軟件本可以阻止的飛行事故:大韓航空801次航班和美國航空965次航班空難

不僅僅是戰(zhàn)斗機,民用客機軟件的重要性和作用也呈現(xiàn)出日益上升的趨勢。韓國在20 世紀70 年代首次引進的波音747 所用軟件由40 萬行代碼寫成,1995 年引進的波音777 軟件則達到了400 萬行,最新型的波音787(Dreamliner)的內部軟件由650 萬行代碼寫成。民用客機對軟件的使用越來越頻繁,但奇怪的是,至今還沒有軟件造成的民用客機事故。大部分民用客機事故都是駕駛員失誤或飛機系統(tǒng)不完備、設備不良等造成的,但這些原因引發(fā)的事故中,假如軟件正常運轉,有一些事故是完全可以避免的。

關島慘案:大韓航空801 次航班

查找飛機失事的相關資料不難發(fā)現(xiàn),歷史上最嚴重的飛機失事案例中,韓國的大韓航空榜上有名。當然,這并不是說大韓航空的飛行事故頻繁。但至少在目前為止發(fā)生過的所有空難中,大韓航空的兩起事故使它一度站到了全世界的風口浪尖。第一次是在庫頁島上空被蘇聯(lián)戰(zhàn)斗機擊落的大韓航空007 次航班;第二次則是在著名的療養(yǎng)勝地——關島,準備著陸的大韓航空801 次航班墜毀。這兩次事故都排在史上最嚴重的空難前10 名或前20 名,比較有代表性。

這兩次事故中,在關島發(fā)生的這起大韓航空801 次航班的失事主要是由駕駛員的判斷失誤造成的。但是,假如軟件能起到應有作用的話,就可以挽回225 條人命了。

墜毀前的記錄

1997 年8 月6 日,韓國時間晚8 時22 分,一架波音747-300 飛機從金浦國際機場起飛。想到就要在關島度假,237 名乘客無不懷著激動的心情登上了這架大韓航空801 次航班。起飛后約4 小時,當?shù)貢r間凌晨1 時11 分(韓國時間12 時11 分),機長開始和副機長、飛航工程師進行著陸簡報,也就是機長向副機長和飛航工程師說明著陸相關的必要信息。這次簡報中,機長曾提及,關島國際機場(正式名稱為 Antonio B. Won Pat 國際機場,本書中稱“關島國際機場”)的下滑道(GlideSlopA)信標出現(xiàn)故障。

結束簡報后,1 時13 分,副機長向塔臺工作人員通報,飛機已經(jīng)下降到2600 英尺,同時開始降低飛行高度。著陸貌似進行得還算順利。飛機繼續(xù)向關島國際機場的跑道靠近,1 時39 分55 秒(墜毀前2 分31秒),近地警告系統(tǒng)感知故障并發(fā)出信號,駕駛艙立即陷入一片慌亂。

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A下滑道:幫助飛機安全著陸的電子設備。該設備的定向電波會發(fā)射到機場跑道前方,飛機接收到這些電波后,就能以適當?shù)南陆到嵌冗M入跑道。它和定位器(Localizer)一樣,都是儀表著陸必需的設備。

01:39:55 飛航機械師:“下滑道沒問題嗎?下滑道?”

01:39:56 機長:“是的,是的,沒問題。”

01:39:57 飛航機械師:“唉,所以……”

01:39:58 不明:“你是讓我看一下下滑道有沒有問題嗎?”

01:39:59 不明:“下滑道怎么出來了?”

01:40:00 副機長:“無法使用(Not Usable)。”

當時,塔臺人員已明確告知機組人員儀表著陸系統(tǒng)中的下滑道信標出現(xiàn)故障,機組人員進行著陸簡報時也確認了這一內容。如果當時機組人員向塔臺方面重新確認信號內容,問題就能得到解決,但并沒有人這樣做。后經(jīng)調查得知,地面上的無線電之類的設備發(fā)出的電波被誤認為下滑道的電波。

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這時,機長和副機長做出了令人無法理解的舉動。下滑道出現(xiàn)故障的時候,飛機應該分級下降(如圖16-3 所示),但他們當時卻讓飛機持續(xù)下降。1 時41 分11 秒(墜毀前1 分15 秒),大韓航空801 次航班從2000 英尺(約600 米)持續(xù)下降到1440 英尺。按照相關規(guī)定,距離機場跑道20 千米(11 海里A)到9.3 千米(5 海里)的范圍內,高度均不可低于2000 英尺。但大韓航空801 次航班位于13 千米(7 海里)處時,高度已經(jīng)低于2000 英尺。

A雖然并非國際標準,但“海里”是航空、海洋領域廣泛使用的距離單位。NM是NauticalMile的縮寫,中文譯為“海里”。另外,表示輪船或飛機速度的“節(jié)”(knot)指的就是每小時行駛的海里數(shù)。

本可以阻止的事故

大韓航空801 次航班墜毀之前,曾經(jīng)至少有兩次機會可以阻止這次事故的發(fā)生。

第一次機會是確認外指點標(Outer marker)。外指點標設置在距離跑道一段距離的位置,它會向上空垂直發(fā)射電波。飛機駕駛員經(jīng)過外指點標上空時會接收到該信號,以確認當前高度。但后來檢查黑匣子的駕駛艙錄音記錄時發(fā)現(xiàn),當時沒有任何人確認外指點標的信號。假如確認了飛行高度,就能知道當時正處于低于規(guī)定高度2000 英尺的位置,也就可以避免悲劇發(fā)生了。

避免事故發(fā)生的最后一次機會是墜機之前。當時,機組人員正專心準備飛機降落。墜毀前12 秒, GPWS(Ground Proximity WarningSystem,近地警告系統(tǒng))響起警報。

01:42:14 GPWS :“最低高度,最低高度?!保╩inimums, minimums)

這是GPWS 向駕駛員發(fā)出的最低高度警報,但機長、副機長、飛航機械師均未采取任何應對措施。3 秒后,GPWS 機械的播報聲又響了起來。

01:42:17 GPWS :“快速下降。”(sink rate)

01:42:18 副機長:“可以快速下降!”(sink rate OK!)

“sink rate”是GPWS 發(fā)出的飛機正在快速下降的警報。對此,副機長給出了“可以快速下降”的回答。但下一秒,副機長聽到飛航機械師說出“現(xiàn)在距離地面只剩下200 英尺(約60 米)”的時候,曾勸機長放棄著陸(missed approach)。

但機長并沒有立即放棄著陸。如果發(fā)現(xiàn)機長的決定是明顯錯誤的,副機長可以強行駕駛。遺憾的是,副機長并沒有這么做。

01:42:21 飛航機械師:“看不到啊?!保w機墜毀前6.22 秒)

01:42:21 副機長:“看不到。放棄著陸!”

01:42:22 飛航機械師:“復飛?!?/p>

飛機墜毀前6.22 秒,距離地面已不到60 米,但飛航機械師依然無法看到關島機場的跑道。副機長也一樣,他再次向機長建議放棄著陸。飛航機械師也建議機長復飛(Go Around,無法安全著陸或錯誤靠近跑道的情況下,著陸過程中重新上升高度,之后再著陸),但機長的判斷卻和副機長以及飛航機械師的判斷都不一樣,他并沒有馬上復飛。

直到飛機墜毀前3.7 秒,機長終于承認著陸失敗。他立刻解除了自動飛行模式,試圖使飛機上升。但是,想讓重達幾百噸的波音747 飛機重新上升并沒有那么容易。高度在持續(xù)下降,GPWS 也幾乎同時發(fā)出高度警報。

01:42:24.05 GPWS :“100 英尺?!?/p>

01:42:24.84 GPWS :“50 英尺?!?/p>

01:42:25.19 GPWS :“40 英尺?!?/p>

01:42:25.50 GPWS :“30 英尺?!?/p>

01:42:25.78 GPWS :“20 英尺。”

01:42:25.78( 撞擊聲)

01:42:32.52 錄音終止

盡管駕駛員極力想讓飛機回升,但最終沒能戰(zhàn)勝波音747 的慣性。結果,沒能重新上升高度的大韓航空801 次航班撞上了關島國際機場前面的尼米茲山。

假如軟件發(fā)揮了應有的作用

假如當初機場的軟件能發(fā)揮應有的作用,那么除了前面提到的兩次可以避免事故發(fā)生的機會之外,說不定還能有一次機會——關島機場的最低安全高度警報系統(tǒng)(Minimum Safe Altitude Warning,以下簡稱MSAW)。MSAW 在靠近機場的飛機低于正常高度時,向塔臺人員發(fā)出視覺和聽覺警報。問題是,當時關島國際機場的MSAW 處于異常狀態(tài)。

原因是MSAW 的軟件存在問題。關島機場的MSAW 系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)出過多次虛假警報,飛機明明處于正常高度,系統(tǒng)卻提示危險。1994 年秋,關島機場的塔臺工作人員向美國聯(lián)邦航空管理局(FAA,F(xiàn)ederalAviation Administration)表達了對MSAW 系統(tǒng)虛假警報等問題的不滿。為此,F(xiàn)AA 修復了關島機場的MSAW 軟件,并于1995 年2 月重新投入使用。但是,修復后的軟件存在致命漏洞。

說起來非??尚?,修復后的MSAW 只能在以關島雷達為中心、半徑100~101.8 千米(54~55 海里)的僅1.8 千米(1 海里)范圍內發(fā)揮作用。這段區(qū)域距離關島較遠,是一段海域,飛機根本不可能在此區(qū)域低空飛行,所以MSAW 幾近于一件廢物。也正因如此,事故發(fā)生時,位于關島雷達半徑100 千米以內的大韓航空801 次航班雖然低于安全高度,但沒有引發(fā)任何警報。

假如MSAW 當時能發(fā)揮應有的作用,大韓航空801 次航班撞到尼米茲山之前的64 秒,塔臺人員就能知道飛機低于安全高度。但是,MSAW 沒有發(fā)出任何警報,能阻止慘案發(fā)生的一次決定性的機會就這樣錯過了。

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美國航空965 次航班

1995 年12 月20 日,美國東部標準時間晚9 時45 分左右,美國航空965 次航班在哥倫比亞卡利國際機場(正式名稱為 Alfonso BonillaAragon 國際機場,本書中簡稱為“卡利國際機場”)附近的山上墜毀。這次事故造成159 人喪生,4 人重傷。

當天下午,美國航空965 次航班在美國邁阿密機場等待起飛。預定的起飛時間是16 時40 分,但由于美國東北部遭遇颶風襲擊,部分航班延誤,這些航班上的一些乘客需要轉乘965 次航班。因為等待這些乘客和他們的行李,直到17 時14 分(比預定時間晚34 分鐘)才完成起飛準備。但是,并非完成起飛準備就能起飛。當時是西方最長的假期——圣誕節(jié)連休,邁阿密機場擠滿了起降的機群。為此,965 次航班在地面又等待了1 小時21 分,之后才從邁阿密機場起飛,朝著目的地——哥倫比亞卡利國際機場出發(fā)。起飛時間是18 時35 分,比預定出發(fā)時間晚了大約2 小時。

雖然出發(fā)得有點晚,但飛行過程還算順利。965 次航班使用的是當時最新的機型——波音757,事先在電腦中輸入航線,飛機即可沿航線自動飛行。起飛后約3 小時,21 時30 分左右,965 次航班到達哥倫比亞卡利國際機場附近上空。

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卡利機場左右兩邊都是高山,正好位于較長的山谷地形中(如圖16-7 所示,顏色越深表示海拔高度越高)。因此,制定航線時,使965次航班從機場北側直接著陸,或者飛過機場后掉頭,在機場南側著陸。像其他機場一樣,卡利機場也設有幫助飛機安全著陸的無線電導航系統(tǒng)(VOR)。波音757 上安裝的計算機系統(tǒng)接收到VOR 發(fā)射的信號后,可以使飛機安全著陸。

當時,965 次航班要想在卡利機場降落,應依次通過機場北側約66千米處的TULUA 無線電導航系統(tǒng)和約17 千米處的ROZO 無線電導航系統(tǒng)。飛過卡利國際機場后,在機場南側的CALI 無線電導航系統(tǒng)附近掉頭,最后在機場南部著陸。

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開始出錯

美國航空965 次航班到達距離卡利國際機場北側約100 千米時,首次與卡利塔臺進行了通信。

[21:34:40 ~ 21:34:57 通信內容]

機長:“卡利塔臺,我是美國航空965 次航班?!?/p>

塔臺:“美國航空965 次航班,歡迎你,請講。”

機長:“美國航空965 次航班正從23 000 英尺下降到20 000 英尺?!?/p>

塔臺:“距離卡利(機場)還有多遠?”

機長:“63 英里(約116.6 千米)。”

好奇怪??!按理說塔臺應該通過雷達了解965 次航班的準確位置,但它反而需要詢問965 次航班的當前位置。其實,卡利國際機場存在很大問題。1992 年,哥倫比亞反政府游擊隊炸毀了卡利國際機場的雷達系統(tǒng)。因此,塔臺無法掌握進入機場的飛機的飛行位置,必須與飛機進行無線通信才能獲知。這也是為什么塔臺會詢問美國航空965 次航班的位置。

[21:34:59 ~ 21:35:27 通信內容]

塔臺:“知道了。美國航空965 次航班,要去卡利的話,需要下降并保持在15 000 英尺高度。高度儀3002……請在TULUA 報告?!?/p>

(“roger, is cleared to Cali VOR, uh, descend and maintain one, fivethousand feet. altimeter three zero zero two.... no delay expect for approach.report uh, Tulua VOR.”)

機長:“知道了。確認卡利方向,在TULUA 報告。高度15 000 英尺,高度儀3002,全部正確嗎?”(“OK, understood. cleared direct to CaliVOR. uh, report Tulua and altitude one five, that’s fifteen thousand threezero.. zero.. two. is that all correct sir?”)

塔臺:“對?!?/p>

這是飛機降落前和塔臺人員的一段正常通信內容。不過特別的是,卡利國際機場的塔臺人員完全不了解965 次航班的位置,所以為進行有效管制,他們要求飛機經(jīng)過Tulua VOR 時向自己報告(“請在TULUA報告”)。但是在這里,機長犯下了第一個錯誤。由于和塔臺人員的英語溝通出現(xiàn)問題,機長將“ cleared to Cali VOR”理解為“立即飛向CALIVOR”。為此,機長在飛行管理系統(tǒng)(Flight Management System,以下簡稱FMS)中將飛行路線變更為朝向CALI VOR(如圖16-9 所示)。這次飛行路線的變更程度不是很大,所以不存在太大問題。但路線變更導致之前飛行路線上的VOR(TULUA、ROZO)的數(shù)據(jù)都被清零,駕駛員面前的導航屏幕上的TULUA 和ROZO 無線電導航也消失了。就在此時,飛機飛過了此前塔臺人員囑咐經(jīng)過時一定要通報的TULUA VOR。

21 時36 分31 秒,卡利國際機場塔臺詢問965 次航班機長,是否要取消原定在01 號跑道著陸的計劃,改為在19 號跑道降落。

塔臺:“風力較小。是否要在19 號跑道著陸?”

飛機之前的飛行路線是在機場南側的VOR 掉頭,迂回一周后在機場著陸,但在機場北側著陸可以節(jié)約一部分時間。當時已經(jīng)比預計抵達時間晚點了2 小時,965 次航班的駕駛員應該想盡可能早一點降落,所以不可能拒絕這個提議。機長和副機長簡單溝通后,向塔臺表達了這層意思。塔臺之后告訴飛機,經(jīng)過ROZO VOR 后進入19 號跑道。同時又強調了一遍,經(jīng)過TULUA VOR 時要報告。

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雖然塔臺反復稱,經(jīng)過TULUA VOR 時要報告,但機長已經(jīng)將FMS 的TULUA VOR 清零,而且飛機已經(jīng)飛過了。因此,駕駛艙內的人當時根本就不知道TULUA VOR 在什么位置。機長決定:與其艱難地尋找TULUA VOR,還不如向ROZO VOR 飛行。于是,他向塔臺詢問是否可以立即向ROZO VOR 飛行。

機長:“可以直接飛向ROZO 嗎?”

塔臺:“先去ROZO,再從19 號跑道進入。風力較小?!?/p>

機長:“從ROZO 到19 號跑道。明白?!?/p>

塔臺:“經(jīng)過TULUA 時請報告。”

由于沒有雷達,塔臺一直無法掌握965 次航班的具體位置,只能再一次要求飛機經(jīng)過TULUA VOR 時進行報告。但是,965 次航班早已飛過TULUA VOR,而且機長腦中也早就沒有意識到需要報告了。

機長和副機長當即改變飛機的飛行高度和路線,向著ROZO VOR飛去。更改降落路線后,距離卡利國際機場北側39 千米處就應該完成從20 000 英尺(約6096 米)到5000 英尺(約1524 米)的下降。因此,駕駛員打開了減速板(speed break),開始急速下降。965 次航班墜毀之前,減速板一直處于打開狀態(tài)。

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965 次航班急速下降的過程中,駕駛員將著陸表中ROZO VOR 的識別碼“R”原封不動地輸入FMS,表示將飛往ROZO。駕駛員輸入“R”后,F(xiàn)MS 的數(shù)據(jù)庫就給出了12 個可供選擇的地點,地點列表是按照現(xiàn)在距離飛機的最近距離順序排列的。駕駛員認為距離現(xiàn)位置最近的應該是ROZO VOR,所以選擇了列表中的第一項。但是,駕駛員實際選擇的根本不是ROZO VOR,地點列表中根本就沒有ROZO 這一項。當時排在最前面的并非ROZO,而是距離卡利東側大約150 英里的哥倫比亞首都波哥大附近的ROMEO VOR。

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原來,雖然駕駛員手中的著陸表上的ROZO 識別碼是“R”,但FMS 數(shù)據(jù)庫中存儲的ROZO 信標臺的識別碼是“ROZO”,而非“R”。也就是說,駕駛員只有輸入“ROZO”(而非圖表上的“R”)才能向ROZO VOR 飛行。尤其是ROMEO VOR 和ROZO VOR 的頻率一致,即使弄混了也很難發(fā)現(xiàn)。錯誤就這么發(fā)生了。

駕駛員在FMS 中選擇ROMEO VOR 為目的地后,在自動操作系統(tǒng)的指揮下,飛機開始慢慢向左回旋,向ROMEO 飛去。按照美國航空的規(guī)定,通過FMS 改變航線時,駕駛員之間要相互確認,但965 次航班的機長和副機長卻省略了這一步。由于要降落到5000 英尺高度,飛機一直在快速下降。當時飛機正向著錯誤的方向飛行,但改變航線的駕駛員們卻一味相信飛機的自動操作系統(tǒng),沒有注意實際的飛行方向。很快,965 次航班就進入了卡利國際機場兩側險峻的山區(qū)。

飛機從15 000 英尺(4572 米)高度持續(xù)下降時,卡利國際機場的塔臺再次詢問了965 次航班的當前位置。如果有雷達就可以及時警告965 次航班,他們正沿著錯誤的路線飛行,也就可以阻止事故發(fā)生。而965 次航班接收到卡利機場的無線電信號后,才發(fā)現(xiàn)飛機正沿著錯誤的方向飛行。

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“我們現(xiàn)在在哪?”

機長和副機長都慌了神,他們根本不清楚現(xiàn)在所處的位置和飛機飛行的朝向。不過,既然已經(jīng)知道飛機正沿著錯誤的方向飛行,那就先取消向ROMEO 的自動飛行,修正FMS,使飛機向CALI VOR 前進。飛機又開始向右轉。當時,美國航空965 次航班的高度是13 000 英尺,每分鐘下降2700 英尺。

駕駛員仍然處于混亂狀態(tài)。飛機很快就下降到10 000 英尺。駕駛員決定向ROZO VOR 飛行,于是再次更改航線。但當前位置和ROZOVOR 中間有一座高山。當時沒有月光,一片漆黑,駕駛員沒有發(fā)現(xiàn)前方有山。

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駕駛員發(fā)現(xiàn)前方有山時,飛機已經(jīng)下降到了9000 英尺。飛機撞山前12 秒,GPWS 機械的播報聲在駕駛艙內響起。

21:41:15 GPWS :“撞地,撞地,嗶——嗶——”(Terrain, terrain,whoop, whoop…)

警報表示飛機有可能撞地,一座大山開始慢慢出現(xiàn)在駕駛員眼前。機長大吃一驚,馬上解除了自動操作程序,然后將操縱桿拉到最大限度,使飛機上升。但由于太晚才發(fā)現(xiàn)前方有山,GPWS 的警報也不夠及時,而且之前為了減速,減速板也處于打開狀態(tài),所以飛機一時無法獲得足夠的動力。最終,965 次航班沒能越過山峰,墜毀在卡利國際機場東北部的山頂。

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部分責任在于軟件

965 次航班墜毀造成159 人遇難,另有4 人奇跡般地生還。這是波音757 的飛行史上造成人員傷亡規(guī)模最大的一次空難。

另外,這也是自1988 年泛美航空爆炸事故(恐怖爆炸襲擊造成270 人遇難)以來,美國的主要航空公司遇難人數(shù)最多的一次事故??针y發(fā)生后,美國航空將965 次航班更名為921 次航班,同時將ROZOVOR 的名字改為PALMA, 將識別碼“R” 更改為PALMA 的縮寫“PL”。

除了人員傷亡,這次空難給整個航空業(yè)也帶來了不小的震撼:裝有最尖端飛行系統(tǒng)的波音757 竟然撞到了山上。雖然責任主要在于駕駛員沒有確認航線,但軟件錯誤在本次空難中也難辭其咎。

波音757 飛行系統(tǒng)的供貨商是霍尼韋爾公司,負責該系統(tǒng)軟件的是杰普森?桑德森公司。遇難者遺屬向美國航空提起訴訟的同時,美國航空也向這兩家公司提起訴訟,認為二者對965 次航班空難負有部分責任。

最終判決,美國航空負60% 的責任,霍尼韋爾公司和杰普森公司分別負10% 和30% 的責任。


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