Разбег самолета по ВПП перед взлетом ― одна из решающих фаз полета. Здесь много критических моментов, самый главный из которых ― достижение скорости V1, то есть скорости принятия решения «взлетать-не взлетать». Если самолет успел разогнаться быстрее V1, взлет должен продолжаться даже в случае серьезной поломки. А если нет? Проблема в том, что на принятие самого главного в этот момент решения у экипажа есть не более двух секунд. Малейшее колебание может превратиться в катастрофический вылет груженого под завязку самолета за пределы взлетно-посадочной полосы.
Несмотря на то, что современные реактивные двигатели максимально надежны, в редких случаях их возгорания, отказа или повреждения конструкции во время взлета требуется мгновенная реакция командира: либо остаться на земле, либо решать проблему уже в небе.
Когда еще не поздно остановиться
Наиболее распространенное заблуждение относительно скорости V1, что именно после ее достижения пилот решает, остановить ему самолет с пассажирами или продолжить разгон. На самом деле такое понимание не только не точно, но и опасно.
Чтобы без последствий остановить воздушное судно на оставшейся части ВПП, окончательное решение об отмене полета и первое физическое действие со стороны экипажа должно быть принято до того времени, когда воздушное судно достигнет точки V1. Если процесс принятия решения начинается только тогда, когда стрелка «спидометра» достигает отметки V1, самолету просто-напросто не хватит полосы для остановки.
Правила авиационной безопасности очень четко регламентируют этот график. Скорость принятия решения о взлете V1 ― это максимальная скорость, при достижении которой пилот уже имеет четкий план действий: он заранее распознал критическую неисправность и даже успел предпринять первые действия для остановки воздушного судна.
Они обычно включают в себя перевод рычагов тяги в положение «холостого хода», максимальное торможение и установку спойлеров. В этот момент самолет разгоняется со скоростью 50 метров в секунду, поэтому любое лишнее мгновение ― это дополнительное расстояние длиной с футбольное поле.
Когда скорость самолета вплотную подошла к V1, внимание экипажа переключается с поиска причин для остановки на обеспечение безопасного взлета. В учебных программах подчеркивается, что чем ближе самолет приближается к V1, тем выше риск аварийного торможения. В момент, когда второй пилот докладывает первому о достижении на разбеге скорости принятия решения V1 ― произносится по-английски как «ви уан», этап планирования заканчивается. Теперь экипаж больше не принимает решений, а выполняет заранее определенную программу полета.
Airbus A320 отрывается от земли на скорости 260 км в час, а скорость принятия решения V1 у него — 240 км в час. Если на скорости 200 км в час пилот увидит на бортовом компьютере ошибку, то он начнет торможение и остановит самолет. Но если ту же самую ошибку он увидит на скорости 245 км в час, то продолжит взлет и уже в полете будет решать, как безопасно посадить самолет
Когда в небе безопаснее, чем на земле
Важный момент инструктажа по взлету ― определение момента достижения критической скорости. Для большинства самолетов этот переход происходит на скорости 175-185 км в час, для региональных меньше, до 150 км в час. До этих скоростей кинетическая энергия самолета вполне управляема, а риски, связанные с резким торможением, относительно низки. Кстати, пилотов обучают отказываться от взлета практически при любой неисправности, включая незначительные системные предупреждения, типа отсутствие подсветки дверей или мелкие неисправности приборов.
Но как только индикатор воздушной скорости переваливает за 185 км в час, философия кабины пилотов претерпевает радикальные измененя. Кинетическая энергия самолета возрастает пропорционально квадрату его скорости, а это означает, что торможение становится угрожающе опасным.
Формула для определения кинетической энергии гласит, что увеличение скорости ВС в два раза увеличивает в четыре раза энергию, которую тормоза должны рассеивать в виде тепла
Чтобы избежать экстремальных рисков возгорания шин, отказа тормозов или ухода с взлетно-посадочной полосы, пилоты отменяют взлет на высоких скоростях только в трех конкретных случаях: отказ двигателя, пожар и состояние, делающее самолет непригодным для полета.
Идея с продолжением взлета при лопнувшей на высокой скорости шине для большинства пассажиров противоречит здравому смыслу, но она диктуется соображениями безопасности. Попытка остановить тяжелый лайнер на поврежденной шине на скорости 240 км в час неизбежно приведет к потере управляемости по курсу или возгоранию колеса, а также к перегрузке оставшихся шин. Подняв самолет в воздух, экипаж выигрывает время, чтобы израсходовать топливо, уменьшить вес самолета и подготовиться к посадке там, где вся взлетно-посадочная полоса и аварийные службы готовы и ждут. Этот пример подчеркивает, что по мере приближения к V1 небо становится гораздо более безопасным местом, чем земля.
На ошибку нет времени
Допустимая погрешность при взлете на высокой скорости измеряется не минутами и даже не десятком секунд, а расстоянием, которое самолет преодолевает за одно мгновение.
При скорости 200 км в час самолет преодолевает 55 метров каждую секунду. То есть за то время, которое требуется, чтобы моргнуть, он уже пролетел почти целое футбольное поле
Если пилот замешкается с началом аварийной остановки хотя бы на малую долю секунды, оставшейся физической взлетно-посадочной полосы не хватит для рассеивания огромной кинетической энергии машины.
Стандарты сертификации учитывают этот «человеческий фактор», требующий определенного времени на анализ ситуации и реакцию, при расчете дистанции разгона и остановки. Регулирующие органы предоставляют пилотам двухсекундный запас времени, чтобы распознать неисправность и предпринять первые физические действия для остановки.
Это двухсекундное окно предполагает, что пилот определит проблему за стартовую секунду и выполнит первое действие по остановке в следующую. Если из-за испуга, замешательства или простой нерешительности время реакции увеличится до трех-четырех секунд, самолет, скорее всего, врежется в сигнальные огни в конце взлетно-посадочной полосы и «уйдет» в траву на смертельной скорости
В дождь или снег физические характеристики взлетно-посадочной полосы меняются не в лучшую сторону, что ставит перед пилотами еще более сложные задачи. На сухом бетонном покрытии ВПП, длина которой точно соответствует минимуму, необходимому для взлета или остановки, никаких избыточных действий предпринимать не нужно.
Но если пилот решает отменить взлет точно на скорости V1, а на взлетно-посадочная полосе образовались лужи, эффективность торможения снижается до 50 процентов. В таких условиях даже идеальная двухсекундная реакция не поможет предотвратить вылет за пределы ВПП. Поэтому многие авиакомпании используют пониженную скорость V1 при плохих метеоусловиях, искусственно снижая точку невозврата, чтобы самолет мог вовремя остановиться.
Спасают тормоза
Когда пилот прерывает взлет на высокой скорости, огромная кинетическая энергия самолета никуда не исчезает. Вместо этого она почти полностью преобразуется в тепловую благодаря тормозам. Количество тепла, выделяющегося при остановке тяжелого широкофюзеляжного самолета на скорости 259 км в час, зашкаливает.
Для борьбы с этим современные лайнеры оснащаются карбоновыми тормозными дисками, которые выдерживают температуру, превышающую 1 000°C. Но даже у этих высокотехнологичных материалов есть предел прочности, то есть максимальная скорость торможения. Если попытаться начать тормозить при превышении этой скорости, тормозная система может полностью выйти из строя, и шансов оставить многотонную машину на полосе не останется.
Чтобы предотвратить разрушение шин, вызванное высокой температурой, инженеры используют три различных защитных механизма в колесном узле. Наиболее важным из них является легкоплавкая заглушка ― небольшой болт с резьбой и полым центром, заполненный легкоплавким материалом. Когда температура внутри колесного диска достигает критического значения, эти пробки расплавляются, позволяя азоту, находящемуся под высоким давлением в шинах, выходить контролируемым образом. Это предотвращает взрыв покрышек, который не раз приводил к повреждению гидравлических трубопроводов и пробитию топливных баков.
Прежние стальные тормоза имеют максимальную рабочую температуру 600°C и быстрее изнашиваются в горячем состоянии. Время охлаждения 45-60 минут.
Новые карбоновые тормоза: максимальная рабочая температура 1 000°C, они на 40 процентов легче, но быстрее изнашиваются в холодном состоянии. Время охлаждения до повторного применения 30-45 минут
Из-за высокой нагрузки период охлаждения тормозной системы после остановки является обязательным требованием безопасности. Пилоты должны ознакомиться с таблицами температурного состояния тормозов, чтобы определить, как долго воздушное судно должно оставаться на земле, прежде чем можно будет безопасно предпринять повторный взлет. Если экипаж проигнорирует это время ожидания и попытается снова отправиться в путь, он рискует возгоранием шины или даже полной потерей тормозов в следующий раз.
Если тормоза пришлось задействовать на высокой скорости, воздушное судно гарантированно проведет на земле достаточно длительное время
Кто уполномочен принимать решение: взлетать-не взлетать
Главный враг пилота при взлете ― это не механическая неисправность, а рефлекс испуга. Когда на скорости более 200 км в час в кабине раздается громкий хлопок или сигнал тревоги, человеческому мозгу требуется время, чтобы обработать сенсорную информацию, проведя ее через «цикл НОРД»: «Наблюдение ― Ориентация ― Решение ― Действие». Эту концепцию разработал Джон Бойд в 1995 году, поэтому ее часто называют «петлей Бойда».
В авиасимуляторе, где пилоты ожидают сбоя, время их реакции минимальное, но в реальном мире внезапный переход от штатной ситуации к аварийной, угрожающей жизни, может вызвать когнитивную блокаду, которая длится от трех до пяти секунд. Это значительно превышает двухсекундный запас, предусмотренный сертификацией.
Для борьбы с этим профессиональные летные экипажи используют готовые решения и стандартизированные инструктажи.
Заранее определив, какие именно неисправности требуют остановки, то есть еще до того, как он передвинет рычаги тяги вперед, пилот избавляется от необходимости сложного анализа во время взлета. Если неисправность не входит в список возможных для экстренной остановки, полет продолжается в обычном режиме. Эта ментальная дисциплина не позволяет пилоту колебаться на отметке V1, гарантируя, что он не потратит впустую драгоценные метры взлетно-посадочной полосы, пытаясь диагностировать проблему, которую можно начать решать и на высоте 1 000 метров.
В ходе обучения также учитывается строгая иерархия предупреждений об отказе во взлете. В большинстве современных кабин пилотов только командир имеет право потребовать отмены разгона, независимо от того, кто управляет самолетом. Такая четкая система управления исключает возможность возникновения противоречивых действий или путаницы при двойном управлении в самый критический момент полета.
Точка невозврата
Математически V1 ― это точка невозврата, но существует исчезающе малая категория аварийных ситуаций, когда пилот должен принять решение об остановке даже после превышения этого рубежа скорости. Прежде всего в случаях, когда взлет самолета практически наверняка приведет к катастрофе: полная потеря управления рулем высоты, серьезная поломка конструкции или внезапное неконтролируемое изменение баланса. В этих редких случаях столкновение с ограждением в конце ВПП будет лучшим исходом, чем падение с высоты 150 метров.
Крушение Boeing 747 авиакомпании Kalitta в Брюсселе в 2008 году подтверждает опасность таких решений, связанных с высокой скоростью.
Авария Boeing 747 в Брюсселе произошла 25 мая 2008 года. Грузовой Boeing 747 авиакомпании Kalitta Air готовился к межконтинентальному рейсу по маршруту Нью-Йорк—Брюссель—Мухаррак. При вылете из Брюсселя в его правый внутренний двигатель попала птица. Экипаж принял решения прервать взлет, но реверсы тяги не сработали, а так как лайнер уже был на скорости 277 км в час, что на 22 км в час больше скорости V1, то он не смог вовремя остановиться, выкатился за пределы ВПП и врезался в ограждение аэропорта. От удара «Боинг» разрушился на три части. Всем находившимся на борту удалось выжить.
Обратный пример.
13 июня 1996 года рейс 865 авиакомпании Garuda Indonesia был прерван после достижения V1 из-за отказа двигателя номер 3. Воздушное судно выкатилось за пределы взлетно-посадочной полосы и загорелось, что привело к гибели людей.
Эти случаи служат отрезвляющим напоминанием о том, что после прохождения V1 физика остановки больше не в пользу пилота
Сегодня разрабатываются новые комплексы авионики для расчета в режиме реального времени фактической скорости самолета и оставшейся взлетно-посадочной полосы. Они позволят автоматически корректировать скорость V1 с учетом порывов ветра, износа двигателя, колес и т. п.
До тех же пор, пока эти системы не станут универсальными, безопасность миллионов пассажиров по-прежнему будет зависеть от пилотов, которые должны быть готовы принять судьбоносное решение за пару секунд.
P. S. Это меньше, чем требуется для прочтения последнего предложения.