Wypadki lotnicze mają zazwyczaj tylko jedną przyczynę -- brak uwagi. Awarie silników i układów sterowania wciąż się zdarzają, ale dochodzi do nich coraz rzadzej, bo choć urządzenia te z każdą dekadą stają się coraz bardziej skomplikowane, to jednak coraz bardziej naszpikowane elektroniką potrafią coraz lepiej informować o swoich awariach. Przy prawidłowej ekspolatacji silniki i systemy nawigacyjne płatowca działają niezawodnie, a odstępstwa od tej reguły są coraz rzadsze we wszystkich typach maszyn, dlatego jedynym nie do końca przewidywalnym elementem skomplikownego przedsięwizięcia, jakim jest lot człowieka w przestworzach, pozostaje sam człowiek.
Ustalaniem przyczyn katastrofy polskiego Tupolewa Tu-154M w Smoleńsku w dniu 10 kwietnia 2010 r. zajmuje się Międzypaństwowa Komisja Lotnicza (MAK) powołana do istnienia w 1991 r. przez Wspólnotę Niepodległych Państw. Odrębne śledztwa w tej sprawie prowadzą prokuratury wojskowe Polski i Rosji. Opinia publiczna z niepokojem oczekuje na ustalenia komisji, bo tragiczna śmierć Prezydenta Polski i 95 towarzyszących mu osób, spośród których większość pełniła wysokie funkcje państwowe, jest wydarzeniem bez precedensu w historii Polski i w historii światowej awiacji. Niepokój sprzyja powstawaniu fantastycznych hipotez odnośnie przyczyn wypadku.
Na podstawie ogólnodostępnych danych oraz informacji przekazywanych mediom w mniej lub bardziej oficjalny sposób przez członków komisji i osoby pozostające z nią kontakcie, a także na podstawie danych zebranych na miejscu zdarzenia przez dziennikarzy i amatorów lotnictwa można pokusić się o sformuowanie najbardziej prawdopobnej hipotezy wyjaśniającej przyczyny tego wypadku.
Załoga Tu-154M z nieznanych powodów powodów postanowiła wykonać zejście do lądowania na lotnisku wojskowym Smoleńsk-Siewiernyj, mimo iż warunki atmosferyczne i pomoce nawigacyjne dostępne na lotnisku czyniły tę próbę bezcelową. Przebieg ostatnich faz lotu pozwala nadto sądzić, że bezpośrednio przed katastrofą załoga nie była w stanie precyzyjnie ustalić swojego położenia względem ziemi.
Rankiem 10 kwietnia 2010 r. Smoleńsk był spowity gęstą mgłą wychodzącą z doliny Dniestru oraz pokryty niskimi chmurami warstwowymi ciągnącymi się na przestrzeni setek kilometrów. Intensywne i krótkotrwałe zamglenia nad tym bagnistym obszarem są zjawiskiem typowym. Komunikat meteo przekazany załodze przez operatora lotniska mówi o wyraźnym pogorszeniu pogody w czasie poprzedzającym lądowanie. Nad smoleńskim lotniskiem położonym 254 m n.p.m. gęste chmury wisiały już na wysokości 90-100 m, a widzialność w mgle nie przekraczała 400-500 m. Według opinii świadków w chwili wypadku widzialność we mgle mogła być jeszcze gorsza, co do pewnego stopnia potwierdzają amatorskie nagrania video.
Lądowanie bez widoczności na tym lotnisku możliwe jest jedynie dzięki radarowi kontroli zbliżania ASR (approach surveillance radar) oraz radiolatarniom NDB (non directional beacon) znajdującym się na ścieżce podejścia do pasa od strony Wschodniej. ARS i NDB należą do tzw. nieprecyzyjnych pomocy nawigacyjnych, czyli takich, które pozwalają wprawdzie na bezpieczne przyziemienie w locie bez widoczności, wymagają jednak widoczności poziomej rzędu przynajmniej 1100 metrów, a nadto dużego doświadczenia i dobrej współpracy załogi. Nawet przy doskonałym wykonaniu manewru nie dają całkowitej pewności, że lądowanie powiedzie się przy pierwszym podejściu.
Lądowanie ciężkim, mało zwrotnym samolotem pasażerskim Tu-154M w tych warunkach pogodowych i w oparciu o te pomoce nawigacyjne nie było praktycznie możliwe bez poważnego naruszenia procedur bezpieczeństwa. Scieżka schodzenia w oparicu o dwie radiolatarnie NDB ustawione po Wschodnej stronie pasa zakłada, że samolot minie pierwszą radiolatarnię na wysokości 300 m nad poziomem lotniska, a drugą na wysokości 70 m. Ponieważ radiolatarnie ustawione są w odległości odpowiednio 6,1 km (1NDB) oraz 1,1 km (2NDB) od progu pasa, dlatego punkt odejścia na okręg po nieudanym schodzeniu, będący zarazem bezpiecznym pułapem decyzji znajduje się nad 2NDB, a więc na wysokości 70 m nad płytą lotniska i w odległości 1,1 km od progu pasa. Jeśli pilot nie widzi z tego miejsca pasa startowego, powinien przerwać schodzenie i natychmiast powrócić na okręg, czyli zwiększyć pułap lotu. Dalszy lot po ścieżce schodzenia bez widoczności ziemi w oparciu o instrumenty pokładowe i instrukcje operatora obsługującego radar kontroli ruchu nie jest możliwe, ponieważ wskazania tego typu radarów są uzyskiwane w kilkusekundowych interwałach czasowych (wolny ruch obrotowy anteny radaru), a opóźnienie odczytu jest dodatkowo powiększane przez ustną komunikację odczytów radaru z wieży lotniska do załogi samolotu. W praktyce oznacza to, że ostatniej fazie zbliżania się po minięciu 2NDB, czyli w trakie w ostatnich kilkunastu sekund lotu przed przyziemieniem operator radaru jest w stanie podać załodze najwyżej kilka komend korekcyjnych, z których żadnej załoga nie będzie już w stanie skutecznie wykonać na żadnym typie samolotu.
Załoga Tu-154M była zatem pewna, że z wysokości 70 m nad 2NDB nie zobaczy progu pasa, bo widoczność rzędu 400-500m to wykluczała. Nie mogła również pozwolić sobie na minięcie progu pasa, bo Tu-154M przy masie 80 ton i wysokiej prędkości lądowania rzędu 260-280 km/h i wietrze w plecy 10 m/s potrzebuje do bezpiecznego przyziemienia całej długości pasa startowego, który w Smoleńsku liczy 2,5 km, była zatem znacznie trudniejszej sytuacji niż załoga tansportowego Iła-76, który w tych samych warunkach pogodowych podjął bodaj dwie nieudane próby przyziemienia. Transportowy Iliuszyn zaliczany jest bowiem do maszyn o krótkiej drodze statu i lądowania (STOL), przy swoich 180 tonach dopuszczanej masy lądowania potrafi bezpiecznie przyziemić na zaledwie 950 m, a bez maksymalnego obciążenia nawet na 450 m.
Załoga Tupolewa zakomunikowała kontrolerowi ruchu, że schodzi na wysokość decyzji, aby tam ustalić czy lądowanie będzie możliwe, wydaje się jednak mało prawdopodobne, by znając stan zachmurzenia i zamglenia ktokolwiek mógł liczyć na to, że pod niską podstawą chmur znajdzie jakieś lokalne prześwity we mgle umożliwiające rozpoznanie progu pasa. Takiej weresji planu lotu nie można wszakże wykluczyć, wydaje się ona jednak mało prawdopodobna, zwłaszcza, że załoga dysponowała informacją pogodową z kilku źródeł, prócz kontrolera ruchu udzieliła jej także załoga polskiego Jaka, który lądował tam kilkadziesiąt minut wcześniej, a zpewne skorzystała tez z autometycznej informacji pogodowej podawanej drogą radiową przez pobliskie lotnisko cywilne w Smoleńsku.
Bardziej prawdopodobna jest jednak inna wersja lotu, ta, w której załoga decyduje się na zejście poniżej regulaminowej wysokości decyzji i na wcześniejsze rozpoznanie drogi podejścia na podstawie wzrokowego kontaktu z ziemią. Przy widoczności rzędu 400 m i prędkości własnej rzędu 70 m/s załoga mogła wykonać zejście do pasa z maksymalną bezpieczną prędkością opadnia rzędu 3 m/s tylko z wysokości nie większej niż ok. 35 m (wartość przybliżona, podana z pamięci, bez kalkulacji matematycznej) i wysokość tę musiała przyjąć jeszcze przed minięciem 2NDB, tak aby móc dokonać ewentualnej korekty kierunku lotu na podstawie wzrokowego rozpoznania terenu. W lotach bez widoczności w oparciu o tzw. nieprecyzyjne pomoce nawigacyjne (NDB, ARS) takie korekty kursu są niezbędne, zaś jedyną precyzyjną pomocą nawigacyjną absolutnie konieczną do bezpiecznego przyziemienia pozostaje w tych warunkach wzrok ludzki.
Jest bardzo prawdopodobne, że załoga zdecydowała się na przyjęcie niebezpiecznie niskiej wysokości decyzji jeszcze przed minięciem 2NDB, aby następnie w trakcie bardzo płaskiego zejścia (pod kątem 1-2 stopni) korygować kurs. Ponieważ teren pod ścieżką podejścia jest w dwóch miejscach obniżony na łącznym dystansie ok. 6 km i obnizenie to sięga w najgłębszych miejscach do 60 m, załoga mogła błędnie ocenić własną wysokość wględem płyty lotniska. Przy lotach z dobrą widocznością te anomalie w ukształtowaniu terenu są praktycznie niezauważalne, natomiast w locie wg przyrządów (których załoga najprawdopodobniej nigdy tam nie wykonywała) wyskazania radiowysokościomierza mogły ją zmylić, zwłaszcza, jeśli załoga nie miała całkowitej pewności odnośnie prawidłowej kalibracji wysokościomierzy barometrycznych. Ta supozycja nie jest spekulacją wyłącznie hipotetyczną. W transpotowej CASA rozbitej w Mierosławcu oba wysokościomierze barometryczne w kokpicie były skalibrowane inaczej i oba błędnie.
Slady uszkodzeń na drzewach na przedpolu lotniska dość dokładnie informują o ostatnich kilkanastu sekundach lotu maszyny. Drzewa i krzewy ścięte w okolicach 2NDB wskazują, że samolot był wówczas niebezpiecznie blisko ziemi, dotykał jej niemal kołami, osiągając tym samym pułap ok. 12 m poniżej (!) poziomu lotniska, późnej jednak zaczął się płynnie wznosić oddalając się nawet nieco od łagodnie wznoszącego się tam terenu, niestety kilkasetmetrów dalej uszkodził lewe skrzydło na grubym pniu brzozy, co w konsekwencji stało się przyczyną jego niekontrolowanego upadku na ziemię i kompletnej destrukcji. Ten niewyobrażalnie niski pułap lotu mógł być spowodowany różnymi czynnikami, np. wadliwym działaniem urządzeń pokładowych, błędną kalibracją wysokościomierzy barometrycznych wg wskazań ciśnienia na lotnisku, itp., niemniej i tu najbardziej prawdopodobna przyczyna łączy się z przypuszczalnym brakiem doświadczenia załogi w wykonywaniu lotów bez widoczności w oparciu o nieprecyzyjne pomoce nawigacyjne. Loty takie wymagają doskonałej i bezbłędnej współpracy wszystkich członków załogi. Jeden z pilotów prowadzi maszynę wg wskazan sztucznego horyzontu i radiokompasu, drugi podaje wartość prędkości postępowej i opadania oraz pułapu, mechanik operuje silnikami i mechaniką płata, a radiooperator przekazuje odlegość do progu pasa przekazywaną przez operatora radaru lotniskowego oraz ewnetualne jego komendy korekcyjne. Chwilowe oderwanie wzroku od wskazań przyrządów w celu poszukiwania ziemi przez któregokolwiek członka załogi, który nie został do tej oberwacji wyznaczony, jest skrajnie niebezpieczne i już po kilku sekundach może się stać przyczyną wypadku. Załoga samolotu CASA rozbitego w Mierosławcu przestała uważnie śledzić przyrządy pokładowe na co najmniej 9 s. przed zderzeniem z ziemią, której uparcie wpatrywała, tracąc jednocześnie świadomość narastającego przechyłu bocznego (w końcowej fazie lotu wnosił on 72 stopnie) i pogłębiającego się nachylenia dziobem ku ziemi.
Lądujący Tupolew pokonuje dystans rzędu 400 m w ciągu 7 sekund, co po odliczeniu 1 sek. na wzrokową analizę obrazu i kolejnej sekundy na podjęcie decyzji daje tylko 5 sek. na wykonanie koniecznego manewru, co na tym typie maszyny oznacza, że skuteczne wykonanie jakiegokolwiek manewru jest już wtedy praktycznie niemożliwe, wyjąwszy być może drobne manewry z użyciem steru wysokości. Prędkość opdania przy jakiej w takich warunkach może się powieść przyzieminie musi być znacząco mniejsza od przewidzianej w karcie lotniska (2,6 m/s), a to oznacza, że ścieżka zejscia obrana przez załogę musiała być znacznie bardziej płaska o regulaminowej, co w praktycze oznacza konieczność pokonania jej na niewielkim pułapie. Niewielki błąd manewrowy bądź nawigacyjny (telemetryczny) w takich warunkach mógł doprowadzić do tragedii.
Jedną z przyczyn nieudanego manweru poderwania samolotu przed zbliżającą się ziemią była konstrukcja i właściwości lotne Tu-154M. Załoga poderwała maszynę i najprawdopodobniej zwiększyła także ciąg silników, jednak w trakcie uzyskiwania lotu wznoszącego doszło do licznych uszkodzeń maszyny w wyniku kolejnych zderzeń z drzewami, spośród których uderzenie końcówką lewego skrzydła w pień grubej brzozy okazało śmiertelne. Fotografie wykonane na miejscu zdarzenia przez rosyjskiego dziennikarza Sergieja Amielina dokumentują, że górna część pnia nie oddzieliła się od dolnej w wyniku uderzenia skrzydłem, a jedynie uległa przełamaniu, a to oznacza, że znaczna część energii kinetycznej maszyny w czasie tego kontaktu została przekazana prawem interakcji na skrzydło doprowadzając do oderwania jednej trzeciej skrzydła wraz z lotką. Łamanie skrzydła wytworzyło zapewne dodatkowe siły aerodynamiczne na lewym płacie. Załoga straciła w tym momencie pełną kontrolę nad maszyną, a ta najprawdopodobniej wykonała gawałtowne pół beczki w lewo oddchodząc w lewo z linii lotu a następnie ze zdwojonym impetem uderzając w ziemię w locie odwróconym. Ostry kąt uderzenia przednią i górną częścią kadłuba o nierówne, zalesione i bagniste podłoże przyczynił się do natychmiastowego rozerwania struktury kadłuba, w wyniku czego doszdło gwałtownego wytracenia energii kinetycznej samolotu. Szczątki rozrzucone są na stosunkowo niewielkim obszarze o długości mniejszej niż 150 m.
Konstrukcja maszyny miała niekorzystny wpływ na skalę zniszczeń. O ile znaczne oddalenie silników od zbiorników z paliwem mogło radykalnie zmiejszyć niebezpieczeństwo pożaru, bo gorące elementy silników miały utrudniony kontakt z paliwem znajdującym się w zbiornikach skrzydłowych, o tyle umiejscowienie silników w tylnej częci kadłuba przyspieszyło proces gwałtownej destrukcji kadłuba. Po przekroczeniu krytycznej wartości naprężeń skorupowa struktura kadłuba wykonanego z duraluminium traci stabilność i rozpada się nie wyniku gięcia i zgniatania blach (jak w przypadku stalowych konstrukcji nadwozi aut), ale przez ich pękanie i rozrywanie. Ciężkie silniki umiejscowione w tyłu kadłuba przyspieszyły ten proces.
Konstrukcja i własności lotne maszyny trudniły także wykonanie samego manewru poderwania przed zderzeniem z ziemią. Mimo zaawansowanej mechanizacji płata Tu-154 jest wyposażony w trzy dwuprzepływowe silniki turboodrzutowe niskiego przepływu D-30KU-154, które charakteryzują się gorszą danamiką i wydajnością niż nowoczesne silnki turbowentylatorowe, ponadto ten potrójny układ napędowy umieszczony jest w ogonie samolotu, a więc stosunkowo daleko za środkiem ciężkości, co powoduje pewne opóźniena w wykonawaniu manwerów pionowych. Silniki umieszone w ognie są nie tylko ciężke, ale także posiadają znaczną bezwłaność żyroskopową za sprawą szybkoobrotowych sprężarek i turbin. Komenda zwiększenia mocy nie pozwala na tak szybkie zwiększenie ciągu jak w nowoczesnych silnikach turbowentylatorowych, bo wysokoobrotowe turbiny obu stopni potrzebują więcej czasu na uzyskanie właściwej prędkości, a ponadto z racji swego umiejscowienia w pobliżu osi podłużnej wytwarzają wtedy znaczny moment obrotowy, który mógł być jedną z przyczyn przechylenia samolotu na lewe skrzydło w krytycznej fazie lotu.
Sciągnięcie wolantu w czasie lotu na ścieżce schodzenia, a więc przy konfiguracji płatowca do lądowania, nie powoduje natychmiastowego zwiększenia pułapu, ale raczej dalsze opadanie samolotu, które może trwać aż do uzyskania nieco większej prędkości postępowej. Nowoczesne liniowce są pozbawione tych wad, bo silniki umieszczone pod skrzydłami znajdują się stosunkowo blisko środka cieżkości w rzucie bocznym, co zmiejsza pionową bezwładność płatowca, a ponadto strumienie gazów wylotowych ich silników umieszonych pod skrzydłami oddziaływują bezpośrednio na skrzydła zwiększając wydajność płata w locie na małych prędkościach, kiedy mechanika płata jest w użyciu. Tupolew był pozbawiony tych wszystkich zalet, można zatem przypuszczać, że Boeing czy Embraer w tych samych warunkach lotu i przy użyciu podobnych komend mógłby nieco łatwiej i nieco szybciej być wyprowadzony z kolizyjnego kursu.
7 maja 2010, aktualizacja 8 i 17 maja
PS. Wszystkim Komentatorom dziękuję za posty. Cztery ostatnie akapity dopisałem jako dopowiedź na niektóre z sygnalizowanych wątpliwości.
