關於支援科學新聞業
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
上週五，美國西南航空公司 812 次航班從鳳凰城飛往薩克拉門託的航班上部客艙裂開了一個 1.5 米長的裂口，這將對商業飛機維護的性質和頻率產生深遠的影響。美國聯邦航空管理局 (FAA) 週二釋出指令，命令檢查約 175 架波音 737 飛機——其中 80 架在美國註冊，大部分由美國西南航空公司運營——使用電磁裝置來識別金屬疲勞。
美國聯邦航空管理局的目標是波音 737 系列 300、400 和 500 型飛機，這些飛機已累積超過 30,000 個飛行週期（起飛和著陸），以防止 4 月 1 日事件重演。一架服役 15 年的美國西南航空公司波音 737-300 飛機在飛行 18 分鐘後，在約 10,670 米的高度機身破裂，迫使飛行員在亞利桑那州海軍陸戰隊航空站尤馬緊急降落。
國家運輸安全委員會 (NTSB) 表示，其調查人員在事故飛機機身長度上的兩條鉚接接縫線上的搭接接頭部分發現了裂縫。隨後的西南航空檢查在另外五架飛機的搭接接頭處發現了裂縫，這些飛機也被停飛。正在進行的電磁渦流測試使用探頭將高頻和低頻訊號傳送到飛機蒙皮中。探頭從一個鉚釘移動到下一個鉚釘。金屬中的任何裂縫都會改變電流訊號，並向檢查員提示潛在問題。
國家運輸安全委員會稱，812 次航班上失效的鉚接接頭沒有經過廣泛檢查，因為它們被認為不易疲勞。美國西南航空公司的執行副總裁兼營運長邁克·範德文在新聞稿中表示：“我們在 812 次航班上看到的是一個全新的未知問題。”
美國西南航空公司是美國最大的國內航空公司，每天有超過 3,400 趟航班，其商業模式完全依賴波音 737 飛機，這些飛機大多在繁忙的區域航線上頻繁飛行，儘管該航空公司近年來已擴充套件到中西部和東海岸。這種方法，加上簡陋的服務，為美國西南航空公司節省了資金，但也使其飛機承受了大量的飛行週期。
《大眾科學》採訪了斯諾里·古德蒙德森，他是佛羅里達州代託納比奇安柏瑞德航空大學的航空航天工程助理教授，詢問裂縫（例如可能導致機身破裂的裂縫）的原因，812 次航班乘客在飛機破裂時的體驗，以及神經網路將來如何能夠檢測到裂縫，從而在裂縫變成問題之前就發現它們。在加入安柏瑞德航空大學之前，古德蒙德森曾在明尼蘇達州德盧斯的西銳飛機公司擔任飛行測試工程師、結構工程師和首席空氣動力學家 15 年。
[以下是採訪的編輯稿。]
飛機外部鋁製蒙皮中可能出現裂縫的一些原因是什麼？可能是什麼原因導致了實際破裂？
為了提供舒適性，或者實際上使乘客能夠在執行噴氣發動機的高效高度（30,000 到 40,000 英尺 [9,150 到 12,200 米]之間）生存，您必須對客艙進行增壓，以便客艙內的壓力與海平面的壓力相同。* 這與氣球類似——如果您吹起氣球，氣球內部的壓力高於外部壓力，這就是氣球膨脹的原因。在每次飛行中，飛機起飛，飛到這些高度，並對機身進行增壓。當飛機下降時，機身會減壓。然後您會在後續航班中一遍又一遍地重複此操作。這些事件中的每一個都稱為一個週期。您基本上是將力施加到飛機的鋁材中，然後[再]釋放它。最終，鋁材開始屈服，這種現象稱為疲勞。當您對飛機進行數萬次增壓時，材料的特性會發生變化——有一天它在飛行，只是無法承受下一個週期。
在飛機機身中發現的裂縫有多常見？
這些裂縫在鋁材中很常見。飛機執行時間越長，它們開始出現的頻率就越高。裂縫出現在飛機上的位置決定了它是令人討厭的小問題還是嚴重的問題。設計這些飛機的人員知道最關鍵的區域在哪裡，他們會告訴運營商哪些區域需要非常仔細地檢查，哪些區域可能檢查得少一些。飛機越舊，這些裂縫就越普遍，跟蹤它們就越困難。如果您沒有讓機械師足夠仔細地檢查這些位置，那麼一兩個或三個裂縫可能會被忽略，並且可能會發生類似的事情。
*編者注（4/08/11）：古德蒙德森後來澄清說，客艙壓力範圍從海平面到約 1,500 米的任何位置。 出問題的波音 737-300 飛機已服役 15 年。對於這種型別的飛機來說，這是一個很長的時間嗎？
與其說是年限問題，不如說是飛機在 15 年內經歷了多少個週期的問題。美國西南航空公司的商業模式似乎是，他們的一些飛機在收購時已經很舊，並且已經經歷了數千個週期，而且它們的運營速度如此之快，以至於它們達到這個臨界週期數的速可能比其他航空公司更快。為了給您一個概念，一架波音 737 飛機的設計週期可能為 70,000 次，這通常會在 20 年的運營中發生。阿羅哈航空 243 號航班在 1988 年經歷飛行途中爆炸性減壓，導致一塊機頂破裂，造成一名空乘人員喪生，這是一架波音 737-200 飛機，在發生該事件時已飛行約 90,000 個週期。
西南航空 812 次航班上的乘客在客艙破裂時經歷了什麼？
在這些情況下，坐在相當於海拔約 5,000 英尺 [1,500 米] 大氣中的人突然坐在相當於 30,000 或 35,000 英尺 [9,150 或 10,650 米] 的大氣中。在那時，身體中的空氣開始逸出，但人們可能最大的恐懼是與破裂相關的爆裂聲，隨後是窗戶上非常迅速地積聚冷凝水——冷凝水會迅速消失。* 氧氣面罩會掉落下來。對於飛行員來說，當他們意識到飛機正在快速減壓時，此時會立即採取程式，將飛機俯衝到 14,000 英尺 [4,250 米]，因為低於該高度是幾乎任何人都有呼吸能力的高度。這種俯衝通常以每分鐘約 4,000 英尺 [1,200 米] 的速度發生，我猜這也會是一種可怕的體驗，因為大多數乘客不會意識到這樣做實際上是為了拯救他們的生命。飛行員正在迅速將飛機帶到有富氧空氣的地方。
像西南航空 812 次航班經歷的那樣，五英尺乘一英尺的破裂會對飛行員的飛機穩定性產生很大影響嗎？
這個裂縫太小了，不會對飛機的穩定性造成問題。
該飛機在 2010 年 3 月進行了上次“大檢修”。破裂的原因如何才能提前檢測到？
有幾種技術被使用，包括渦流技術和 X 射線。這些裂縫不會憑空出現。這樣的裂縫需要數年時間才會導致面板失效。我無法告訴您為什麼美國西南航空公司在上次大修中沒有檢測到這些裂縫。一架飛機可能會飛行大約 15,000 個週期，然後才開始檢查裂縫。然後，他們每 3,000 個週期或類似的時間進行一次檢查。根據飛機累積週期的速度，兩次大修之間（他們實際尋找裂縫的時間）可能相隔兩年到六年不等。我不得不說，我很驚訝他們沒有在那架特定的飛機上發現這些裂縫。為什麼？他們將不得不回答這個問題。
他們在正常的飛行前維護檢查中尋找什麼？
在飛行前檢查期間，通常副駕駛員會繞飛機走一圈，檢查飛機的輪子、感測器和外部控制裝置，以確保沒有任何東西阻擋它們。環繞檢查並非旨在捕捉裂縫，因為這些裂縫通常是微觀的。
*編者注（4/08/11）：古德蒙德森後來澄清說，飛機客艙內的溼度會非常迅速地積聚冷凝，看起來像霧（但不會使窗戶模糊），然後會迅速消散。 這是否是波音 737 飛機特有的問題，或者對所有不同商業飛機進行更嚴格的檢查是否會產生類似的機身問題？
所有飛機都容易發生金屬疲勞。捕捉它的唯一方法是適當的維護程式。每天，許多飛機都會安裝補丁和蒙皮板，以防止進一步疲勞，但我們從未聽說過。只有當維護不足時，它才會成為問題。
一位女發言人稱，美國西南航空公司近年來已更換了許多 737-300 飛機的鋁製蒙皮。過去幾天該公司停飛的飛機尚未更換蒙皮。這告訴您什麼？
他們意識到了這個問題，並正在努力防止它變得過於嚴重。我不想說任何不公平的話，我也不知道他們如何運營他們的維護計劃，但對於公眾來說，質疑同一航空公司發生兩起此類事件並非不合理。[2009 年 7 月 13 日，美國西南航空 2294 次航班從納什維爾飛往巴爾的摩的航班被迫改道前往西弗吉尼亞州，原因是波音 737 飛機機身頂部靠近尾部的位置形成了一個洞，導致客艙減壓和氧氣面罩展開。] 美國西南航空公司以短途航班而聞名，這意味著他們的飛機在短時間內累積了大量的週期。也許正因為如此，他們應該改變維護程式，以便他們有更好的機會在裂縫變成故障之前發現它們。
這是否鼓勵航空業研究可能用於製造飛機的新型複合材料和其他材料？
該行業一直在朝著使用複合材料的方向發展。但這無關乎是複合材料還是鋁材——所有材料都有其缺點。鋁是一種很棒的材料。然而，鋁的問題在於它沒有我們所謂的耐久極限。例如，鋼具有已知的應力耐久極限。這意味著，只要材料中的應力水平保持在某個值以下，您就可以無限期地迴圈使用它。就鋁而言，無論您施加高應力還是低應力，最終您都會破壞材料。當然，如果您的應力水平較低，則需要更長的時間。然而，遠離鋁而轉向其他鮮為人知的材料，可能會開啟另一個潘多拉魔盒。
相反，最好將一種能夠監測裂縫增長的系統納入飛機中。安柏瑞德航空大學正在開發的一種方法是在飛機蒙皮上放置一個麥克風，以拾取噪音。然後，您將使用神經網路，基本上是人工智慧，將聲音分解為組成部分，並識別不同型別聲音的來源。例如，您建立一個數學模型，可以估計產生特定聲音的裂縫的特徵。該系統將在每次飛行中執行，當它確定來自特定方向的噪音過多時，它會警告飛行員。