We wcześniejszym wpisie analizowałem kwestię synchronizacji zapisów rejestratora parametrycznego i głosowego, którą to synchronizację komisja Millera przeprowadziła w zdumiewający sposób: przypisując jeden z z trzasków słyszanych w ostatnich sekundach lotu do impulsowego skoku przeciążenia pionowego a to z kolei przypisano uderzeniu lewym skrzydłem w brzozę, która miała skrzydło to oderwać. Warto zauważyć, że przeciążenie poprzeczne według wykresów zawartych w załącznikach do raportu komisji Millera (s. 20, rys. 17) nie wykazuje w tym momencie żadnych anomalii, choć zgodnie z raportem MAK (s. 70 wersja anglojęzyczna) w momencie uderzenia jednak wykazuje gwałtowny skok. Jak widać, synchronizacja nie była daleka od perfekcji, a takich nieścisłości jest więcej.
Jeden z trzasków zarejestrowanych w kabinie zestawiony ze skokową zmianą przeciążenia pionowego ma świadczyć o uderzeniu samolotu w brzozę, na której maszyna miała stracić część lewego skrzydła. Oprócz tego rozumowania nie przedstawiono żadnych, bazujących na fizycznych danych dowodów, że rządowy tupolew miał w ogóle kontakt z ową brzozą, nie wspominając nawet czy mógł na niej utracić część lewego skrzydła. Chodzi o analizy próbek drzew (i ich okolic) na obecność fragmentów samolotu, śladów farby czy płynów technicznych, jak i analiz złamań kontrukcji skrzydeł pod tym kątem. W istocie, nie przedstawiono żadnych dowodów, że samolot miał kontakt z którymkolwiek z drzew, w które zgodnie z oficjalną narracją miał uderzać zanim spadł na ziemię. Tego typu badania jednoznacznie przesądziłyby sprawę czy faktycznie samolot uderzał w drzewa, a najpewniej pozwoliłby także zidentyfikować poszczególne fragmenty maszyny biorące udział w kolizjach.
W styczniu 2011 MAK opublikował swój raport, a podczas prezentacji przedstawiono zapis z czarnej skrzynku tupolewa obejmujący ostatnie 20 minut. Zapis ten został następnie w skompresowanej formie upubliczniony w Internecie. Poniższy tekst koncentruje się głównie na dwóch aspektach związanych z tym zapisem:
- Próbie uchwycenia przydzwięków sieci (zarówno tupolewa, jak i naziemnej)
- Korelacji pomiędzy szumem tła a poziomem pracy silników i szumów aerodynamicznych.
Próbki do analiz dzwięków tła pobierane były z tych fragmentów lotu, które niezakłócone były rozmowami w kabinie i radiowymi czy dzwiękami pokładowej elektroniki.
Przydźwięki sieci
Spektrogram szumu tła, niezakłócony innymi dzwiękami wygląda następująco (kilkusekundowa próbka pobrana z czasu zapisu około 60:22 UTC zaraz na początku upublicznionego zapisu – kliknij, by powiększyć):
Ten generalny wzorzec szumu tła został potwierdzony przez porównanie kilkudziesięciu innych próbek z różnych miejsc zapisu. Zwracają uwagę ciągnące się na poszczególnych częstotliwościach smugi sugerujące dzwięki okresowe. W istocie, niektóre tego typu smugi ciągną się przez cały zapis. Histogram domeny częstotliwościowej dla tej samej próbki lepiej pokaże charakterystykę dzwięku (kliknij, by powiększyć):
Tu wyraźniej widać częstotliwości szumów okresowych: pierwsza grupa to szumy w zakresie niższych częstotliwości (500-800 Hz) druga w zakresie 1400-2000 Hz i wreszcie ostry grzbiet w okolicach 2500 Hz.
Główna sieć Tu-154M to układ zasilania elektrycznego trójfazowym prądem zmiennym o napięciu 115/200 V i stałej częstotliwości 400 Hz. Naturalnym więc miejscem na szukanie przydźwięku sieci tupolewa są częstotliwości zakresu 400 i jej harmonicznych – zwłaszcza pierwszej, czyli 800 Hz. Poniżej pełne spektrum (czerwony kolor) z nałożonym zakresem oczekiwanych szumów (czarny kolor) wraz z ich harmonicznymi (kliknij, by powiększyć):
Odfiltrowany zakres to 397-403 Hz wraz z jego harmonicznymi. Jak widać, przydźwięk sieci jest wyraźny, choć nie jakiś zagłuszający czy dominujący. Wyższe harmoniczne oraz być może ton podstawowy wzmacniany jest także przez interferujące szumy tła z innych źródeł. Pierwszy większy szczyt amplitudy pojawia się dopiero na częstotliwości ponad 430 Hz.
Znana była kwestia szumów moskiewskiego prądu nagranych na przekazanych nam kopiach zapisów czarnych skrzynek, którego częstotliwości nie mogły ustalić siły polskiej ambasady w Moskwie i trzeba było oficjalnego wniosku o pomoc prawną w tej sprawie. Naturalnym obszarem do jego poszukiwań będą częstotliwości sieci naziemnej: 50 Hz i pierwsza harmoniczna, czyli 100 Hz. I tu niespodzianka: w upublicznionych nagraniach przydźwięki na tych częstotliwościach są praktycznie zerowe, jak to widać na zawężonym do tego obszaru histogramie (kliknij, by powiększyć):
Albo więc częstotliwości te zostały odfiltrowane, albo moskiewski prąd ma nieznane bliżej właściwości, albo przy odczycie i zapisie analogowego sygnału na cyfrowy użyto mechanizmów eliminujących przydźwięk sieci, albo strona polska otrzymała kopie z „niespodzianką” w postaci ekstra szumu nieobecnego w oryginalnym odczycie, którym posługiwał się MAK.
Szum silników
Logicznym założeniem wydaje się być, że na nagraniu z kokpitu powinny zostać uchwycone dźwięki silników oraz szumy aerodynamiczne. Nawet skompresowany materiał z połączonymi wszystkimi kanałami zapisu mógł przechować tego typu dźwięki. Zweryfikować to można przez porównanie sygnałów z różnych fragmentów lotu i zestawienie tego z poziomem mocy silników odzwierciedlonego w zapisach skrzynki parametrycznej. Poniżej wykres reprezentujący poziom obrotów pędni niskiego ciśnienia w silnikach z 68 stony raportu MAK wersji angielskiej:
Zestawienie różnych fragmentów lotu przy różnych poziomach pracy silników i różnej prędkości samolotu z odpowiednimi fragmentami zapisów z kabiny pilotów powinna wykazać jakiś rodzaj korelacji. Analiza porównawcza takich fragmentów faktycznie tego typu korelację ukazuje. Poniżej nałożone na siebie trzy histogramy z różnych fragmentów lotu przy różnym poziomie pracy silników. Czerwony to znany wyżej spektrogram z początku upublicznionego zapisu (06:22 UTC): poziom obrotów pędni niskiego ciśnienia silników około 60% prędkość samolotu około 550 km/h. Czarny pochodzi z następnego okresu lotu, kiedy piloci rozpoczęli kolejną fazę zniżania – obroty pędni niskiego ciśnienia około 45% prędkość około 550 km/h (06:27). I wreszcie sygnał niebieski pochodzi z końcowego okresu lotu przy mocy sprężarek około 30% i prędkości lotu około 300 km/h (06:40:20). Próbki ciągłe, 2-3 sekundowej długości pobrane z miejsc niezakłóconych innym rodzajem komunikacji, dźwięków czy szumów (kliknij, by powiększyć).
Jak widać, istnieje wyraźna korelacja pomiędzy mocą silników, a amplitudą sygnału. Niższe częstotliwości pozostają relatywnie stabilne. Cokolwiek również było źródłem sygnału na częstotliwości około 2500 Hz wydaje się on być niewrażliwy na zmiany parametrów lotu. Fluktuje on okresowo w amplitudzie i w częstotliwości, ale nie są to duże różnice. Odfiltrowany, na odsłuchu sygnał z tych częstotliwości przypomina dość cieńki pisk. Może tu się podział przydźwięk moskiewskiego prądu? Splot całkowy sygnału pierwszego (najsilniejszego) z drugim wygląda następująco (kliknij, by powiększyć):
Najsilniejsza korelacja występuje właśnie na częstotliwościach około 2500 Hz. Znacznie bardziej obiecująco wyglądają częstotliwości w zakresie 1400-2200 Hz. Te wydają się być najwrażliwsze na zmiany parametrow lotu. Dalsze analizy skoncentrowane są zatem przede wszystkim na zakresie 1470-2100 Hz.
Końcowa faza lotu obfitowała w szereg zmian mocy silników (kontrolowanych przez automat ciągu). Przykładowo około 06:36:40 obroty pędni niskiego ciśnienia silników wzrosły w ciągu kilku sekund od niecałych 40 do blisko 80% czemu odpowiada zapis dzwięku z kokpitu. Poniżej sygnał z tego okresu:
Nawet bez specjalnych analiz widać wyraźny wzrost amplitudy. Poniżej spektrogram w funkcji czasu w zakresie około 1400-2200 Hz (kliknij, by powiększyć):
Również zmiany mocy silników w okolicach dalszej radiolatarni znajdują odzwierciedlenie w zapisie z kabiny pilotów. Po ustaniu sygnału radiolatarni moc silników w ciągu kilku sekund spadła z ponad 60 do ponad 30%:
Idąc dalej tym tropem można pokusić się o przeanalizowanie sygnału z ostatnich sekund lotu w kontekście szumu tła. Zgodnie z wykresami bazującymi na zapisach parametrycznych czarnych skrzynek, samolot zniżał się z dwukrotnie większą od rekomendowanej prędkością opadania. Załączniki do raportu Millera (s. 31) podają, że aż do momentu gwałtownej reakcji pilotów o godz. 08:40:55,5 obroty pędni niskiego ciśnienia ciśnienia silników nr 1, 2 i 3 wynosiły odpowiednio 41,9%, 38,6%, 45,2% (co odpowiada w przybliżeniu zakresowi nieznacznie powyżej „małego gazu”). Gdy o godz. 08:40:59,375 samolot zderzył się końcówką lewego skrzydła z dużą brzozą, obroty pędni niskiego ciśnienia silników nr 1, 2, 3 zdążyły wzrosnąć do wartości odpowiednio 68,1%, 61,9%, 68,6%.
Czy nagranie z kabiny pilotów zarejestrowało wzmocnienie szumu tła jako pochodnej wzrostu mocy silników? Poniżej spektrogram dźwięku z ostatnich sekund lotu z zaznaczonymi miejscami pobrania próbek sygnału i opisem końcowych sekund (kliknij, by powiększyć).
Niebieska linia to moment, gdzie wedle zapisów parametrów lotu dźwignie sterowania silnikami przestawione zostały na pozycję startową. Sekundę wcześniej gwałtownie zadarty został nos samolotu. Czerwona linia oznacza moment uderzenia w pancerną brzozę i – według oficjalnej narracji – utratę części lewego skrzydła. Strzałki wraz z opisem pokazują miejsca pobrania próbek, każda długości 0,2-0,4 sekundy. Próbowałem znaleźć miejsca maksymalnie wolne od innych dźwięków, jak alerty TERRAIN AHEAD czy inne głosy z kabiny pilotów. Analizowane były przede wszystkim częstotliwości z zakresu 1470-2100 Hz jako najbardziej wrażliwe na zmiany szumów tła, jak to pisałem powyżej. Poniżej wykres średniej kwadratowej amplitudy sygnału z próbek (kliknij, by powiększyć):
Zwraca uwagę kilka rzeczy. Średnia kwadratowa sygnału pierwszych siedmiu próbek jest mniej więcej ta sama. Pochodzą one z przedziału 6 sekund (6:40:43-06:40:50), gdy samolot leciał nad opadającym zboczem jaru. Kolejne cztery próbki pokazują wyraźny wzrost mocy sygnału – pojawia się także mocniejszy sygnał na niższych częstotliwościach. Wzmocnienie szumu tła trwa około 3 sekund i pojawia się około 3 sekundy przed informacją nawigatora o osiągnięciu wysokości 100 metrów i tyle samo przed komendą pierwszego pilota „Odchodzimy na drugie” (6:40:52). W tym czasie samolot leciał nad niecką jaru i nadlatywał nad wznoszący się stok. Wzrostowi mocy sygnału akustycznego odpowiada niewielki wzrost mocy silników w tym czasie oraz początkowi zmiany kąta pochylenia samolotu (nos maszyny zaczynał iść w górę). Nastąpiły wtedy także niewielkie przechyły samolotu na skrzydła. Wykresy parametrów lotu z raportu MAK (s. 69-70 wersji angielskiej) ukazują w tym czasie niewielki wzrost mocy silników od około 34% do 43%.
Ten niewielki przyrost mocy silników jest pozostawiony bez jakiegokolwiek komentarza zarówno w raporcie MAK, jak i Millera. W tym czasie następuje również zmiana kąta pochylenia samolotu – dziób maszyny stopniowo unosi się coraz wyżej. Jest to efektem stopniowego podciągania przez pilota wolantu. Załączniki do raportu Millera (s. 23) stwierdzają, że:
Po zadziałaniu sygnalizacji wysokości ustawionej na RW nastąpiło niewielkie przemieszczenie kolumny wolantu (na siebie) bez odłączenia zakresu automatycznego sterowania – układ ABSU zareagował korektą wysunięcia trzonu mechanizmu RA-56 w kanale podłużnym.
W istocie, podciąganie kolumny wolantu oraz niewielki wzrost mocy silników zaczynają się wcześniej, jak podają wykresy z raportu MAK. Jak wynika z powyższego cytatu zdaniem komisji Millera pilot bawił sie z systemem ABSU (autopilotem) w rodzaj „gonitwy w berka”: pilot podciągał wolant, co autopilot kontrował przeciwną reakcją. Pomimo tego mocowania się „kto kogo” kąt pochylenia samolotu zaczyna płynnie wzrastać – w tym samym czasie, gdy zarejestrowany jest mocniejszy sygnał szumu tła. Czy jest on spowodowany zmianami wspomnianych parametrów, a te z kolei czy mogą świadczyć o początku manewru odejścia? Na to nie wskazywałaby amplituda kolejnych sygnałów, która powraca do początkowych wartości ani wykresy mocy silników z FDR – nie wzrastają one odpowiednio szybko. Zgodnie z dokumentacją tupolewa opadnięcie samolotu podczas manewru odejścia wykonywanego poprzez autopilota dla różnych początkowych prędkości opadania wynosi odpowiednio (kliknij, by powiększyć):
Wynika z tego, ze orientacyjna głębokość opadania dla prędkości opadania około 8 m/s (a taką miał osiągnąć samolot w tym momencie) wynosi 50 metrów. Z moich obliczeń wynika, że system ABSU przeprowadza manewr odejścia ze średnim przyspieszeniem w pionie 3 m/s2 (0,3 g) – takiego samego dla wszystkich podanych początkowych prędkości opadania. Czas, jaki upłynie od początku manewru odejścia do osiągnięcia minimum (najniższego punktu) trajektorii to odpowiednio:
- 4 sekundy dla początkowej prędkości opadania 3,5 m/s
- 5,7 sekundy dla początkowej prędkości opadania 5 m/s
- 9 sekund dla początkowej prędkości opadania 8 m/s
Ponieważ samolot miał opadać z początkową prędkością pionową około 8 m/s zakładając, że chwilowe wzmocnienie sygnału było początkiem standardowego manewru odejścia, najniższy punkt trajektorii został osiągnięty mniej więcej na początku sygnału bliższej radiolatarnii.
Ciekawie wygląda także amplituda dwóch ostatnich sygnałów – z próbek O i P. Próbka O pochodzi z momentu, gdy milknie w kabinie sygnał dźwiękowy świadczący o przelocie nad bliższą radiolatarnią, prawie 4 sekundy od momentu przestawienia dźwigni sterowania silników na zakres startowy i 5 sekund od gwałtownego zadarcia nosa maszyny. Mimo spodziewanego wzrostu szumu tła, pochądzącego zarówno od rozpędzających się silników, jak i szumów aerodynamicznych amplituda sygnału szumu tła pozostaje niska i podobna do tej z początkowych próbek. Amplituda ostatniej próbki P z momentu już rozpadania się samolotu jest wyższa, ale dużą rolę grają tu trzaski, które – choć w tym momencie słabsze – ciągną się poprzez zakres częstotliwości i nakładają się na szum tła. W tym momencie obroty pędni niskiego ciśnienia silników miały przekroczyć 80% a samolot tracił sterowność lecąc już z bardzo mocnym przechyłem.
Wnioski
Analiza szumu tła ukazuje wyraźną korelację pomiędzy poszczególnymi fazami lotu szumem tła. Można założyć, że korelacja ta pochodzi od zmian mocy silników, jak i szumów aerodynamicznych generowanych przez samolot, co potwierdzają odpowiednie parametry lotu. Amplituda szumu tła z ostatnich sekund lotu nie potwierdza gwałtowności manewru, gdy piloci próbowali wyprowadzić samolot z opadania. Wzmocnienie szumu tła tuż przed nalotem maszyny nad wznoszący się stok jaru jest czasowo skorelowane z niewielkim wzrostem mocy silników zarejestrowanym w parametrycznych czarnych skrzynkach, jak i zmianą kąta pochylenia samolotu. Czy jest też skorelowane przyczynowo? Niedawno Instytut Analiz Sądowych z Krakowa po półtora roku pracy przesłał do prokuratury analizę kopii odczytów czarnych skrzynek. Tam tego typu pytania także powinny być postawione.
Komentarze
Pokaż komentarze (97)