Про туман в кабине самолета или точка росы на практике

Если вы когда-нибудь заглядывали в характеристики домашнего термогигрометра или метеостанции, то наверняка видели там странный параметр: Точка росы. Логически можно рассудить, что это связано с температурой и влажностью. Но большинство из нас не вникают что такое точка росы, считая ее чем-то узкоспециализированным - только для агрономов или строителей.
Однако это физическое явление стало одним из "действующих лиц" к счастью не катастрофы, но волнительной драмы в воздухе, правда с хорошим финалом, в ходе одного из самых невероятных авиапроисшествий, где соединились з одной стороны халатность одних, что компенсировалось самопожертвованием и самообладанием других.

Драма на высоте 5000 метров

10 июня 1990 года рейс British Airways 5390 вылетел из Бирмингема. На высоте чуть более 5 километров в кабине пилотов произошло немыслимое: левое лобовое стекло вылетело наружу. Капитана Тима Ланкастера мгновенно вытянуло исходящим потоком воздуха из кресла, и он оказался снаружи самолета, прижатый к фюзеляжу, зацепившись лишь ногами за штурвал.
Но в первые секунды второй пилот Алистер Аткинсон даже не видел, что произошло с его коллегой. Кабину мгновенно заполнил густой белый туман, который все приняли за дым от пожара.

Как развивались события:

0 секунд: Стекло вылетает. Давление в кабине (где оно поддерживается как на высоте 2000 м) мгновенно падает до разреженного забортного уровня.
0.1 – 0.5 секунды: Происходит «взрывная декомпрессия». Воздух в кабине резко расширяется. Температура падает с комфортных +20°C до ледяных отрицательных значений за доли секунды.
1 – 5 секунд: Кабина полностью «затуманивается». Видимость падает почти до нуля. Пилоты дезориентированы. Именно в этот момент сработала та самая физика точки росы.
10 – 15 секунд: Туман так же внезапно исчезает. Становится кристально ясно, очень холодно и очень шумно. Капитан висит снаружи, а второй пилот начинает экстренное снижение.

Бортпроводник Найджел Огден вбежал в кабину и успел схватить капитана за пояс. Ветер был такой силы, что Найджела тоже начало вытягивать, но он обмотал руку ремнем кресла.
Тело капитана прижало к фюзеляжу снаружи. Его глаза были открыты, он не моргал, его постоянно било о корпус набегающим потоком ледяного воздуха и экипаж был уверен, что он мертв.
Второй пилот Алистер Аткинсон приказал держать капитана любой ценой. Если бы его отпустили, тело могло попасть в двигатель, что привело бы к катастрофе всего самолета.

Физика процесса: почему пошел «дым»?

Чтобы понять, что произошло, нужно разобраться в трех "китах": температуре, давлении и точке росы.

Воздух — это губка (гигроскопическая смесь газов). Он содержит в себе невидимый водяной пар. Чем теплее воздух, тем больше пара он может в себе «растворить». Точка росы — это та температура, до которой нужно охладить конкретный объем воздуха, чтобы он больше не мог удерживать в себе влагу в виде газа. В этот момент лишняя влага превращается в жидкие капли — росу или туман.

Адиабатическое расширение

В случае с самолетом сработал закон, который мы часто наблюдаем в быту (например, когда открываем бутылку холодной газировки). При резком падении давления газ (воздух в кабине) начинает расширяться. На расширение тратится внутренняя энергия, и газ мгновенно остывает.

До аварии: Воздух в кабине имел температуру +20°C и определенную влажность. Его точка росы была, скажем, +8°C. Пока в кабине теплее +8°C, пар невидим.
В момент аварии: Давление падает, воздух расширяется и остывает до -15°C за микросекунды.
Переход порога: Температура "пролетает" отметку в +8°C (точку росы) и падает ниже. Весь пар, который был в кабине, превращается в миллиарды микроскопических капель воды. Это и есть тот белый туман. Но он существует недолго.

Почему туман рассеялся?

Вы спросите: если в кабине осталось холодно (ниже точки росы), почему туман пропал?

Здесь вмешалась сухость стратосферы. Теплый и влажный воздух из Бирмингема просто выдуло в дыру от стекла. Его заменил забортный воздух. На высоте 5 км влаги почти нет. Этот воздух настолько сухой, что его точка росы находится где-то в районе -40°C. Когда такой сухой воздух ворвался в кабину, он моментально «впитал» в себя капли тумана и испарил их.

Зачем нам это знать ?

Когда вы смотрите на гигрометр в своей квартире и видите там «Точку росы», помните:

Если температура поверхности (например, вашего окна или угла стены) станет ниже этого значения — там неизбежно появится вода (конденсат). Это первый сигнал к появлению плесени. Это та самая граница, где невидимый газ превращается в реальную проблему.

История рейса 5390 — это экстремальная иллюстрация того, как быстро природа может перейти эту невидимую границу, один из самых ~~трешевых~~ наглядных уроков аэродинамики и термодинамики в истории.

P.S.1 Второй пилот смог совершить аварийную посадку в Саутгемптоне. К невероятному удивлению медиков, Тим Ланкастер выжил. Он провел за бортом на ледяном ветру (около -17°C) и при нехватке кислорода более 20 минут. Он отделался обморожением, с переломами руки и пальцев, но уже через 5 месяцев снова вернулся к полетам.

P.S.2 Расследование выявило следующее.
За сутки перед полетом лобовое стекло меняли. Механик подбирал болты «на глаз», сравнивая их со старыми. Он использовал 84 болта, диаметр которых был на 0,66 мм меньше нормы, и еще несколько, которые были короче на 2,5 мм. Тем самым серьезно ослабил крепление. Но это было бы еще полбеды. На этом типе самолета стекла крепились снаружи. Когда самолет набрал высоту, внутреннее давление просто выдавило стекло, так как тонкие болты не выдержали нагрузки.