Современный самолёт by design защищён от биологической угрозы (типа COVID-19) лучше, чем вы думаете

Рейсов очень мало, скоро будет больше. Мало их из-за COVID-19. В основном — из-за закрытия пассажирских перевозок и сопутствующих карантинных мер. Но я бы хотел поговорить о том, насколько страшна угроза «подхватить» вирус, находясь внутри самолета. Вдруг вам по тем или иным причинам нужно лететь? А внутри — тесное закрытое пространство, и кажется, что там довольно опасно.

Я опишу специфику семейства Airbus 319/320/321, наверное, одного из самых распространенных узкофюзеляжных самолетов в мире, которые я пилотирую много лет. Я не специалист по Boeing и другим типам самолетов, но предполагаю, что различия в работе описываемых систем минимальны. Кроме того, я не являюсь техническим специалистом, обслуживающим данные самолеты, поэтому уж будьте любезны простить мои возможные небольшие огрехи в описании технической части.

Самое главное:

Схема вентиляции пассажирского салона Airbus A318/319/320/321

Пассажирская кабина самолета «нарезана» системой кондиционирования салона на много-много слоёв, разделенных по рядам и состоящих из отдельных воздушных потоков. Визуально это одно пространство, но благодаря данной системе — крайне маловероятно, что вы сможете заразиться, кроме как от ближайшего соседа. Плюс в полете воздух в салоне полностью обновляется раз в 3 минуты и перед тем, как вернуться обратно, пропускается через салонные HEPA-фильтры.

А теперь, давайте я расскажу вам детали.

Прошлые коронавирусы

Итак, во время предыдущего распространения вирусов семейства MERS/SARS Airbus выпускал операционные рекомендации всем эксплуатантам самолетов, а также подробно ответил на все возникшие вопросы о рисках передачи вируса при нахождении пассажиров и экипажа внутри самолета. В марте 2020 года эти рекомендации были обновлены из-за распространения COVID-19 и разосланы всем эксплуатантам. Некоторые из них мы рассмотрим чуть позднее.

Кроме этого, все основные регуляторы, имеющие прямое или косвенное отношение к гражданским пассажирским перевозкам, выпустили подробные рекомендации по действиям, которые помогли бы снизить риски для пассажиров/эксплуатантов в связи с пандемией COVID-19. Например:

Воздух в самолёте

Пожалуй, теперь перейдем к нашим ~~баранам~~ самолетам: любой современный самолет оборудован системами

кондиционирования, наддува и вентиляции воздуха. Тем, кто поработал еще на советской технике должны быть знакомы аббревиатуры СКВ и САРД (система кондиционирования воздуха/система автоматического регулирования давления). Основная задача всех этих систем – обеспечить комфортные параметры атмосферы внутри салона самолета на любых этапах полета, так как люди – существа нежные и могут комфортно существовать лишь в ограниченном диапазоне значений давления и температуры. Салон самолета, если говорить очень упрощенно, представляет из себя консервную банку, имеющую два отверстия (здесь и далее не будем употреблять богопротивное слово для любого инженера: «дырка») – через одно из них воздух постоянно вытекает наружу, а через второе – поступает под небольшим давлением внутрь. При этом, поток воздуха из/в отверстий регулируется при помощи специального клапана (клапанов) таким образом, что разница давлений внутри и снаружи растет по мере набора высоты, высота в кабине (по давлению) – так же растет, а давление в кабине – падает. При снижении – разница давлений внутри и снаружи плавно уменьшается, высота в кабине (по давлению) – падает, а давление в кабине – растет. За данный процесс отвечает система наддува, по которой мы пробежимся чуть дальше. Температура в пассажирской кабине и кабине пилотов, а также в обогреваемых багажниках все время поддерживается на примерно одном уровне – это работа системы кондиционирования. Все, что касается вентиляции отсека авионики, туалетов, кухонь и т.д. – это работа системы вентилирования.

Небольшая пятиминутка физики: напомню вам, что процентное содержание газов в воздухе не меняется с высотой, а меняется лишь парциальное давление. Например, парциальное давление кислорода в воздухе можно описать как 21% от давления стандартной атмосферы (ISA, International Standard Atmosphere) в 1013 гПа на уровне моря, что составит ровно 213 гПа. Для примера, при использовании параметров стандартной атмосферы на высоте 11000 метров температура за бортом составит -56,5С, а давление воздуха 227 гПа. Парциальное давление кислорода на данной высоте предлагаю посчитать самостоятельно в качестве упражнения. При этом, почти все самолеты гражданской авиации перемещаются на высотах 10-11 с небольшим тысяч метров – это около границы тропопаузы или чуть выше ее. Если же на данной высоте произойдет взрывная (моментальная) разгерметизация самолета, то человеческий организм может находиться в сознании от 15 секунд до 1 минуты – такие данные приведены у FAA (Federal Aviation Administration, эдакое подобие нашей Росавиации в Штатах). Именно по этой причине все самолеты, выполняющие полеты выше 3000 метров обязаны в соответствии с нормами сертификации летной годности быть оборудованы кислородным оборудованием как для пилотов, так и для пассажиров.

При возникновении разгерметизации пилоты обязаны снизиться до высоты, где пассажиры могут относительно свободно дышать без кислородных масок – обычно это высота порядка 3000м или минимальная безопасная высота в данном секторе, которая может быть больше, но это уже другая история. Запаса кислорода в газогенераторах (а у пассажиров кислород подается в маски при помощи индивидуального химического генератора кислорода) хватит минимум на 15 минут, а аварийное снижение до безопасной высоты занимает порядка 4х минут. И да, спешу вас немного расстроить – запас кислорода у пилотов (а это отдельный кислородный баллон) рассчитан на те же 15 минут.

Интересные факты:

Есть распространенное мнение, что пилотам нельзя носить бороду или усы, т.к. «кислородные маски нельзя надеть/использовать». Это не так: конструкция маски такова, что обеспечивается очень плотное прилегание ее к лицу независимо от наличия растительности на лице пилота.
Химический генератор кислорода в салоне в процессе работы разогревается до довольно высоких температур (выше 100С), поэтому после снятия маски с лица не удивляйтесь запаху паленого пластика и возможно даже легкого дыма в салоне. Это — нормально.

А теперь, плавно перейдем ко всем трем системам самолета:

Система кондиционирования (Air Conditioning): как ни странно, но данная система обеспечивает циркуляцию воздуха в трех зонах самолета, (в Airbus они называются COCKPIT, FWD CABIN, AFT CABIN – кабина пилотов, передняя и задняя пассажирская кабины) и поддержание заданной температуры воздуха. При этом управление температурой независимо для каждой из зон. Возвращаясь к нашей аналогии с консервной банкой – это та самая часть, которая обеспечивает поступление воздуха с заданной температурой внутрь консервной банки:

Основным источником высокого давления воздухав самолете является система отбора воздуха (PNEUMATIC) от двигателей самолета или APU (Auxiliary Power Unit, она же ВСУ —вспомогательная силовая установка– небольшая турбина, находящаяся в хвостовой части самолета и обеспечивающая его электричеством и воздухом). При этом воздух, отбираемый от ступеней компрессора двигателей проходит через PRECOOLER ы (теплообменники). На рисунке выше они не показаны, но их очень хорошо видно из салона на пилонах двигателей – эдакие решетки для вентиляции:

Двигатель CFM56 с PRECOOLER’ом собственной персоной

PRECOOLERы охлаждают воздух до температуры порядка 200 градусов Цельсия и затем он поступает в магистраль системы высокого давления. (обозначена зеленым

на Рисунке 1). Далее воздух проходит через PACK 1 и PACK 2 (установки кондиционирования), и уже охлажденный воздух из них поступает напрямую в MIXER UNIT (смеситель), где смешивается с воздухом, поступающим из пассажирской кабины через HEPA фильтры, к которым мы вернемся чуть позже. После добавления горячего воздуха от магистрали высокого давления через TRIM AIR VALVE, воздух поступает обратно в пассажирский салон и кабину пилотов. Так же обращаю ваше внимание, что по старой доброй традиции на самолете всего минимум по два PRECOOLER’ов, PACK’ов, что позволяет безопасно продолжить полет в случае единичных отказов отдельных систем.

Рассказ был бы неполным, если бы я не сказал буквально пару слов по поводу PACKов. Напомню, что на входе в них поступает воздух из магистрали высокого давления с температурой порядка 200 градусов Цельсия и давлением около 40 PSI (примерно 2,7 атмосферы). Задача PACK’а – забрать у воздуха энергию, попутно охладив его. Это достигается через систему теплообменников и AIR CYCLE MACHINE (“турбохолодильник”) – эдакая турбина, вращаемая поступающим воздухом и отбирающая у него энергию. Схематично PACK выглядит вот так:

И теперь — самая главная часть для нас в системе кондиционирования – это MIXER UNIT, который смешивает холодный воздух, поступающий из PACK 1 и PACK 2 с воздухом, который через рециркуляционные вентиляторы и HEPA фильтра возвращается из пассажирской кабины. Кроме этого, MIXER UNIT позволяет подключать внешнее кондиционирование через специальный разъем снаружи –

LP GROUND CONNECTION (Low Pressure Ground Connection – разъем для подключения рукава внешнего наземного кондиционера), а также имеет возможность обеспечить забор наружного воздуха напрямую через EMERGENCY RAM AIR (клапан, позволяющий осуществить забор забортного воздуха напрямую в MIXER UNIT при наличии определенных отказов). Схематичное изображение данного девайса, находящегося в центроплане самолета, рядом с PACK’ами системы кондиционирования:

Розовое – вентиляторы рециркуляции, зеленое – HEPA фильтры системы рециркуляции, синее – MIXER UNIT. Схема от lx-photos

MIXER UNIT – наш герой собственной персоной. Белые «бочонки» – HEPA фильтры. И снова спасибо lx-photos

По поводу «качества воздуха» в самолете — я знаю, что Airbus пишет, что в крейсерском полете весь объем воздуха в пассажирском салоне полностью обновляется за 3 минуты. По факту – воздух в салоне представляет из себя смесь забортного воздуха, прошедшего через систему отбора, PRECOOLER’ы и PACK’и (большая часть), и воздуха из кабины, который был принудительно при помощи вентиляторов системы рециркуляции воздуха пропущен HEPA фильтры. Посмотрим повнимательнее, что пишут производители данных фильтров, коих всего два и оба, как ни странно, находятся в USA (напомню, Airbus — это в первую очередь Франция):

На старых модификациях Airbus регулировкой температуры в пассажирской кабине пилоты занимаются прямо из кабины, на новых – стюардессы при помощи FAP (Flight Attendant Panel), которая установлена сразу слева при входе в самолет. Поэтому если вам слишком жарко или холодно – вы всегда можете попросить изменить температуру воздуха.
Воздух в кабине самолета всегда очень сильно пересушен – забортный воздух при температурах около -60С почти не содержит влаги, поэтому рециркуляция – один из способов поддержать приемлемую влажность воздуха. Мой личный совет – обязательно пейте воду, чай. В противном случае – слизистые очень быстро пересыхают (ощущение «песка» в глазах и т.д.) и становятся более уязвимым к инфекциям.
Как это ни странно, но самолет может летать какое-то время с одним неработоспособным PACK’ом. В этом случае ограничивается максимальная высота полета, так как оставшийся PACK не в состоянии обеспечить требуемые параметры воздуха во всем диапазоне высот.
Если же в полете выходят из строя оба PACK’а, или происходит задымление пассажирской кабины по причине проблем с системой кондиционирования, то в процессе выполнения аварийной процедуры может использовать EMERGENCY RAM AIR – при помощи специального клапана, открываемого кнопкой из кабины пилотов. В этом случае забортный воздух будет напрямую поступать в MIXER UNIT.
Во многих Европейских аэропортах запрещено использовать APU на перроне, поэтому летом, чтобы обеспечить приемлемую температуру в пассажирской кабине используют LP GROUND CONNECTION. При этом уже охлажденный воздух поступает напрямую из наружного кондиционера в MIXER UNIT, охлаждая самолет, вспотевших пилотов, и пассажиров.
В Российских аэропортах отсутствие свежего воздуха в самолете на перроне в пассажирской кабине – пилот забыл нажать кнопку отбора воздуха от APU. При этом PACK’и не работают и в MIXER UNIT охлажденный воздух не поступает, но система рециркуляции воздуха все равно работает.
При запуске двигателей самолета автоматически отключаются оба PACK’а системы кондиционирования – это слышно по непривычной тишине в салоне перед запуском. Что за «скулят собаки в багажнике» (с) один из пассажиров после запуска одного двигателя – даже не спрашивайте.

Система наддува (Pressurization): хоть данная система и не имеет прямого отношения к нашему рассказу, но без нее он был бы неполным. Основная ее задача– обеспечить определенный перепад давления между наружной атмосферой и герметичной кабиной внутри самолета на всех этапах полета. С одной стороны – мы ограничены прочностью конструкции самолета и перепад не может быть слишком большим, с другой стороны – мы так же ограничены особенностями человеческого организма.

Система состоит из двух CPC (Cabin Pressure Controllers, контроллеры кабинного давления), одного outflow valve (выпускного клапана) и двух safety valves (предохранительных клапанов). Главное, что надо знать про нее – это то, что один CPC постоянно управляет outflow valve для управления перепадом давления между атмосферой и кабиной самолета по определенному закону.

Благодаря этому, мы получаем полностью автоматическое управление наддувом в кабине – плавное снижение давления в кабине по мере роста высоты с не менее плавным ростом при снижении. Опустим всякие неинтересные технические подробности, связанные с логикой работы системы. Единственное, что бы хотелось упомянуть здесь – safety valves — это два полностью механических устройства, расположенные в хвостовом отсеке самолета, которые срабатывают (открываются) при достижении большого (более 8,6 PSI) перепада давлений.

Интересные факты

Маски автоматически выбрасываются при высоте по давлению в кабине более чем 14000ft (4300 метров). Но при этом, пилоты могут в любой момент сделать это принудительно, при помощи специальной кнопки в кабине. Типичное давление по высоте в кабине при полете на крейсерском эшелоне – порядка 8000ft (2500 метров) или чуть меньше.
Так же у пилотов есть еще одна интересная кнопка, относящаяся к данной системе (сейчас вы поймете почему) DITCHING. Она используется при аварийной посадке на воду для закрытия всех клапанов ниже ватерлинии самолета и (внимание!) перед противооблединительной обработкой самолета, чтобы жидкость и ее пары не попали внутрь.
Скорость, с которой изменяется давление в кабине непостоянна: она зависит в том числе от вертикальной скорости снижения/набора самолета. Так же перед началом снижения в FMGS (Flight Management Guidance System) можно задать параметр, который позволяет рассчитать более пологий профиль снижения с более медленным изменением давления. Я этим всегда пользуюсь (уши – не казенные), надеюсь что пассажирам в салоне (особенно детям) от этого хоть немного, но легче.

Система вентиляции (Ventilation): вопреки ее названию, она почти не имеет никакого отношения к вентиляции салона самолета. Ее основная задача — обеспечение температурного режима отсека авионики самолета (который находится прямо под кабиной пилотов), вентиляцию аккумуляторов (на самолете их 2) и кухонь с туалетами. Плюс – наличие аварийных режимов работы, в которые может перейти данная система при наличии дыма в отсеке авионики, но это уже отдельная история.

Интересные факты

Еда на самолете разогревается в печке(ах) при помощи потока горячего воздуха, нагнетаемого вентилятором.
Воздух из кухни/туалетов а так же грузовых отсеков всегда стравливается за борт, никакого смешения с воздухом, поступающим обратно в кабину нет (это физически отдельные магистрали). Поэтому вряд ли вы когда-то учуете, что разогревается в печке или запах груза (не говоря о запахе туалета). И да, посмотрите Рисунок 1 в начале – там все это хорошо видно.
Но пилоты иногда чувствуют запах приготавливаемой в передней печке пищи. Почему? Вопрос без ответа.
И тем не менее, к этой системе относится управление CABIN FANS – как было сказано ранее, при помощи этой кнопки может быть выключена принудительная циркуляция воздуха внутри самолета через HEPA фильтры. В реальной жизни — эта кнопка никогда не используется.

Наверное, на этом бы хотелось закончить о системах самолета, которые помогают чувствовать себя хорошо как в полете, так и после него и сказать несколько слов о том, что еще делают авиакомпании для минимизации рисков переноса инфекции и заражения сотрудников:

Маски/перчатки (да, не смейтесь!) для кабинного/летного экипажей.
Моющие/дезинфицирующие средства с повышенной концентрацией в соответствии с рекомендациями Роспотребнадзора – сотрудники, осуществляющие обработку салона одеты полностью в одноразовые защитные костюмы с перчатками и масками.
Обработка складных столиков, подлокотников кресел, ручек и багажных полок – мест, с которыми пассажиры контактируют чаще всего.
Самолеты, используемые для возвращения наших соотечественников, проходят дополнительный этап полной дезинфекции пассажирского салона.
Проветривание (не в смысле «давайте откроем форточки») салона самолета, используя отбор воздуха от APU и штатную систему кондиционирования салона до и после уборки. На земле надо буквально 5 минут, чтобы полностью заменить воздух в салоне.

Ну вот, похоже что все.