Что будет, если в самолёт ударит молния

Где-то над Атлантикой, в плотной серой каше грозового фронта, по обшивке борта пробегает ослепительная белая вспышка. Кто-то у иллюминатора вздрагивает, в салоне раздаётся короткий сухой хлопок — будто кто-то с размаху захлопнул багажную полку. Через секунду гудят двигатели, по проходу катит тележка с напитками, и почти никто не понял, что только что в самолёт ударила молния. Это не редкость и не ЧП. Это вторник.

Рутина, о которой не пишут в новостях

Цифра звучит почти неправдоподобно: каждый коммерческий лайнер ловит молнию в среднем один-два раза в год. Если перевести в часы налёта — примерно один удар на тысячу лётных часов. Тысячи разрядов в год по всему мировому флоту, и почти ни строчки в прессе.

Причина, по которой эти удары не превращаются в катастрофы, проста: самолёт давно научился не быть жертвой грозы, а быть её транзитным узлом. Молния не «попадает» в металлическую трубу, как камень в окно. Она использует борт как удобный отрезок своего пути между облаком и землёй (или между двумя облаками), входит в одной точке, проходит по внешней обшивке и выходит в другой. Салон при этом остаётся в стороне от событий — в буквальном смысле.

Более того, самолёт часто сам провоцирует разряд. Машина массой в сотни тонн, несущаяся сквозь насыщенное электричеством облако, искажает местное электрическое поле настолько, что становится спусковым крючком для молнии, которая иначе могла бы и не родиться. Так что нередко лайнер — не случайная мишень, а инициатор собственного удара.

Клетка Фарадея на высоте десяти километров

Главный герой этой истории — физик Майкл Фарадей и его знаменитая клетка. Суть эффекта в том, что внутри замкнутой проводящей оболочки внешнее электрическое поле компенсируется: весь заряд распределяется по поверхности проводника, а внутри — спокойствие. Заберитесь в стальную бочку во время грозы, и снаружи может бушевать что угодно — внутри безопасно.

Алюминиевый фюзеляж — это и есть такая клетка, только обтекаемой формы и со скоростью под 900 км/ч. Когда разряд бьёт в нос или в законцовку крыла, ток силой в десятки тысяч ампер растекается по наружной обшивке тонким слоем и движется к точке выхода, не заходя внутрь. Пассажиры, кресла, проводка, вы со своим телефоном — всё это находится внутри проводящей оболочки и для молнии словно не существует.

Чтобы заряд красиво сошёл с самолёта, не цепляясь за каждый острый угол и не наводя помехи в радиосвязи, на задних кромках крыльев и хвоста торчат тонкие иголки — статические разрядники, по-английски static wicks. Это высокоомные стерженьки с очень острыми кончиками, через которые накопленное статическое электричество стекает в атмосферу плавным коронным разрядом. Важная оговорка, которую часто путают: разрядники не притягивают молнию и не отпугивают её. Их работа — аккуратно сбрасывать статику и давать заряду организованный выход с законцовок, а не болтаться по корпусу.

Что чувствуешь, когда это происходит

С точки зрения пассажира удар молнии — событие на пару секунд и исключительно сенсорное. Яркая вспышка за иллюминатором, громкий хлопок или треск, иногда — характерный резкий запах озона, как после грозы или у работающего ксерокса. И всё. Ни тряски сверх обычной болтанки, ни падения, ни «провала».

Пилотам достаётся чуть больше зрелищ. Перед самым ударом, а иногда и без всякого удара, по лобовому стеклу кабины может разлиться призрачное голубовато-фиолетовое свечение, ползущее змейками и потрескивающее. Это огни святого Эльма — коронный разряд на сильно заряженном воздухе вокруг острых, проводящих частей машины. Зрелище мистическое, моряки веками считали его дурным или добрым знаком, но физически оно совершенно безобидно: просто воздух вокруг борта перенасыщен электричеством и тихонько светится. Красиво, и не более того.

Сертификация: выдержать и не заметить

Самолёт не просто «обычно переживает» молнию — он обязан её пережить по закону. Прежде чем машина получит сертификат лётной годности, разработчик доказывает, что прямой удар не приведёт к опасным последствиям: ни к потере управления, ни к отказу критичных систем, ни к воспламенению. Конструкцию испытывают на стендах, лупя по ней искусственными разрядами, и моделируют пути тока по обшивке.

Точки входа и выхода предсказуемы — это выступающие, «острые» части: нос, законцовки крыла, киль, гондолы двигателей, иногда штанги ПВД. После удара на земле техники нередко находят следы: крошечные точки оплавления, прожоги краски, изредка — оплавленный статический разрядник, который меняют на новый. Косметика, а не катастрофа. Самое серьёзное последствие типичного удара — несколько часов осмотра на стоянке.

Пластиковые самолёты и медная паутина

Всё описанное выше держится на одном условии: обшивка проводит ток. Но новое поколение лайнеров — Boeing 787 Dreamliner и Airbus A350 — больше чем наполовину сделано из углепластика. Композит легче и прочнее металла, но проводит электричество куда хуже алюминия, а значит, классическая клетка Фарадея сама по себе не складывается.

Решение — буквально вплести проводник в пластик. В наружные слои композитной обшивки закатывают тонкую сетку или фольгу из меди (так называемую расширенную медную фольгу) либо тканое металлическое полотно. Эта металлическая паутина берёт на себя ток молнии и растаскивает его по поверхности, восстанавливая ту самую проводящую оболочку, что у алюминиевых машин есть от природы. Отдельная морока — стыки панелей: их электрическое сопротивление приходится держать минимальным, иначе ток не найдёт непрерывного пути. На 787 эта тема вызывала споры даже внутри индустрии — настолько критична защита для пластикового фюзеляжа.

Единственное настоящее исключение

Если молния для самолёта почти всегда не-событие, то одно слабое место всё же есть, и оно решает всё: топливо. Точнее — не сама керосиновая жидкость, а пары над ней внутри бака. Достаточно искры рядом с этой топливно-воздушной смесью в неудачной концентрации — и спокойный удар превращается в трагедию.

Именно это произошло 8 декабря 1963 года. Boeing 707 авиакомпании Pan American, рейс 214, кружил в зоне ожидания у Филадельфии в грозу. Молния ударила в самолёт и воспламенила пары в одном из топливных баков в крыле. Последовал взрыв, оторвавший часть левого крыла; машина потеряла управление и рухнула под Элктоном, штат Мэриленд. Погибли все 81 человек на борту. Расследование Совета по гражданской авиации указало на лидирующую причину — воспламенение паров в резервном баке от разряда молнии.

Эта катастрофа стала тем самым исключением, которое переписало правила. После неё регуляторы взялись за защиту самолётов от молний всерьёз: появились требования к статическим разрядникам на всех машинах, а затем — и целый блок норм, прямо адресующих воспламенение паров топлива и защиту баков от любых источников искры. Спустя десятилетия эта линия привела к системам инертизации топливных баков, которые закачивают в надтопливное пространство обеднённый кислородом газ, чтобы смесь там в принципе не могла вспыхнуть. Конструкторы научились прятать любую возможную искру подальше от паров, экранировать проводку у баков и заземлять всё, что может накопить заряд.

В этом и весь сюжет. Молния бьёт в самолёты постоянно и почти всегда не оставляет ничего, кроме вспышки, хлопка и запаха озона, — потому что металлическая (или искусственно сделанная проводящей) оболочка отводит десятки тысяч ампер мимо людей. А единственный класс случаев, где удар оказался смертельным, давно загнан в угол нормами, которые родились из одной декабрьской трагедии 1963 года. Современная гроза за иллюминатором — это спектакль, а не угроза. И билет на него входит в стоимость кресла.