想回答這個(gè)問(wèn)題，讓我們先從飛機(jī)在天上翱翔時(shí)受到往下的地心引力、由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的推力、當(dāng)機(jī)翼獲得速度時(shí)產(chǎn)生往上的升力、以及飛機(jī)前進(jìn)撞上空氣時(shí)的空氣阻力等四個(gè)力，還有飛機(jī)「最佳滑降率」開始說(shuō)起吧！
《薩利機(jī)長(zhǎng)》物理好，才會(huì)有哈得遜奇跡？
電影《薩利機(jī)長(zhǎng)：哈得遜奇跡》中，重現(xiàn)了全美航空 1549 號(hào)航班的機(jī)長(zhǎng)心路歷程。在這部片子中，其實(shí)重現(xiàn)了很多航空技術(shù)與科學(xué)的樣貌，到底有哪些東西跟科學(xué)有關(guān)呢？就讓我們一段一段剖析。
沒(méi)有前例、沒(méi)有預(yù)警的一件飛安意外，發(fā)生于 2009 年 1 月冬天的紐約上空，溫度還沒(méi)冷到湖面結(jié)冰、也因此迎來(lái)了忙著遷徙的加拿大黑雁。就這么不湊巧地，擔(dān)任全美航空 1549 號(hào)航班的 A320 客機(jī)和這群加拿大黑雁的飛行航線重迭，鐵鳥撞上一群重 7 至 9 磅（ 3 至 4 公斤）的鳥，就成了今日主題中的飛安事件。
于出事客機(jī)的 1 號(hào)引擎發(fā)現(xiàn)的飛鳥羽毛。圖／National Transportation Safety Board @ wiki
飛行員用「摸」的控制飛機(jī)？
很多看過(guò)的朋友常常問(wèn)，飛行員不論是操控實(shí)際的飛機(jī)、或者是模擬機(jī)，為何看起來(lái)就像是打電動(dòng)一樣輕松？好像飛行員在握操控桿都絲毫不費(fèi)力？
事實(shí)上，空中巴士的駕駛艙設(shè)計(jì)，飛機(jī)駕駛艙與機(jī)翼上面的各控制面之間，不再有鋼纜連結(jié)，而是改用電纜、利用數(shù)字訊號(hào)鏈接。這個(gè)稱為「線傳飛控（Fly By Wire、簡(jiǎn)稱 FBW）」的駕駛艙科技，自協(xié)和號(hào)客機(jī)開始，至今已是二十一世紀(jì)客機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口。透過(guò)線傳飛控的技術(shù)操控后，飛機(jī)只要有「電力」和「液壓」，飛行員的操控只要輕輕地?fù)u動(dòng)手上的游戲桿、就可以更改飛機(jī)的姿態(tài)，計(jì)算機(jī)也會(huì)自動(dòng)協(xié)助進(jìn)行飛機(jī)姿態(tài)平衡的細(xì)微控制，不再需要飛行員手動(dòng)操作。
典型的飛控操作示意動(dòng)畫，而線傳飛控的技術(shù)不需要鋼纜或絞煉，只需要電力和液壓即可操控。圖／Piotr Jaworski @ wiki
在 FBW 的技術(shù)下，新一代的飛機(jī)不僅能保護(hù)飛行員不會(huì)對(duì)飛機(jī)做出不合理、不安全的飛行姿態(tài)，當(dāng)飛機(jī)發(fā)生異常時(shí)，只要電力系統(tǒng)保持運(yùn)作、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)功能正常、飛機(jī)外型無(wú)受損的情形下，飛行員可以更輕松地維持飛機(jī)安全的飛行姿態(tài)，保留腦袋與體力思考如何讓飛機(jī)可以安全落地，于是，全美航空 1549 的成功迫降，新一代的駕駛艙居功厥偉。
高度，就是生命
在全美航空 1549 航班的案例中，客機(jī)才剛起飛、爬升至 3,000 英呎（約 1,000 公尺）的高度下，就撞上了一群鳥、并導(dǎo)致飛機(jī)雙發(fā)動(dòng)機(jī)同時(shí)熄火無(wú)法產(chǎn)生推力。飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熄火之后，不只是飛機(jī)喪失推力，飛機(jī)的電力、液壓、空調(diào)系統(tǒng)都來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)，等同于飛機(jī)的心臟停止跳動(dòng)。因此，薩利機(jī)長(zhǎng)在得知雙發(fā)動(dòng)機(jī)失效的一個(gè)關(guān)鍵舉動(dòng)，就是啟動(dòng)位于飛機(jī)機(jī)尾的輔助動(dòng)力單元（APU），確保飛機(jī)的電力和液壓系統(tǒng)運(yùn)作，讓飛機(jī)有良好的操控能力能進(jìn)行迫降。
相信大家都很清楚，飛機(jī)在天上翱翔時(shí)，會(huì)受到四個(gè)力的影響，包含往下的地心引力、由發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生往前的推力、當(dāng)機(jī)翼獲得速度時(shí)產(chǎn)生往上的升力、以及飛機(jī)前進(jìn)撞上空氣時(shí)的空氣阻力。
當(dāng)飛機(jī)所有發(fā)動(dòng)機(jī)都失效時(shí)，因?yàn)闆](méi)有辦法產(chǎn)生往前的推力，空氣阻力就會(huì)讓飛機(jī)的速度變慢，隨著速度變慢、機(jī)翼產(chǎn)生的升力越小、飛機(jī)就越難抵抗地心引力。當(dāng)飛機(jī)喪失推力之后，飛行員第一件要做的事情，就是要讓飛機(jī)維持安全的空速、讓機(jī)翼產(chǎn)生足夠的升力、維持穩(wěn)定的飛行姿態(tài)，避免飛機(jī)因?yàn)榭账俨蛔銓?dǎo)致「失速」、造成飛機(jī)失控。這時(shí)，飛行員會(huì)利用地心引力當(dāng)作飛機(jī)的推力，讓飛機(jī)所喪失的高度（位能）轉(zhuǎn)換為動(dòng)能、進(jìn)而保持飛機(jī)的速度。
每一架飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)有其對(duì)應(yīng)的「最佳滑降率」，也就是飛機(jī)可以一面下降又能保持在一定的安全空速，這個(gè)最佳滑降率的數(shù)值其實(shí)很常見(jiàn)，每當(dāng)飛機(jī)離開巡航高度、逐步下降時(shí)，飛行員也會(huì)盡量讓飛機(jī)保持在最佳滑降率下降，藉此不僅可保持飛機(jī)的安全、也能達(dá)到最省油的效果。一般來(lái)說(shuō)，最佳滑降率通常是每分鐘下降 1,000 英呎左右，但是，全美航空 1549 航班遭遇鳥擊、且飛機(jī)失去動(dòng)力時(shí)，高度僅有 3,000 英呎，代表飛機(jī)以最佳滑降率下降時(shí)，飛機(jī)僅有約 3 分鐘的滯空時(shí)間，以飛機(jī)水平時(shí)速 300 公里計(jì)算，最遠(yuǎn)僅能飛到 15 公里以內(nèi)的機(jī)場(chǎng)，也因此促成了在河面上迫降的關(guān)鍵決定。
全美航空 1549 號(hào)班機(jī)起飛到迫降的航線。圖／S. Bollmann @ wiki
對(duì)于飛行員來(lái)說(shuō)，「高度」幾乎等于飛行員的生命，所以在不同的電影中，都可以看到飛行員在飛機(jī)發(fā)生狀況時(shí)、先把飛機(jī)拉高以爭(zhēng)取反應(yīng)時(shí)間的橋段。例如在《薩利機(jī)長(zhǎng)》一片中，有一個(gè)橋段是機(jī)長(zhǎng)在空軍服役時(shí)、因?yàn)閼?zhàn)機(jī)的操控系統(tǒng)故障，第一時(shí)間就是先爬升高度爭(zhēng)取排除問(wèn)題的時(shí)間與空間；同樣的在國(guó)片《想飛》中，男主角在 IDF 戰(zhàn)機(jī)遭遇雷擊時(shí)，第一時(shí)間也是先爬升高度以爭(zhēng)取時(shí)間。只不過(guò)，這個(gè)關(guān)鍵要素在全美航空 1549 航班的案例不存在，因此，只好去找一條河迫降了。
保持迫降時(shí)的完整外型
大家都知道，一般噴射客機(jī)的外型設(shè)計(jì)，通常是把發(fā)動(dòng)機(jī)掛在主翼之下，這種設(shè)計(jì)對(duì)于飛機(jī)配重的穩(wěn)定性、油料供給效率、以及飛行效率等都是相對(duì)較佳的設(shè)計(jì)。但在水上迫降時(shí)，因?yàn)轱w機(jī)無(wú)法伸出起落架發(fā)揮降落的緩沖功能，所以掛在飛機(jī)主翼底下的發(fā)動(dòng)機(jī)，就是飛機(jī)迫降時(shí)第一個(gè)接觸水面的主要外型結(jié)構(gòu)，也成為了極度危險(xiǎn)的阻力體，如果飛機(jī)任何一邊的發(fā)動(dòng)機(jī)先觸水時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致飛機(jī)機(jī)身翻滾，導(dǎo)致機(jī)身破裂。
因此，當(dāng)飛機(jī)最后階段準(zhǔn)備迫降在水面時(shí)，機(jī)長(zhǎng)特別讓飛機(jī)在可控的前提下、把飛機(jī)仰角提高，因此當(dāng)飛機(jī)接觸水面時(shí)就不是只有主翼左右兩側(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)、而是讓發(fā)動(dòng)機(jī)和機(jī)尾幾乎同時(shí)接觸水面，使得飛機(jī)接觸水面的接觸面更多，減輕結(jié)構(gòu)壓力，讓機(jī)身保持完整浮在水面上。
全美航空 1549 班機(jī)迫降于哈德遜河后的畫面。圖／Greg L – originally posted to Flickr as Plane crash into Hudson River，CC BY 2.0
全美航空 1549 航班的案例中，站在物理學(xué)的角度來(lái)看，就是一個(gè)飛行員在系統(tǒng)功能完整的情況下，努力利用各種可使用的條件（高度、距離、飛機(jī)可伸出的外型）、抵銷飛機(jī)的位能與動(dòng)能，但是下降過(guò)程中仍然要保持飛機(jī)的安全速度（動(dòng)能）以保持操控性與安全性。因此到了飛機(jī)即將迫降至河面的最后階段，機(jī)長(zhǎng)下令伸出飛機(jī)的襟翼、增加機(jī)翼面積以降低飛機(jī)的安全速度；在迫降前一刻，機(jī)長(zhǎng)讓飛機(jī)仰角增加，以做出在計(jì)算機(jī)容許范圍內(nèi)的最大仰角減低速度。在多重手段的搭配下，飛機(jī)最終安全迫降于河面上，并保全所有機(jī)組人員與乘客的性命。
看完以上的剖析，你也許會(huì)問(wèn)筆者，下次身為乘客碰到這種事情時(shí)，該怎么辦？筆者誠(chéng)實(shí)的告訴你，這時(shí)唯一能做的，就是低頭、彎下腰，相信前面那兩個(gè)飛行員，剩下的，就交給天了……
聯(lián)系客服
