Bezpieczeństwo przeciwpożarowe w lotnictwie jest kwestią o fundamentalnym znaczeniu, do której podchodzi się z najwyższą starannością. Mimo zaawansowanych systemów bezpieczeństwa, pożary na pokładach samolotów nadal stanowią jedno z najgroźniejszych zagrożeń, wymagające wielowymiarowego podejścia i ciągłego doskonalenia technologii oraz procedur. Obsesyjne podejście do bezpieczeństwa w lotnictwie cywilnym wynika z faktu, że koszty pojedynczego błędu są niezwykle wysokie, dlatego preferuje się inwestowanie w liczne zabezpieczenia i szkolenia, niż godzenie się na ryzyko. Każde ryzyko jest analizowane i rozbierane na czynniki pierwsze.
Model "Sera Szwajcarskiego" a bezpieczeństwo przeciwpożarowe
W lotnictwie bezpieczeństwo często opisuje się za pomocą modelu „sera szwajcarskiego” Jamesa Reasona. Każda warstwa zabezpieczeń - techniczna, proceduralna, ludzka, organizacyjna - przypomina plaster sera: ma dziury, czyli słabe punkty. Katastrofa następuje wtedy, gdy wszystkie dziury ułożą się w jednej linii, a problem przejdzie przez wszystkie warstwy bez zatrzymania.
Dlatego projektuje się wiele niezależnych warstw, które mają zapobiegać pożarom lub minimalizować ich skutki. Jeżeli zawiedzie technika, zadziała procedura. Jeżeli ktoś popełni błąd, druga osoba go wychwyci. Jeżeli załoga przeoczy symptom zbliżającej się awarii, system ostrzegania zinterpretuje go wcześniej. Procedury awaryjne są tak projektowane, by „zamykać dziury” w kolejnych plastrach sera i utrudniać drodze problemu przejście na kolejny poziom.
Zagrożenia pożarowe na pokładzie samolotu
Szokujące jest to, że obecne rozwiązanie w zakresie bezpieczeństwa przeciwpożarowego podczas lotu często polega na „lądowaniu tak szybko, jak to możliwe”. I chociaż na pokładzie znajdują się aktywne systemy przeciwpożarowe na wypadek wybuchu pożaru, takie jak automatyczne systemy gaśnicze i ręczne gaśnice, bardzo mało jest biernej ochrony przeciwpożarowej, która zapobiegałaby rozprzestrzenianiu się ognia.
Spośród trzech rodzajów pożarów - pożarów silników, pożarów kabiny i pożarów ukrytych - te ostatnie są zdecydowanie najbardziej niebezpieczne. Wynika to z faktu, że aktywne systemy gaśnicze nie mogą dotrzeć do tych obszarów, a pożary te mogą rozprzestrzeniać się bez przeszkód.
Obszerny i pouczający raport Royal Aeronautical Society, zatytułowany DYM, OGIEŃ I OPARY W PRZESZŁOŚCI SAMOLOTÓW TRANSPORTOWYCH, AKTUALNE RYZYKO I ZALECANE ŚRODKI MITYGACYJNE, jasno wyjaśnia, że „dym i ogień w samolotach transportowych nadal stanowią zagrożenie w lotnictwie”. W raporcie podkreśla się, że ze względu na rozprzestrzenianie się baterii litowych i innych zagrożeń „wzrosło ryzyko przyszłych incydentów lub wypadków związanych z pożarami”. Dokument udowadnia znaczenie ciągłych badań, ulepszonych przepisów, ulepszonych standardów produkcyjnych, przyjęcia technologii w celu ograniczenia dymu i pożarów podczas lotu oraz nadzoru ze strony specjalistów ds. bezpieczeństwa.
„Profil zagrożenia dymem i ogniem podczas lotu również zmienia się ze względu na ekspansję materiałów kompozytowych stosowanych w samolotach. Materiały kompozytowe inaczej się palą, inaczej rozpraszają ciepło i po zapłonie wytwarzają różne substancje toksyczne.” Przemysł lotniczy i organy regulacyjne przyznają, że w samolotach będą źródła zapłonu i źródła paliwa dla pożarów. Tylko dzięki wielu warstwom ograniczania ryzyka można utrzymać ryzyko na akceptowalnym poziomie. Aby te wielowarstwy były skuteczne, będą musiały być regularnie poddawane ponownej ocenie i mądrze wykorzystywać dostępną technologię. Zalecenia podają jasne kierunki nie tylko utrzymania obecnego poziomu bezpieczeństwa, ale także jego poprawy.
Aktywne systemy gaśnicze i procedury
Gdy wybuchnie pożar, może łatwo się rozprzestrzenić i wpłynąć na wiele systemów, co ma efekt kaskadowy, ponieważ więcej paliwa staje się dostępne dla ognia z różnych źródeł.
Wykrywanie i gaszenie
- Czujniki dymu i ciepła: Samoloty są wyposażone w czujniki, które monitorują różne obszary. W momencie wykrycia pożaru, system może automatycznie uruchomić wypuszczenie środka gaśniczego.
- Automatyczne systemy gaśnicze: Są zaprojektowane do wykrywania i gaszenia pożarów, szczególnie w silnikach. Czynnik gaśniczy działa poprzez odcięcie dostępu tlenu do ognia lub poprzez schłodzenie temperatury.
- Ręczne gaśnice: Na pokładzie samolotu znajdują się również ręczne gaśnice, które mogą być używane przez załogę w przypadku drobnych pożarów.
- Szkolenie załogi: Każdy członek załogi jest szkolony w zakresie obsługi systemów gaśniczych oraz procedur awaryjnych.
W przypadku pożaru lub dymu w kabinie/kokpicie, jest to traktowane jako jedna z najbardziej niebezpiecznych sytuacji. Załoga postępuje według checklisty „smoke/fumes removal”, może wyłączyć część systemów, aby odciąć źródło dymu, a kontrolerzy ruchu lotniczego (ATC) robią miejsce w ruchu na priorytetowe podejście i lądowanie. Sygnał „Mayday” jest sygnałem bezpośredniego niebezpieczeństwa dla życia lub bezpieczeństwa lotu i wymaga natychmiastowej reakcji służb oraz nadania najwyższego priorytetu w ruchu.
Pożary po katastrofach i ich konsekwencje
Do głównych kategorii pożarów samolotów zalicza się te, do których dochodzi na płycie lotniska, podczas lotu oraz po rozbiciu maszyny. Do pożarów po rozbiciu dochodzi po nieprawidłowym lądowaniu samolotu lub zderzeniu z przeszkodami czy innym statkiem powietrznym podczas ruchu naziemnego, a więc podczas wejścia na pas startowy lub zejścia z pasa startowego. W przypadku zderzenia z ziemią lub przeszkodą, które powoduje uszkodzenie konstrukcji samolotu, może dojść do pożaru z udziałem paliwa lub oleju, jeśli wejdą one w kontakt ze źródłami zapłonu. Podobnie, jeżeli materiał łatwopalny przewożony przez cywilny statek powietrzny lub samolot wojskowy. Zazwyczaj mamy w takich wypadkach do czynienia z pożarem powierzchniowym, a więc takim, w którym warstwa lotnego ciekłego paliwa paruje i pali się.
Warstwa paliwa może znajdować się na poziomym stałym podłożu lub unosić się na cieczy o większej gęstości, zwykle wodzie. Głównym zagrożeniem stwarzanym przez taki pożar jest promieniowanie cieplne, a także toksyczne produkty gazowe w postaci dymu. Jeżeli pożar powierzchniowy nie zostanie ograniczony (np. za pomocą wanny lub tacy wychwytowej), może przemieszczać się, obejmując coraz większe powierzchnie.
Ogień może szybko rozprzestrzeniać się na kadłub i przez kabinę, wytwarzając ciepło, dym i toksyczne produkty rozkładu. W zależności od powagi katastrofy, wpływ pożaru na samolot może być różny, od drobnych uszkodzeń po całkowitą utratę kadłuba. W przypadku statków powietrznych o maksymalnej certyfikowanej masie startowej 5700 kg lub mniejszej pożar po uderzeniu znacznie przyczynia się do powstawania obrażeń i ofiar śmiertelnych.
Samoloty płonące po rozbiciu były podczas wojny zjawiskiem powszechnym, obecnie występują rzadziej. Przykładem jest wypadek bombowca Boeing B17 Flying Fortress z 305. grupy bombowej RAF, który rozbił się 24 marca 1944 r. w Yelden, Bedfordshire, po starcie. Samolot przeciął blok barakowy i częściowo zburzył dom mieszkalny. Pożar po katastrofie spowodował eksplozję ładunku bomby, wysadzając okna domów we wsi. W wypadku zginęło 21 osób - dziesięciu członków załogi i jedenaścioro cywili. Warto jednak zauważyć, że 2 października 2019 r. latająca forteca Boeing B-17 rozbiła się na międzynarodowym lotnisku Bradley, Windsor Locks, Connecticut, w wyniku niedziałającego magnesu silnika nr 4, nieprawidłowo założonych bezpieczników i prawdopodobnie spalania stukowego. Zginęło siedem osób.
Paliwa i płyny hydrauliczne jako źródła pożarów
Szczególne zagrożenie pożarem powierzchniowym lub wybuchem dotyczy samolotów używających paliw o niskiej temperaturze zapłonu, takich jak Avgas. B17, wyposażone w silnik gwiazdowy (tłokowy), jak większość samolotów z czasów II wojny światowej, używały benzyny lotniczej 130/140 Avgas. Dziś do samolotów o silnikach tłokowych używa się średnioołowiowej benzyny lotniczej 100LL (Avgas 100LL) w kolorze niebieskim, której temperatura zapłonu jest mniejsza niż 21°C.
Do silników turbinowych używane jest natomiast paliwo Jet A-1, które - tak jak i inne nafty lotnicze - ma wyższą temperaturę zapłonu i jest mniej podatne na iskry, a także łatwiejsze w transporcie i obsłudze. Poza Jet A-1 w lotnictwie cywilnym stosuje się też Jet A i Jet B (wg IATA). W lotnictwie wojskowym (według kodów NATO i STANAG 3747) stosowane są natomiast nafty lotnicze F-35, F-34 (JP-8), F-40 (JP-4), F 44 (JP-5). Temperatura zapłonu większości naft lotniczych jest wyższa niż 38°C, a temperatura ich samozapłonu wynosi 210°C. Specyfikacje obecnie produkowanych gatunków benzyny lotniczej nie uległy znacznym zmianom od czasów wojny.
Zasilane paliwem pożary powypadkowe prowadzą ponadto do przekroczenia temperatury samozapłonu lotniczego płynu hydraulicznego. Używany w bombowcach B17 płyn MIL-H-5606 na bazie oleju mineralnego był najczęściej stosowanym rodzajem płynu hydraulicznego w lotnictwie wojskowym od lat 40. XX w. Do lat 70. XX w. był on także stosowany w lotnictwie komercyjnym. MIL-H-5606 ma doskonałe właściwości eksploatacyjne, ale przy tym jeden poważny mankament, który został rozpoznany już na początku jego stosowania: wysoki stopień palności. Dziś stosuje się Skydrol, zatwierdzony przez większość producentów płatowców (m.in. Airbus, Boeing, BAE Systems), który jest produkowany z ognioodpornego surowca na bazie estru fosforanowego, z rozpuszczonymi dodatkami olejowymi, hamującymi korozję i zapobiegającymi uszkodzeniom serwozaworów w wyniku erozji. Ten rodzaj płynu ma właściwości ognioodporne i w przeciwieństwie do płynów hydraulicznych na bazie oleju mineralnego, trudno o jego zapalenie się w temperaturze pokojowej.
Ewolucja standardów bezpieczeństwa pożarowego
Według danych amerykańskiej Federalnej Administracji Lotnictwa (FAA) w Stanach Zjednoczonych zdecydowana większość ofiar śmiertelnych pożarów ginie na skutek katastrof, do których doszło po rozbiciu samolotu. Szacuje się, że winę za śmierć 40% z nich można przypisać dymowi i toksycznym produktom spalania materiałów kabiny i paliwa do silników odrzutowych, wliczając w to poliuretanowe poduszki siedzeń, które były stałym uczestnikiem tragicznego spektaklu.
Nowsze przepisy wymagają szeregu ulepszeń w zakresie bezpieczeństwa pożarowego w kabinach samolotów, w tym zmiany cechy palności materiałów w samolotach wyprodukowanych po 1990 r., co w zależności od scenariusza wypadku może wydłużyć czas ucieczki pasażera o 2 min lub więcej. Dziś struktury samolotów i systemy paliwowe projektowane są ponadto tak, aby zminimalizować ilość rozlanego paliwa oraz szansę jego zapalenia się.
Ponadto znaczącym środkiem zapobiegawczym jest odpowiednie przygotowanie statku powietrznego. Tam, gdzie przewiduje się lądowanie awaryjne, na przykład jeśli konieczne jest lądowanie poza miejscem do tego przeznaczonym lub wystąpi wadliwe działanie podwozia, normalną procedurą jest zrzucanie paliwa oraz - w miarę możliwości - wyrzucenie pozostałego zbędnego balastu. Nie zrzuca się jednak płonących silników ze względów oczywistych (zagrożenie dla obiektów i ludzi na ziemi), a także dlatego, że rzadko skutkują one pożarem po awaryjnym lądowaniu.
Systemy gaśnicze w silnikach
Dla każdego silnika dostępne są dwie gaśnice z napędem elektrycznym zawierające halon 1301, a w nowszych samolotach związki fluorowodorowe. Są one czasami instalowane w osłonie nosa każdej gondoli, ale mogą być również umieszczone w kadłubie i „współdzielone” przez silniki dwusilnikowego samolotu lub w przegrodzie kadłubowej w skrzydle i „współdzielone” przez silniki na tym skrzydle wielosilnikowego samolotu. Po aktywacji zawartość butli gaśnicy zostaje wyładowana do strefy 1 silnika, to jest do zespołu wentylatora silnika.
W przypadku samolotów, które nie zostały wyposażone w funkcję zrzutu paliwa, statek powietrzny może krążyć w pobliżu lądowiska, aby stopniowo spalać paliwo. Po awaryjnym lądowaniu niezbędna jest sprawnie przeprowadzona ewakuacja statku powietrznego, co zminimalizuje liczbę ofiar śmiertelnych w przypadku pożaru.
Zarządzanie pożarem awioniki: Wyzwania i rozwiązania
Końcowe dekady XX wieku to era ekspansji wszelakiej elektroniki na pokładach samolotów - od klasycznej awioniki po systemy służące poprawie komfortu pasażerów. Każdy nowy typ samolotu jest coraz hojniej wyposażany w elektronikę, która zajmuje obszerne przedziały. Nawet w lekkich samolotach awionika zawitała na stałe w szerokim zakresie. Szybko zmienne ciśnienie, temperatura, wibracje czy wilgotność mogą wpływać niekorzystnie na stan techniczny pokładowej elektroniki. Problemy awarii elektroniki pokładowej są nieuniknione, mimo że standardy wykonania elementów elektronicznych są dużo wyższe niż w przypadku typowych urządzeń naziemnych. Jakikolwiek problem w podstawowych układach awioniki, takich jak system sterowania „fly-by-wire” czy system lokalizacji przestrzennej GPS, należy traktować jako poważne bezpośrednie zagrożenie bezpieczeństwa wykonywanej operacji lotniczej.
Gdy w końcowej fazie lotu kapitan statku powietrznego stwierdzi występowanie specyficznego zapachu „przypalonych kabli”, a na panelu kontrolnym zaczną się pojawiać dziwne sygnały, samolot może lądować w trybie awaryjnym (po wcześniejszym nadaniu sygnału „mayday”). Po skołowaniu na stanowisko postojowe, pasażerowie zostaną ewakuowani, a do działania przystępują naziemne służby ratownicze. Zadaniem służb jest przeprowadzenie szczegółowego rozpoznania i, jeśli zachodzi konieczność, ugaszenie najczęściej niewielkiego pożaru oraz odłączenie zasilania elektrycznego do czasu wejścia do działania obsługi technicznej. W chwili obecnej w trakcie rozpoznania nieocenione usługi oddają przenośne kamery termowizyjne, które wg polskich przepisów powinny być wyposażone wszystkie lotniskowe służby ratowniczo-gaśnicze na lotniskach certyfikowanych.
Jeżeli uda się zlokalizować źródło specyficznego zapachu (najczęściej niewielki pożar, przegrzanie na skutek zwarcia lub tlenie się izolacji), należy mini pożar ugasić, ochłodzić i zabezpieczyć najbliższe otoczenie. Kluczowe jest jednak, aby zrobić to w sposób, który nie zwiększy strat:
Niewłaściwe środki gaśnicze dla awioniki:
- Proszek gaśniczy: Zastosowanie proszku gaśniczego (mieszanina twardych kryształków) w przypadku pożaru związanego z przepływem prądu elektrycznego jest kardynalnym błędem. Wprowadzenie nawet niewielkiego strumienia proszku do samolotu, w którym wystąpiło zwarcie lub niewielki pożar w obrębie awioniki, wygeneruje olbrzymie straty, znacznie wyższe niż wartość elementów objętych pożarem. Wyposażenie wnętrza, zwłaszcza elektronika i mechanika precyzyjna, będzie praktycznie do wyrzucenia, a usunięcie proszku jest niezwykle trudne.
- Gaśnica śniegowa (CO2): Dwutlenek węgla nie jest optymalnym rozwiązaniem. Formalnie nie ma już statusu środka gaśniczego, co znalazło odzwierciedlenie w normie ISO oraz w Załączniku 14 do Konwencji o międzynarodowym lotnictwie cywilnym. Producenci samolotów zaczęli zakazywać stosowania tego gazu z powodu szoku termicznego występującego w trakcie rozprężania oraz kwaśnego odczynu. Skuteczność tego środka jest niewielka; aby skutecznie ugasić pożar w zamkniętej kubaturze, często trzeba uzyskać stężenie objętościowe ponad 40%.
- Piana gaśnicza: Podawanie typowej piany do gaszenia samolotów jest rozwiązaniem najprostszym, które szybko ugasi pożar w miejscach odsłoniętych, ale wywoła także zwarcia (nawet w instalacjach niskoprądowych) oraz nieodwracalne uszkodzenia chemiczne. Roztwór, z którego powstaje piana, przypomina swoimi właściwościami lekko kwaśny elektrolit, powodujący przyspieszoną korozję i przewodzący prąd elektryczny.
- Czysta woda: Aplikacja czystej wody w niewielkich ilościach może wydawać się dopuszczalnym rozwiązaniem, ale czystość wody w samochodach ratowniczo-gaśniczych jest bardzo dużym problemem. Ze względu na zanieczyszczenia i możliwość obecności środka pianotwórczego, nie ma szans na czystą wodę. Jedyną alternatywą może być stosowanie specjalnych gaśnic wodnych podających mgłę wodną przez specjalną głowicę. Dostępne są też samochody ratowniczo-gaśnicze podające niewielkie ilości wody pod dużym ciśnieniem, ale ich wydatek i energia kinetyczna strumienia wykluczają stosowanie tych rozwiązań do gaszenia pożarów awioniki. Jedyny pojazd przystosowany do podawania „prawdziwie niegroźnej” naddźwiękowej mgły wodnej (Ø kropli ok. 25 mikronów) znajduje się na wrocławskim lotnisku.
Optymalne rozwiązanie: Czyste środki gaśnicze (gazy)
Czysty środek gaśniczy, czyli specjalny gaz gaśniczy przypominający działaniem wycofane z użycia (protokół montrealski) halony, wydaje się najlogiczniejszym rozwiązaniem. Na rynku dostępne są specjalne gazy (przechowywane w postaci skroplonej), które stosuje się do stacjonarnych zabezpieczeń serwerowni. Mają one skuteczność gaśniczą nieco mniejszą od nadal stosowanych w instalacjach gaśniczych samolotów halonów (np. 1211), ale do gaszenia awioniki nadają się idealnie. Szok termiczny w trakcie rozprężania jest znacznie mniejszy niż w przypadku dwutlenku węgla. Gaz nie ma właściwości korozyjnych, a po aplikacji całkowicie odparowuje, nie pozostawiając żadnych śladów i pozostałości. Nie przewodzi prądu elektrycznego, zatem nie przyczyni się do uszkodzeń zwarciowych. Dodatkową zaletą tego środka jest łatwość aplikacji - wystarczy przysłowiowa dziurka od klucza, aby skutecznie gasić. Niestety, agregaty z takim gazem stosuje się powszechnie tylko na lotniskach w USA i Kanadzie, w Europie to rzadkość. W Polsce pierwsze takie rozwiązania pojawiły się na wrocławskim lotnisku, gdzie dwa nowe pojazdy ratowniczo-gaśnicze wyposażone są w agregaty z 35 kg gazu, wystarczającego na ugaszenie i ochłodzenie nawet dużych przedziałów z awioniką. Gaz ten można z powodzeniem stosować także do wsparcia działań gaśniczych, np. silników lotniczych.