出品：科普中国
制作：中国科学院光电研究院黄宛宁
监制：中国科学院计算机网络信息中心
2017年的11月18日晚，我们得知了一个令人心碎的消息：网红飞艇Airlander（绰号“飞天屁股”）在当晚的一次测试中遭遇意外，艇体已经完全泄气（deflated）。虽然这也不是Airlander第一出现意外，但从浮空器专业人士的角度来看，这一次情况要严重得多：Airlander的总体积约36000m?，按照主气囊体积80%计算，仅仅是氦气的损失就在430万人民币左右（每立方米氦气按照150元计算）。
注：Airlander，中文译称“天空登陆者”号，是英国一家公司推出的全球最大的航空飞行器，外形像是飞机、飞艇和直升机的混合体，长达92米，高25.5米（相当于6辆双层大巴车）。因其外形酷似人类臀部，被外界称之为“飞天屁股”。
Airlander艇体被迫释放氦气，损失惨重。
Airlander已经完全泄气，等待转运回库内检修。
对于一个浮空器设计者来说，一般只有在飞行阶段性结束，飞行器需要退役的时候才会做出释放浮升气体的操作，例如著名的固特异飞艇GZ-20退役仪式，当然还有一种情况，就是浮空器真的出现了大面积的破损，泄气是无奈之举。估计这次Airlander的情况应该属于后者。
固特异GZ-20飞艇退役仪式
2016年8月，Airlander曾经出现过一次意外，但是那次只是降落时负攻角过大，造成了驾驶舱的局部损坏，应该说损失并不是很大，艇体也是保存完好的，而且没有人受伤。经过几个月的修整和改进，它于2017年5月15日重返天空。
英国著名的Airship600飞艇也曾经遭遇过暴风雨的袭击，出现了艇体失压的严重情况，但值得庆幸的是，下面的吊舱和推进器几乎完好，整个飞艇在3个月后也修复完毕。
官方怎么说
截至目前，我们还没有得到事故过程的详细描述，也没有事故过程的视频，仅有事后的一些照片。在Airlander的制造商HAV公司的官方网站上，仅仅是发布了一个语焉不详的声明：
虽然非常简短，我们还是试图从中挖掘一些信息，字面上看：在使用锚泊拖车对Airlander进行转场的过程中，出现了锚泊塔与艇体脱离的意外情况，Airlander自动启动了安控措施（据推测是一个撕裂装置，能够将主气囊快速撕破，让艇体快速泄气）。锚泊点意外脱离的原因还在调查中，目前Airlander已经排气不成型，安全地待在地面。
在此次事故中，有一名女员工受伤，她第一时间被送到医院，目前情况稳定已经出院。还有一名员工在处理后续事故的时候受伤，但无大碍。
锚泊塔
在这段话中，有一个陌生的关键词，就是mast，直译就是桅杆。这里的意思应该是锚泊车的桅杆，专业名词可以叫锚泊塔。
右上那个小短粗的杆子就是Airlander的锚泊塔了。
锚泊塔在是飞艇和系留气球两类浮空器的重要设施，主要作用有两个：第一个是牵引转场，而更重要的作用是浮空器锚泊约束点，当浮空器在场地长期停留的时候，可以围绕锚泊约束点随风转动，以保持风阻最小状态，也就是艇头迎风。
第一个作用很容易理解，类似于飞机的牵引车：飞机牵引车是一种用于在机场地面牵引飞机移动的保障设备。跟汽车、船舶不同，飞机无法“倒车”。当一架飞机停在廊桥或停机位时，不靠外力牵引，它是不能自己到跑道“发车”的，这时候就需要牵引车。此外，如果飞机因为故障及机场环保等要求，或者为了减少运行成本而关闭其发动机，也需要使用飞机牵引车。
我们在机场都见过这种扁扁的车，底盘低、重心低、质量大是其显著特点。作家萨苏曾经说过，他在机场工作的时候，一个哥们儿曾经偷偷开着牵引车出去玩，结果一不小心把一辆大卡车给怼翻了。
稍微穷一点的国家也有不用牵引车的，弄一个大力士也可以牵的动。加拿大51岁的牧师凯文·法斯特（Kevin Fast）一人拉动重达189吨的飞机——波音C-17全球霸王。当然这样确实比较累，所以不推荐。
至少应该像印度人民一样，开个拖拉机牵引吧，经济实惠又好用，人家一直用它。
浮空器的锚泊车跟飞机的牵引车很容易区分，因为前者一般都有一根威武雄壮的锚泊塔。
固特异飞艇的锚泊塔，估计有十几米高。
锚泊车牵引着固特异的最新wingfoot飞艇转场。
事故过程分析
锚泊车最重要的一个作用，就是在外场长期锚泊停留。根据推测，本次事故很可能是发生在外场锚泊停留的状态下。因为HAV官方一直强调mast break away，也就是锚泊塔脱离。既然是脱离，肯定是受到了强大的外力，分析有两种可能：锚泊车的牵引力或者地面突然刮起的侧风。
如果是前者，在牵引的过程中脱离，无非是进入了起飞前的准备状态，因为正常飞行之前也要有这个过程。正常情况下是主动的脱离，如果是鼻塔与艇体的连接点被动脱离，应该也没有太大危险，因为飞艇本身就是净重的，在地面也是安全的，不至于启动安全控制机构释放氦气。
那么最大的可能就是在锚泊状态下突遇侧风，将锚泊塔鼻锥处的约束破坏，同时侧风将飞艇吹翻，甚至由于飞艇的净重较小（可能在锚泊状态下配重不多），出现失控飘飞的情况。这种情况确实比较危险，考虑到驾驶舱内还有操作人员，为了人身安全，地勤人员通知操作人员执行安控操作，将艇体撕开，快速排除氦气，避免飞艇继续飘飞，这样的操作也是合情合理的。从Airlander瘫落的位置看，显然距离机场中心锚泊区有一些距离，所以有极大可能是被狂风吹走的。
从艇体上尾部矢量推进器的结构损伤推测，Airlander出事时发生了比较猛烈的撞击。
Airlander瘫落的位置显然不是在机场的锚泊区域内，很可能是被阵风吹到机场周边。
这张是Airlander场内锚泊的图片，中间红色的就是锚泊车，外面那个圆圈就是外场锚泊时的回转轨迹，正常情况下，遇到风向转变时，艇体会围绕锚泊塔随风自动旋转，逐渐稳定到艇头迎风的角度，这个情况下风阻最小。
当地面遭遇风切变，特别是强侧风时，这时飞艇侧面风阻最大，锚泊车鼻塔的约束点承受的力也最大。如果超出了约束力极限，则会出现鼻锥与飞艇上约束点脱离的情况，风阻最大的状态无法得到修正，飞艇就可能会被吹翻甚至失控飘飞。
上图是Airlander锚泊时的局部照片，可以看到中间的锚泊车通过斜拉钢索固定在地面的约束点，也可以看到在锚泊状态下驾驶舱离地面也是很近的。所以如果狂风将锚泊塔约束脱离，那对驾驶舱内的人来说是非常危险的，这个时候采取安控措施强行释放浮升气体，防止飞艇失控飘飞，避免人员伤亡也是非常必要的。
锚泊塔脱离的原因
至于锚泊塔脱离约束的原因，肯定有待HAV做出更加详尽的调查和分析。这里我想提两点看法。Airlander的锚泊车和艇体上约束点与传统的飞艇还是有很大不同的。传统大型飞艇都是从头部进行约束，例如齐柏林NT07，Airship 600，国内的华教2000等，几乎全都是一样的方案。
位于德国腓烈特港的齐柏林NT飞艇，锚泊车牵引飞艇移出艇库。
Airship600锚泊状态（头部约束）
华教2000飞艇采用的也是头部约束（固定锚泊塔）
另外，所有的系留气球系统也都是从球体头部进行约束的，当然跟飞艇不一样，系留气球属于净轻的浮空器（所谓净轻，简单说就是浮力大于自身重力），所有不需要有起落架之类的着陆机构，除了头部约束点，一般在球体两侧还有两个约束点。
洛克希德马丁公司的PTDS（持久威胁探测系统）系统。
这样的锚泊车设计也是大部分中大型系留气球系统采用的经典造型。
只有Airlander的锚泊车采用的是在飞艇的腹部约束。这样的设计，除了对锚泊塔的要求会低一些之外，我认为没有什么别的优点，反而是艇体腹部的受力状况会比较复杂，不利于增加其约束力。
位于Airlander腹部的锚泊车，看样子好像是由履带式拖拉机改装的。
上图红圈内就是Airlander的艇上锚泊约束点，相比起头部约束，这样的约束点可能比较单薄。
如果说Airlander的头比较扁，不适合采用头部鼻锥约束的话，国产的混合式飞艇“068基地双椭球飞艇”造型跟Airlander类似，但是同样采用了比较成熟的头部鼻锥约束的方案。所以感觉Airlander的锚泊方案并不是一开始就设计好的，而是后来改装的。
国产”飞天屁股”068基地的双椭球体飞艇，也是采用的头部约束。
另外一个可能的原因是Airlander的移动平台设计。
我们从照片上都可以看到，Airlander并没有设计起落架，或者气垫式着陆装置，这跟传统飞艇有很大的差别。
跟Airlander同属于混合式飞艇的P-791，采用了4个大象腿一样粗壮的气垫装置作为着陆系统，但P-791没有设计外场长期锚泊的功能。
美国海军的MZ-3A飞艇是采用起落架回转的。
Airlander 没有起落架，也没有气垫，着陆时靠上图红色区域的两根管状缓冲垫缓冲。这样子起降是没有问题的，但地面如何转场呢？
Airlander的转场或者锚泊回转是依靠下图红圈的白色平台，下面安装的带轮子的底盘实现的。
这张图可以依稀看到那个移动平台的轮子。
假如轮式平台出现转动不够灵活的情况，在强侧风情况下，没有快速回转，而造成锚泊塔处的受力持续增大，也许是造成约束脱离的一个原因吧。
其实这么大型的飞艇也许不应该在艇库外长期锚泊，但是因为艇库的宽度对于Airlander来说并不够大，在通过艇库大门的时候操作非常谨慎，飞艇的尾翼距离艇库大门最近的地方仅有6米，所以与其经历出入库的风险，还不如呆在库外。所以感觉无论是锚泊车约束还是库外锚泊的回转平台，这些都像是在HAV公司低价回购了LEMV之后，对其改装后加的设备，也许是无奈之举，难免存在一定安全隐患。当然Airlander做了很多后期的改装工作，其中吊舱附近的充气支撑垫就是在第一出现着陆故障之后，改进增加的设备。
2017年增加的两个辅助着陆气垫，只有在着陆的时候才会充气展开，用来保护吊舱。
2016年Airlander首次试飞的时候并没有驾驶舱两边的辅助气垫。
结语
当然，本文内容仅仅是笔者根据目前有限的信息做出的推测，真正的事故原因还需要HAV公司做出详尽的调查之后公布。不管怎么样，希望Airlander能够早日修复，重返蓝天。
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