川航機組並非孤軍奮戰，全人類都在對抗失壓夢魘

川航機組並非孤軍奮戰，全人類都在對抗失壓夢魘

來自專欄 知乎航空航天署

【封面圖片：空中加油機地面增壓失敗，Boom！】

2018年5月14日，從重慶起飛的川航3U8633航班飛往拉薩，然而就在飛機即將進入青藏高原的時候，駕駛艙右側風擋突然破裂脫落。機組成員力挽狂瀾，成功將飛機降落在成都機場。

然而川航機組並非孤軍奮戰，故事的背後，有著眾多有關飛機失壓的故事，這些故事串聯起來，是人類航空史的一個縮影。

1#增壓機艙的由來

兩百多年前的1783年，人類發明了載人的熱氣球；一百多年前的1903年，人類發明了飛機，人類因此可以離開地面，投入天空的懷抱。

然而天空的懷抱並不溫暖，高空中的空氣稀薄而又寒冷，大約每上升1000米，溫度下降6℃，而在7500米高的海拔時，空氣中的氧飽和度僅有55%。人如果直接暴露在這樣環境中就會出現缺氧、體溫下降、高原反應和高空減壓病癥狀，這些癥狀在嚴重的時候會導致人失去意識甚至奪走人的生命。

早期的熱氣球和飛機都是開放式駕駛艙，為了克服高空的惡劣環境，人們選擇了——不去高空的明智舉措。當時的飛行器的飛行高度普遍低於5000米，而3000~5000米的「高空」通常是戰鬥機競技的天下，這樣的高度這不僅需要飛行員穿上足夠禦寒的衣物，還需要飛行員克服高原反應帶來的各種不適甚至是痛苦。

第一次世界大戰爆發後，空戰變得愈加頻繁，人們也很快意識到，飛行員直接暴露在惡劣的高空環境下作戰十分影響發揮。很快人們就給飛行員配備了氧氣罐，但是當時的座艙仍然是敞口的，結果就是飛行員們需要帶上「奶嘴」飛行——用夾子把鼻子夾上，嘴裡含著氧氣管「奶嘴」進行呼吸。

但是這樣的解決方式只能為飛行員提供額外的氧氣，低溫低壓的環境仍然在摧殘著飛行員的身體，甚至由於高空的低溫，飛行員難以長期有效的含住「奶嘴」呼吸，因此需要為飛行員提供更接近地面的環境。皮革製成的氧氣面罩順應而生，呼吸面罩為飛行員提供一個相對密閉的呼吸空間，在面罩內的氣壓是可以高於面罩外部的氣壓，從而克服了飛行員在飛行過程中缺氧的問題。

不過很快飛行員們又開始了新的抱怨，追求密封性的面罩限制了飛行員頭部的運動能力，因此在戰鬥中難以扭頭去尋找敵機。於是在修改呼吸面罩的同時，另一些人有了新的想法，那就是——增壓機艙。

增壓機艙的設想是將整個機艙密封起來，當飛機在高海拔飛行時，機艙可以調節內部氣壓和溫度，使得內部環境達到接近低海拔地區的氣壓、氧氣含量和溫度，這樣飛機內的所有人都可以免受外界環境的影響。

最早的增壓機艙飛機美國從英國訂購的DH.9A輕型轟炸機，大家不要笑，一戰末期的轟炸機就是這麼小隻。由於一戰在DH.9A首飛幾個月後就結束了，美國取消了原來傳說中的4000架大手筆訂單，只訂購了9架用於工程實驗的版本，並命名為USD-9A。

1921年，其中一架USD-9A進行了改造，將原來開放式的駕駛艙改成了帶增壓功能的封閉駕駛艙，成為世界上第一款成功實現機艙增壓的飛機。

機艙增益極大的提升了人類可以達到的高度，

1932年8月，瑞士科學家奧古斯特·皮卡爾德和助手乘坐帶有增壓艙的高空氣球飛到16000米的高度，成為世界第一個抵達平流層的人。今天我們的民航客機大多選擇在氣流更加平穩的平流層中巡航飛行，使得我們都有機會到達這一高度。

1935年的光棍節，美國人挑戰了未來20年內的最高飛行高度，他們乘坐的氦氣高空氣球「探索2號」飛行到了22066米，這一高度的氣溫是-50℃左右，氣壓只有水平面的4%，增壓艙是乘員賴以生存的關鍵之所在。這些探空實驗充分體現了增壓艙對於高空飛行的重要性和可靠性。

為何這些高度都是由氣球首先實現的呢？這是因為當時的飛機設計很不成熟，在高空稀薄的空氣中很難維持足夠的升力。而氣球採用比空氣更輕的氦氣，因此可以飛的很高，空氣中的氦氣就非常稀有，因為氦氣太輕了，直接飛出地球了。

這一時期，世界主要航空國家紛紛設計出了自己的增壓駕駛艙飛機，不過這項技術並沒有立即推廣開，廣大飛行員和乘客都無福消享。

在二戰時期，機艙增壓技術仍然是少數機型享受的福利，比如美國B-29轟炸機的機組乘員們。其餘的飛機，尤其是各類戰鬥機，仍然沒有任何駕駛艙增壓裝置，完全依賴於呼吸面罩提供的氧氣。

1938年，波音推出了世界上第一款機艙增壓的客機波音307。飛機巡航在6000米高度時，機艙內的氣壓相當于海拔2440米，這一海拔接近四川康定市區（2560米）、雲南麗江市區（2418米）和青海西寧市區（2261米）。不過由於第二次世界大戰很快爆發，民航的波音307全部被美國陸軍徵用。有人會問為什麼不是美國空軍徵用，這個么…美國空軍成立於1947年。

於是第一款真正讓民用普遍享受到的機艙增壓客機歸屬50年代大名鼎鼎的「彗星」客機，這也是世界上第一款機艙增壓的噴氣式客機，飛行高度可以達到13000米。之後的客機也幾乎沿用了機艙增壓的技術和這一巡航飛行高度，成為當代民航客機的標配。

協和式客機和圖-144客機是世界上第一批高空增壓客機，巡航高度高達18000~20000米，卻要維持海拔1800米左右的氣壓，相當於昆明市區的海拔，這些超音速高空增壓客艙不得不選擇更小的機身和更小的窗戶，最終花費頭等艙的價錢享受經濟艙的空間。

2#失壓夢魘

儘管人類發明了機艙增壓的技術，極大的改善了飛行環境，然而這一技術並非一帆風順，人類一直在與氣壓作鬥爭。

50年代名聲在外的「彗星」客機就是栽在了機艙增壓的隱患之上，這些災難也是「彗星」客機成名的原因之一。

在「彗星」客機每次飛行中，飛機都會例行進行機艙增壓，此時艙外的氣壓低於艙內，因此機身會承受內部空氣向外的擠壓。頻繁的飛行會對機艙進行頻繁的增壓操作，機艙壁也隨之頻繁的膨脹。鋁合金的機艙壁可以經受住長期的考驗，但一個被忽略的細節卻導致了「彗星」客機的一系列災難——正方形玻璃窗。

正方形玻璃窗的四個角在增壓期間會承受機艙其他部分兩到三倍的應力，於是窗戶拐角處的鉚釘需要額外承受更大的超過預期的應力，長此以往會出現金屬疲勞。為了找到原因，英國人在「彗星」客機的機身周圍建了一個水池，通過加水和放水來模擬機場增壓，根據模擬實驗的研究結果，「彗星」客機窗口角落處的結構會在1000~9000次加壓循環內隨機出現，最終成為了一架架不定時「炸彈」。當「炸彈」引爆時，「彗星」客機便在高空中自行解體了。

人們從「彗星」客機的這一系列災難中吸取到了慘痛的教訓，從此客機的機艙玻璃都改成了圓形或圓角矩形，來避免這一悲劇的發生。

無獨有偶，機艙頻繁的增壓還帶來了另一類相近的災難——機艙金屬疲勞。

1988年4月28日，夏威夷阿羅哈航空243航班的波音737-297飛機出現了一個令乘客十分驚悚的事故——在7300米的高空中，飛機的天花板和機艙側壁都不翼而飛，前排的乘務員則不幸直接被刮飛，除了座椅和地板，前面6排乘客突然暴露在空氣中，巨大而又刺骨的寒風呼嘯過機艙。驚魂動魄的13分鐘後，機組人員在最近的機場緊急著陸，8人重傷，從來沒有損壞如此嚴重的飛機成功著陸。

根據事後的調查，事故的誘因是由於這架飛機長期頻繁執飛夏威夷海島之間的短途航班，航程只有半小時，而每天會飛機很多次，機艙比絕大多數飛機都要頻繁的進行增壓操作，從而使得飛機機艙壁的鉚釘更容易產生金屬疲勞。

而事故的導火索則是阿羅哈航空公司在維護過程中並沒有及時發現到機身鉚釘連接處疲勞損傷帶來的細小裂縫，最終使得這一損傷擴大，在空中開裂。

波音公司也為此修改了同一類型飛機的機艙裝配工藝。在最初的設計中，為了預防類似「彗星」客機這樣的空中解體事故，波音737每隔13厘米就有一條阻止繼續開裂的止裂條，止裂條上的兩層蒙皮先是用膠粘住，再用鉚釘固定在止裂條上，這樣飛機理應最多只會有13厘米×13厘米的開裂，這樣的開裂飛機所能經受住的。但調查發現，這一批生產的波音737的蒙皮膠的粘結耐久性不足，極易受到環境影響，很可能是導致了這次空中開裂的瞬間擴大化的原因之一，最終導致了多達35平方米的機艙壁的大面積脫落。

世界上最大的單架飛機空難事故——1985年的日航123事故中，也是由於飛機尾部的增壓艙壁隱患導致尾部爆裂，這架波音747瞬間機艙失壓，飛機尾翼也因此被炸離機身，液壓油也流失殆盡。失去所有方向控制的飛機在機組人員的頑強堅持下繼續飛行了32分鐘，最後飛機不幸撞山。

事故分析顯示，這架飛機在7年前曾經有一次尾部撞擊受損，然而進行維修的波音工程師違反波音標準修理方法，將其中一塊鋼板切割成了兩塊，並且本應使用兩排鉚釘固定鋼板，最後卻只使用了一排，導致尾部抗開裂的性能降低到原來的70%，這架飛機從而成為了一個不定時「炸彈」，一直積累金屬疲勞造成的開裂。

3#「窗」航奇蹟

1990年6月10日，英航5390航班從英國伯明翰飛往西班牙馬拉加，起飛兩分鐘後，飛機飛行到5300米高度並進入巡航狀態，副機長將飛機切換成自動飛行模式後，機長放鬆的解開了安全帶。

看似平常的十分鐘後，突然，飛機駕駛艙一側的左擋風玻璃不翼而飛，駕駛艙瞬間減壓，所有沒固定住自己的物體都飛向了敞開的窗外——包括機長本人。所幸機長的膝蓋被飛行控制器夾住，一名乘務員聽到聲響後進入駕駛艙，情急之下他抓住了機長的腰帶，於是機長最終並沒有飛出艙外。然而此時的機長上身已經完全貼在冰冷的飛機外壁了，艙外的溫度只有-17℃，由於飛機時速很高，因此吹入駕駛艙的風速足足有550km/h，是12級颱風風速的2~5倍。低溫、強風和缺氧，使得機長迅速進入昏迷狀態，據副機長的描述，機長的眼睛都沒有眨過一次。

由於這架飛機並沒有為每個人配備應急的氧氣呼吸面罩，因此副機長緊急降低高度並準備降落，呼嘯的風聲也嚴重干擾了副機長和地面的通話。儘管困難重重，22分鐘後，飛機成功降落在了南安普頓機場。

機長身受休克、凍傷、骨折等多重傷害後大難不死，5個月後，機長又重新返回工作崗位。而一直抓著他的乘務員的肩膀也因此脫臼，臉部也被寒風吹成凍傷。

機長在在如此低溫、強風和缺氧的環境中倖存令人吃驚，而事故的調查結果同樣讓人大跌眼鏡，維修工程師在更換擋風玻璃的螺絲釘時，選擇了小一號的螺絲釘，而正是這群小一號的螺絲釘導致了駕駛艙擋風玻璃的脫落。

此外，這個型號的飛機擋風玻璃在設計上有缺陷。通常的飛機玻璃是從內部安裝的，這樣當飛機在高空飛行時，機艙內部處於增壓狀態，會從內向外壓住玻璃，可以防止玻璃的脫落，而在這架BAC-111客機中，擋風玻璃是在外部安裝的，因此艙內的氣壓反而會促使擋風玻璃的脫落。

然而誰也沒想到，28年後，相似的情景再一次發生。

2018年5月14日清晨，從重慶江北機場起飛的四川航空3U8633航班飛往目的地拉薩貢嘎機場，執飛的是空客A319高原型飛機。

A319 飛機是從A320飛機系列衍生出的機型，其高原型飛機則在普通A319的基礎上增加了更多氧氣瓶，使得失壓狀態下的飛機能持續供氧一小時，是普通機型的4倍。此外，高原型A319的發動機推力也相應的增加，來保障高原缺氧時的發動機推力。這些都是高原起降飛機所必不可少的。

然而就在飛機即將飛過雅安境內，進入青藏高原的時候，駕駛艙右側的前擋風玻璃突然毫無徵兆的破裂脫落。空客A319的玻璃是由多層玻璃一起構成，厚達數厘米，其中還有除霜的加熱系統。根據事故後的維修記錄，破裂風擋玻璃為空客的原裝件。

破裂的玻璃導致飛機開始失壓，當飛機失壓時，機艙內的空氣也會逐漸變得和外界一樣稀薄，如果不及時補充氧氣，容易突發減壓症和高原反應，並最終導致昏迷。而現代飛機在監測到機艙失壓時，氧氣呼吸面罩會自動脫落，儘可能的避免這一情況的發生。

機艙失壓的另一特徵是艙內沒有固定住的物體會紛紛從破洞處湧向艙外，這也是由於艙內氣壓比外界高，空氣擴散所帶動的。機艙增壓產生的壓力並不低，通常的民航客機每平方米需要承受相當於5噸重物體的壓力，為了承受這一壓力，A319的鋁合金蒙皮厚度為2mm，大約和硬幣一樣厚。

所幸兩名飛行員都系好了安全帶，沒有出現英航5390機長這樣被吸出艙外的情況，然而右側的副機長仍然被強大的氣流所吸到窗前，腰部扭傷，在乘務員的幫助下才拉回到座位上。駕駛艙的儀錶盤也被吸偏了位置，客艙的小物件也飄的四處。

失壓的飛機還會面臨另一個險情，高速飛行的飛機使得風會高速的灌入破損的位置，相當於一場比颱風更強烈的低溫風暴，這一風暴可能會使得飛機內人員產生凍傷，或刮損飛機內部設施，造成進一步破壞。本次航班中，巨大的風力就吹開了因為失壓而失效的駕駛艙門，灌入了客艙中。

所幸飛行員沉著冷靜，及時將應答機調整到7700，這是飛機發出緊急信號的代碼，並著手緊急降低飛行高度。飛行高度的下降並不是無限制的，需要考慮飛機的安全水平，因此即使遇到失壓這類緊急情況，也是逐步下降高度。

當時的飛行高度在9800米，速度大約200m/s，這一高度的氣溫大約-30℃，因此飛行員需要在嚴寒和狂風下操作飛機，嚴寒使得儀器變得不那麼靈敏，操作也比較困難，而刺眼的狂風會使得飛行員看不清儀錶盤，巨大的風噪也讓飛行員難以與地面溝通。

不過此時並不是川航飛行員孤軍奮戰，

空軍西部戰區在發現3U8633航班異常下降後，立即清理了附近的空域，轉交民航局臨時調配使用。

民航西南空管局在收到7700緊急信號代碼後也緊急清空了空域和機場的民航飛機。

在地面的配合下，飛機逐步降低高度，並迴轉180°飛往成都，最終於7:42成功備降在成都雙流機場。一位攝影愛好者拍到了這架飛機降落的照片。

除了經歷這次險情的飛機上和地面上努力的人們，背後還有很多人在協同他們作戰。

從增壓機艙的發明到增壓機艙的改進，都凝結著眾多人的汗水，還有曾經的遇難者的鮮血。眾多前輩用血與汗積累的經驗和教訓，成就了如今的飛行安全。

願每一次起飛都平安降落。

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