей плоти могут повредить стальные лопатки, рассчитанные выдерживать мощные центробежные силы, очень нелегко. Допустить, что эти повреждения могут привести к остановке мотора, — для этого понадобится фантазия сказочника Андерсена; мне такие случаи не известны. Вероятность того, что это неправдоподобное событие произошло одновременно в двух моторах, должна быть равна одной десятимиллиардной.

Посреди всеобщего ликования по поводу чудесного спасения ста пятидесяти человек, посреди торжественных вручений наград герою-пилоту и всей команде, на фоне простого, как в сказке, объяснения катастрофы (гуси-лебеди нагадили! Злые Ивиковы журавли!) почти никто не заметил самую важную деталь расследования: представители компании признались, что ровно за два дня до “чуда на Гудзоне” в таком же А320, вылетавшем тем же рейсом в тот же город Шарлот, что в Северной Каролине, точно так же заглох один из моторов. Пассажирам было приказано приготовиться к аварийной посадке. Но — о чудо! — мотор удалось снова запустить. Полет закончился благополучно. Причиной остановки была объявлена неисправность температурного датчика. Датчик заменили, и самолет вернулся к полетам. 150 человек в течение нескольких минут прощались с жизнью, но в новости это не попало.

Я склонен думать, что и 13, и 15 января причина остановки была одна и та же: образование льда в компрессоре. Просто 13-го слой его был тоньше, или он быстро растаял, и мотор удалось перезапустить. Удары в моторах, которые слышали пассажиры и пилоты 15 января, были, скорее всего, скрежетом лопаток о лед. Отключение камер сгорания (оно происходит автоматически при остановке ротора) тоже должно было сопровождаться звуком удара или серии ударов.

Жизнь вернулась в свое русло и время от времени продолжала подбрасывать в заголовки новостей новые сообщения о таинственных катастрофах, случавшихся в морозно-мокрую погоду. В январе Боинг–777 Британских авиалиний “не долетел” 300 метров до посадочной полосы в Лондоне. В марте без всяких видимых причин рухнул турецкий авиалайнер, подлетавший к Амстердаму. 12 февраля упал самолет, подлетавший к городу Баффало в штате Нью-Йорк, погибли все 50 человек, находившихся на борту. Последнее сообщение пилотов: “Мы видим лед на крыльях”. Проведенное расследование пришло к выводу, что причиной аварии явилась усталость второго пилота, Ребекки Шоу, которая якобы совершила ошибку при посадке. Семья Ребекки с возмущением отвергала это заключение, газеты публиковали их протесты.

Встревоженный тем, что ни в каких новостях ни разу не упоминалась гипотеза “образование льда внутри компрессора”, я полез в отчеты Американского национального бюро по безопасности транспорта (National Transportation Safety Board), созданного после трагедии 11 сентября. Обнаружилось, что это учреждение считает лед врагом — опасностью — номер один. Но только лед, образующийся на крыльях и корпусе самолетов. Принимаются все новые и новые меры по снятию его перед вылетом, изобретены пневматические полосы на крыльях, которые, раздувшись, могут взломать лед, образовавшийся во время полета; ведутся специальные исследования атмосферы, нацеленные на уяснение процесса образования льда при различных температурах, влажности, давлении. Однако никакого упоминания о возможности образования льда внутри компрессора я не нашел.

Когда я делился своими тревогами со знакомыми русскими учеными, они смотрели на меня с недоумением. Как всякому человеку, незнакомому детально с внутренним устройством турбореактивного двигателя, им казалось нелепостью допустить, что внутри пышащего пламенем мотора (мы все видели огненные языки, вырывающиеся из заднего сопла на взлете) может в какой-то момент образоваться лед. И конечно, при расследовании катастроф никаких следов этого опаснейшего “террориста” мы не найдем.

“Все это дает мне право хотя бы забить тревогу”, — решил я и послал соответствующие письма в Федеральное управление авиацией (Federal Aviation Administration), в Бюро по безопасности транспорта и в Международную ассоциацию по безопасности полетов (International Aviation Safety Association, IASA). К моему удивлению, из последней организации вскоре пришел ответ. Директор австралийского отделения, бывший пилот, выражал полное несогласие с моей теорией, но, по крайней мере, удостоил меня подробными объяснениями, почему образование льда в компрессоре кажется ему невозможным. Главный его аргумент: температура по пути следования воздуха в компрессоре только поднимается и на последних ступенях превышает уже 100 градусов по Цельсию. Я должен был согласиться с этим, но указал ему на то, что на входе в компрессор образуется вакуум, давление падает, а вместе с ним — и температура. Поэтому возможна ситуацтия, когда температура в атмосфере, допустим, плюс 5 градусов Цельсия, а температура лопаток первых ступеней компрессора будет минус 5 — как раз достаточные условия для оседания льда. Для самолета же, спускающегося из верхних слоев атмосферы, где входная часть мотора остыла до минус 40 градусов, попадание во влажный воздух нижних слоев будет особенно опасным. Лед, заполнивший узкую щель между вращающимися и неподвижными частями, сработает как тормоз, сделанный из камня, и замедлит или остановит вращение мотора.

Наш спор, конечно, невозможно решить без эксперимента. Простейшим представляется: установить микротелекамеру внутри мотора, направленную на лопатки первой ступени компрессора, и термопару (электрический термометр) на входной части корпуса. Когда лед появится на крыльях, по моей гипотезе — почти уверенности, — мы увидим образование льда и зарегистрируем температуру корпуса ниже нуля. Но для того, чтобы пойти на такой эксперимент, нужно, чтобы кто-то из влиятельных людей в сфере безопасности полетов разделил мою тревогу и объявил подобное исследование необходимым. К сожалению, мой оппонент из Австралии верит, что, как он написал, “80 % аварий вызваны ошибками пилотов”. На это я ему ответил, что расследователи аварий выдвигают объяснение “ошибка пилота” во всех тех случаях, когда не могут найти удовлетворительного объяснения. И это трагично, потому что на погибших пилотов ложится недоказанное обвинение в гибели их пассажиров. Их детям и близким придется всю жизнь носить это незаслуженное клеймо.

Летом 2009 года мне удалось связаться с русскими инженерами, работавшими в сфере обслуживания наземных газотурбинных двигателей (в России и в Америке), устанавливаемых на газопроводах. Эти машины используют в качестве топлива тот самый газ, который они перекачивают, и, конечно, им не нужна реактивная тяга выбрасываемых газов, поэтому она сведена к минимуму. Но в принципе конструкция их повторяет все основные элементы авиационных моторов. Один инженер рассказал мне про свой опыт работы на теплоэлектростанции завода “Красный треугольник” в Ленинграде, включавшей газотурбинные установки. Конструкторы никак не могли понять, почему в морозные утра машины часто начинало трясти и они в конце концов останавливались. Проблема исчезла только после того, как воздух на входе в компрессор стали подогревать специальным устройством. Другой инженер столкнулся с тем же явлением, работая на газотурбинной установке в Новгороде. “На входном патрубке компрессора, — пишет он, — были вырезаны специальные застекленные окна в районе конструктивных ребер жесткости перед входным направляющим аппаратом. Обледенение наступало примерно в 4–5 утра в диапазоне температур наружного воздуха плюс-минус 2 градуса Цельсия. Лед нарастал буквально на глазах”. Установку приходилось отключать”.

Один американский друг, которому я рассказал о своих письмах в американские и международные организации, занимающиеся безопасностью полетов, высказал важное соображение: “Если твоя гипотеза подтвердится, представляешь, какие миллиардные убытки понесет весь бизнес авиационных перевозок? Поэтому ты должен быть готов к тому, что гипотеза, которую наверняка выдвигали и отдельные американские инженеры, будет встречать мощнейшее противодействие самых разных сил”.

И действительно: попробуем представить себе, что произойдет, если завтра Федеральное управление авиацией объявит внутреннее обледенение компрессора главной причиной десятков таинственных аварий, случающихся каждый год.

Первым делом придется запретить все взлеты и посадки в условиях, чреватых образованием льда на крыльях и корпусе самолета, а это приведет к отмене сотен рейсов и полному хаосу в расписаниях многих аэропортов.

Во-вторых, необходимо будет выработать новые стандарты на допустимое расстояние между концами лопаток компрессора и корпусом, а увеличение этого расстояния приведет к снижению эффективности двигателя и к возрастанию расходов на топливо.

Существующие моторы придется возвращать на заводы для уменьшения высоты лопаток и для вмонтирования специальных датчиков, которые будут оповещать пилотов о начавшемся образовании льда внутри компрессора.

В конструкциях новых моторов необходимо будет предусмотреть какую-то систему обогрева входной части мотора (электричеством или горячими газами, взятыми из выхлопной части).

Если виноваты гуси, их в суд не потащишь; но судебные иски, вчинямые авиакомпаниям родственниками погибших, могут обернуться настоящим золотым дождем для американских адвокатов.

Миллиарды и миллиарды новых трат в условиях сурового мирового финансового кризиса — легко ли пойти на это?

В России, где зима длится дольше и температуры воздуха ниже, чем в Америке, проблема обледенения самолетов стоит еще острее. Я вправе надеяться на то, что российские пилоты и администраторы скорее заинтересуются моей теорией, чем американские. Но все же, дорогой читатель, нам не приходится ждать скорого повышения безопасности полетов. Все, что мы — пассажиры и пилоты — можем пока сделать: внимательно следить зимой за погодными условиями в месте взлета и посадки нашего рейса и — если уж очень дорожим жизнью — отказываться от полета, когда эти условия приводят к внешнему обледенению самолета.

Опубликовано в журнале: «Нева» 2011, № 1