Sposób kodowania
Wtorek, 13 listopada 2012 (02:10)Z prof. dr. hab. Markiem Czachorem, fizykiem z Politechniki Gdańskiej, rozmawia Piotr Falkowski
Jak to się stało, że zainteresował się Pan naukowo katastrofą smoleńską?
- W sobotę, 10 kwietnia 2010 r. rano, zadzwoniła do nas zapłakana koleżanka, mówiąc, że rozbił się samolot i wszyscy zginęli. Taką skalę tragedii trudno jest objąć wyobraźnią. Zginęły osoby, które w naszej rodzinie dobrze znaliśmy, jak pani Ania Walentynowicz i Janusz Krupski, oraz takie, które znaliśmy jedynie z telewizji, lecz bardzo ceniliśmy i wiązaliśmy z nimi wielkie nadzieje. Przypomniała mi się nagonka na prezydenta Lecha Kaczyńskiego, że chciał marnotrawić publiczne pieniądze, wymieniając stare sowieckie samoloty, remontowane w Rosji, na nowsze. Pominę milczeniem, co pomyślałem wtedy o sprawujących władzę. Kwestia zaangażowania się po stronie ofiar była dla mnie oczywista, ale nie wiedziałem, co właściwie mógłbym zrobić.
Co fizyka kwantowa wnosi do tej sprawy?
- Fizyk kwantowy Richard Feynman też nie znał się na promach kosmicznych, a włączył się w wyjaśnianie katastrofy Challengera i to on zlokalizował jej przyczyny. Po katastrofie trudno mi było myśleć o "mojej" fizyce. W lipcu 2011 r. pojawił się raport komisji Millera. Pod koniec września prof. Wiesław Binienda zaprezentował swoje pierwsze symulacje zderzenia z brzozą. Akurat zaczynał się nowy rok akademicki. Pierwsze seminarium wydziałowe na moim Wydziale Fizyki Technicznej i Matematyki Stosowanej było jeszcze nie zajęte. Pomyślałem, że mam dobry temat na rozpoczęcie roku. Napięcie na wydziale było ogromne, była nawet lekka próba wpłynięcia na mnie, żebym przełożył wykład na inny termin, bo wypadł akurat w piątek przed wyborami parlamentarnymi. Nie zgodziłem się. Zapytałem, czy gdybym chciał mówić o zderzeniu Titanica z górą lodową, to też sugerowano by przesunięcie referatu. Ale muszę przyznać, że władze mojej uczelni i wydziału stanęły na wysokości zadania. Otrzymałem nawet sygnał z samej góry, że numeryczna analiza zderzenia samolotu z drzewem to jak najbardziej właściwy temat do analiz na uczelni technicznej i że nie ma problemu. Dzięki studentom zapis z seminarium trafił do internetu. Zacząłem się rozglądać na Politechnice Gdańskiej za osobami, które mogłyby się w takie badania włączyć. Kilka tygodni później odbyło się spotkanie, na którym pojawili się przedstawiciele pięciu wydziałów z politechniki i trzech zespołów z Instytutu Maszyn Przepływowych PAN, w tym osoby zajmujące się lotnictwem i modelowaniem numerycznym katastrof. Nawiązaliśmy też kontakt z zespołem z Politechniki Białostockiej. Moja rola zaczęła się redukować do koordynacji działań, które mieli podjąć prawdziwi specjaliści.
Jakie są teraz losy projektu grantu na badanie symulacyjne?
- Napisaliśmy projekt i chcieliśmy skłonić Narodowe Centrum Badań i Rozwoju do ogłoszenia specjalnego konkursu z dziedziny bezpieczeństwa państwa. Razem z Januszem Badurem z IMP PAN pojechaliśmy na rozmowę z dyrektorem NCBiR. Okazuje się jednak, że inicjatywa takiego konkursu musi wyjść spoza tej instytucji, np. od Ministerstwa Obrony Narodowej. Pisząc projekt, zakładaliśmy jako rzecz oczywistą, że będziemy mieli dostęp do szczegółów konstrukcyjnych Tu-154M. Postulowaliśmy dokładne przebadanie bliźniaczego tupolewa o numerze bocznym 102. Bardzo realistyczna symulacja musi bazować na rzeczywistych danych. Takiego dostępu wciąż nikt nie uzyskał, może poza biegłymi prokuratury. Więc nawet gdybyśmy otrzymali pieniądze, nie moglibyśmy zrobić w pełni wiarygodnej symulacji katastrofy. O ten sam problem rozbijają się badania prowadzone w WAT, relacjonowane na konferencji smoleńskiej.
Jak Pan ocenia tę konferencję? Pana wystąpienie jako jedno z nielicznych wydawało się sprzyjać raportowi komisji Millera.
- To nie tak. W małych grupkach eksperckich można dyskutować otwartym tekstem najróżniejsze hipotezy, ale na takiej publicznej konferencji postawa "adwokata diabła", na którą musi być miejsce w prawdziwej debacie naukowej, traktowana jest niemal jak zdrada. To zabija dyskusję. Co do samej konferencji, to ku mojemu zaskoczeniu okazała się zbyt krótka. Za jeden z najciekawszych wyników uważam symulację zderzenia samolotu z gruntem autorstwa Wiesława Biniendy. Jest o tyle interesująca, że - w przeciwieństwie do analizy zderzenia z drzewem, mogącej w istotny sposób zależeć od drobnych szczegółów konstrukcyjnych skrzydła i detali modelu numerycznego, co pokazał referat Andrzeja Morki z WAT - tu wystarcza nam wynik jakościowy. A jest on taki, że samolot na skutek samego zderzenia z gruntem, nawet w pozycji z kołami do góry, nie powinien ulec aż tak strasznym zniszczeniom. W szczególności górna część poszycia kadłuba mogłaby częściowo ulec zmiażdżeniu, ale kadłub powinien się najwyżej rozłamać na kilka dużych fragmentów, przy czym, co ciekawe, statecznik pionowy i silnik znajdujący się nad kadłubem działają jak amortyzatory. Powoduje to, paradoksalnie, że tylna część kadłuba może ulec mniejszym zniszczeniom przy uderzeniu w pozycji odwróconej niż w pozycji "na brzuchu". Binienda ma duże doświadczenie w modelowaniu zniszczeń kadłuba, jego modele przeszły walidację w rzeczywistych eksperymentach. Jeżeli ma rację, powinni przeżyć pasażerowie przynajmniej w tylnej części kadłuba. Hipotezę eksplozji tuż przed uderzeniem w ziemię należy więc poważnie rozpatrzyć.
Czy poza symulacjami jest jakiś inny sposób, by przekonać się, co mogło wydarzyć się w Smoleńsku?
- Zniszczenia takie jak w Smoleńsku wystąpiły przy katastrofie samolotu DC-10 w Chicago w 1979 r., ale wtedy nastąpiła eksplozja paliwa w momencie uderzenia w ziemię, połączona z wielkim pożarem. W Smoleńsku śladów pożaru na wrakowisku właściwie nie ma. Jestem więc zwolennikiem przeprowadzenia eksperymentu polegającego na rozbiciu jakiegoś starego Tu-154M - byle tylko nie bliźniaczego Tu-154M o numerze 102! - poprzez rozpędzenie go w pozycji "na plecach" do prędkości 260 km/h w taki sposób, by w ostatniej fazie uderzył pod kątem 10-12 stopni w lasek analogiczny do smoleńskiego. Samolot powinien mieć minimalną ilość paliwa, żeby uniknąć eksplozji, więc należy go rozpędzić po prostu na szynach. Taki test jest dużo prostszy niż przedstawiony ostatnio przez kanał Discovery eksperyment ze zniszczeniem Boeinga 727, który wymagał samolotu w pełni sprawnego, pilotowanego najpierw przez załogę, a potem zdalnie.
Pana referat był poświęcony eksperymentom z lat 60. XX w. ze zderzeniami skrzydeł z drewnianymi słupami. Czy one mogą pomóc w wyjaśnieniu zagadki smoleńskiej brzozy?
- Po pierwsze, tam były inne samoloty, lżejsze i słabsze niż tupolew, a słupy imitujące drzewa były twardsze i bardziej kruche. Dlatego też w kontekście smoleńskim trudno coś wnioskować na podstawie samego faktu odpadnięcia skrzydła w teście niszczącym samolotu Douglas DC-7. Ale jest też dużo podobieństw. Zacznijmy od zapisów z przyspieszeniomierzy tupolewa i samolotów amerykańskich. Z raportu MAK wynika, że największe skoki przyspieszeń są rzędu 1 g. W eksperymentach amerykańskich wstrząsy dochodziły do 50 g, ale były bardzo krótkie, trwały ok. 1/50 sekundy. W tupolewie zapis przyspieszeń jest co 1/8 sekundy. Dlatego wykresy z raportu MAK mają niewielką wartość dla analizy rzeczywistych wstrząsów kadłuba, gdyż wszystkie interesujące szczegóły mogły nam umknąć - do wstrząsów mogło dojść pomiędzy pomiarami. Po drugie, skrzydło DC-7 odpada nie tyle na skutek ścięcia przez słup - bo jest on łamany jak zapałka, a dźwigar skrzydła wytrzymuje uderzenie jak w symulacjach Biniendy - ale na skutek ukręcenia go przez siły oporu powietrza, które w symulacjach są pomijane, więc warto by je kiedyś wreszcie uwzględnić. Ale żeby skrzydło odpadło na skutek ukręcenia przez siły oporu, musiałoby przejść na wylot przez drzewo, czyli musiała być zerwana ciągłość między dwiema częściami pnia brzozy: kikutem, który wciąż sterczy pionowo z ziemi, i częścią górną, przewróconą na północ. Dziś rzeczywiście tak to wygląda. Ale na pierwszych zdjęciach ta przewrócona część wydaje się połączona z resztą pnia. W dyskusji na konferencji w Kazimierzu Dolnym w maju zapytałem publicznie, w obecności trzech członków komisji Millera, czy była połączona, czy nie. Nikt nie wiedział. Stanisław Żurkowski, przewodniczący podkomisji technicznej, skłaniał się do wersji z brzozą złamaną, lecz nie przeciętą. Jeżeli to prawda, opory powietrza można w symulacji pominąć, tak jak to czyni Binienda. Osobiście nie wierzę, żeby skrzydło nie było w stanie ściąć brzozy. Również sam lot urwanego skrzydła DC-7 jest niezwykle interesujący. Leci ono 135 m, czyli dalej niż fragment skrzydła z tupolewa leży od brzozy.
Ale czy ten fragment skrzydła musiał odpaść przy brzozie albo zaraz za nią, lecz w wyniku zderzenia z nią?
- Zakładając, że drzewa przycięte przez samolot przy ul. Gubienko, ok. 50 m za brzozą, zostały ścięte przez uszkodzone skrzydło, to gdzie musiała odpaść końcówka skrzydła, żeby ominęła dwa duże drzewa, które są nietknięte? Opadnięcie końcówki musiało nastąpić w pobliżu brzozy. Zróbmy teraz eksperyment myślowy i zastanówmy się, co by było, gdyby czubek lewego skrzydła tylko musnął pień brzozy? Wiemy, że czubek skrzydła w coś mocno uderzył, bo jest zniszczony, i to w sposób zgodny z symulacjami Biniendy. Wir powstający za końcem skrzydła prawdopodobnie i tak przewróciłby brzozę w kierunku północnym, tak jak leży do dziś. Samolot musiałby być przesunięty o blisko 6 m w prawo (na północ), ale ślady na drzewach zarówno przed, jak i za brzozą by się nie zmieniły, o ile końcówka nie odpadłaby zbyt daleko przed pasem drzew rosnących wzdłuż ul. Gubienko. Końcówka, nawet w trakcie odpadania, musiała ciąć korony drzew. Taka lekko przesunięta trajektoria samolotu byłaby nadal niesprzeczna z danymi rejestratora szybkiego dostępu ATM, bo eksperci tej firmy dopasowywali trajektorię do śladów na drzewach, jak sami uczciwie zaznaczyli, bazując na nieznanej prędkości samolotu względem ziemi. Jest tak dlatego, że rejestratory zapisują prędkość względem powietrza, nieznana jest dokładna prędkość wiatru. Dawało im to pewną swobodę w ustalaniu trajektorii. Patrząc na kształt trajektorii wyznaczony przez ATM, widać, że za punktem TAWS nr 37 przesunięto ją lekko w lewo - w stronę brzozy, ale pod wiatr! Fragmenty lewego skrzydła leżą w okolicy brzozy bardzo daleko z prawej strony samolotu. Nic nie leży na lewo od brzozy, więc przesunięcie samolotu w prawo o 6 m nie koliduje ze znanym rozrzutem fragmentów lewego skrzydła. Pomijając słynną końcówkę skrzydła, część poszycia lewego skrzydła znaleziono już ok. 10 m za brzozą, licząc w kierunku ruchu samolotu, ale ok. 35 m na północ od niej. To zdumiewająco daleko w prawo. Raporty MAK i Millera nie analizują, jak to się stało. Jedna z teorii głosi, że poszycie zostało wyrwane już po minięciu brzozy i zostało zdmuchnięte do tyłu podmuchem silników. W takim scenariuszu skrzydło mogło zatem odpaść nawet kilkadziesiąt metrów za brzozą, np. na skutek eksplozji w lewym zbiorniku paliwa wyrywającej górne poszycie. Znane są takie katastrofy, na przykład na skutek uderzenia pioruna w skrzydło, co tutaj możemy pominąć. Należałoby też rozważyć mechanizm znany z filmu z lądującym herculesem: ugięcie skrzydła w chwili uderzenia i ukręcenie przez siły oporu powietrza. Skrzydło odpadające na trajektorii przesuniętej o 6 m w prawo może odpaść 30 m za brzozą, a poleci po tej samej prostej i może wylądować w tym samym miejscu, w kępie drzew po drugiej stronie ul. Gubienko. Dokładnego lotu końcówki skrzydła nie da się przewidzieć na podstawie analiz teoretycznych z takiego samego powodu, z jakiego nie sposób dwa razy tak samo rzucić kartką papieru. Dodajmy wreszcie, że komisja Millera wcale nie twierdzi, że brzoza uderzyła w skrzydło w miejscu jego ułamania, tylko informacja ta jest tak ukryta w raporcie, że łatwo ją przeoczyć. Oni przesuwają miejsce uderzenia w stronę kadłuba, ja odwrotnie - na końcówkę skrzydła.
A co z beczką autorotacyjną?
- W katastrofie samolotu DC-10 w Chicago w 1979 r. pod lewym skrzydłem odpadł silnik, uszkadzając instalację hydrauliczną. Hamulce trzymające sloty przestały działać, przez co opory powietrza wepchnęły je do pozycji schowanej. Zmniejszyło to siłę nośną lewego skrzydła i pilotom nie udało się powstrzymać obrotu samolotu - uderzył w ziemię już przechylony "na plecy". Badania amerykańskie sprzed kilku lat pokazują, że utrata nawet połowy skrzydła nie musi spowodować beczki, ale kąt natarcia musi być mały - w przypadku smoleńskim nie większy niż 5 stopni. A samolot koło brzozy miał kąt natarcia ok. 15 stopni. Wtedy piloci nie mają szans na opanowanie beczki. Nawiasem mówiąc, w Smoleńsku zderzenie z pasmem drzew za brzozą też mogło wepchnąć sloty, dodatkowo zmniejszając siłę nośną lewego skrzydła.
Czyli samolot mógł jednak wykonać tę półbeczkę i rozbić się w pozycji odwróconej?
- Na konferencji w Kazimierzu Andrzej Żyluk z Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych przedstawił, zrobioną zgodnie z wszystkimi regułami sztuki, analizę lotu Boeinga 727 z urwaną końcówką skrzydła. Samolot przed utratą fragmentu skrzydła leciał poziomo, natomiast po odpadnięciu końcówki spadał na ziemię, nie wykonując beczki. Inny wynik uzyskali Krzysztof Sibilski i Paweł Artymowicz. Ich wyniki wydają się z grubsza zgodne i pokazują możliwość beczki. Symulacja Żyluka była bardziej szczegółowa, lecz problem w tym, że Tu-154M w Smoleńsku wznosił się przed brzozą z pionową prędkością ponad 6 m/s, więc nie leciał poziomo. Mając symulację dla zerowej prędkości wznoszenia, nie jest problemem zmienić jeden parametr i zobaczyć, co się stanie, gdy 0 m/s zastąpimy przez 6 m/s. Natomiast niezależnie od tego, czy beczka była, czy nie, nie rozumiem stopnia zniszczenia samolotu.
Może informacje są, tylko że nie mamy do nich dostępu?
- Być może. Czemu na przykład nie ma zdjęć satelitarnych z 10 kwietnia 2010 roku? Żaden wywiad na świecie przez cały dzień nie wykonał zdjęć? Nie wierzę. Myślę, że kiedyś je zobaczymy, a wtedy spora część analiz będzie musiała być napisana na nowo. Jestem bardzo ciekaw, czy 10 kwietnia górne poszycie zbiornika paliwa w lewym skrzydle znajdowało się tam, gdzie je znaleziono 11 kwietnia. Przecież, jak to niezbicie udowodnił dr Kazimierz Nowaczyk, statecznik poziomy przewędrował między 11 a 12 kwietnia ponad 20 metrów, a komisja Millera właśnie to "poprawione" położenie umieściła w swym raporcie. Poza tym obok braku informacji, możemy mieć na każdym kroku do czynienia z ich fałszowaniem. Firma ATM twierdzi stanowczo, że Rosjanie nie mogli odczytać i zmanipulować ich rejestratora w tak krótkim czasie, bo algorytm użyty w ich rejestratorze jest znany tylko kilku osobom z ATM. Tak samo myśleli Niemcy o Enigmie. To lekceważenie przeciwnika. Podczas remontów obu tupolewów była praktycznie nieograniczona możliwość wykonywania kontrolowanych lotów z użyciem rejestratora ATM i porównania jego zapisów z zapisami rejestratorów rosyjskich. Znając z grubsza sposób kodowania, mając do dyspozycji teksty zakodowane i ich wersje niezakodowane, można przeprowadzić tak zwany atak ze znanym tekstem jawnym. Jest to najskuteczniejszy sposób łamania kodów. Służby rosyjskie nie skorzystały z okazji? Bądźmy poważni.