Czy MCAS był błędem projektowym Boeinga?

MCAS (Maneuvering Characteristics Augmentation System) to system poprawy charakterystyk manewrowych używany w samolotach Boeing 737 MAX.
Pomysł na to rozwiązanie wynikał przede wszystkim ze zmian w konstrukcji samolotu, zwłaszcza związanych z montażem większych i bardziej wydajnych silników.

Boeing zdecydował się na użycie większych silników CFM International LEAP-1B w modelach 737 MAX, aby zwiększyć efektywność paliwową i zmniejszyć emisje. Miały one większą średnicę niż te używane w poprzednich 737 NG (Next Generation).

Niestety, okazało się, że LEAP-1B są zbyt duże i mogłyby ocierać się o nawierzchnię drogi startowej. Dlatego zostały umieszczone wyżej i bardziej z przodu na skrzydłach, co nieznacznie zmieniło aerodynamikę samolotu i przesunęło środek masy. W skrócie, zmiana ta mogła wpłynąć na charakterystykę lotu, szczególnie przy dużych kątach natarcia, gdzie mogło dojść do tendencji do kabrowania (pitch-up), prowadzącego do przeciągnięcia.

Aby zachować podobne właściwości lotne jak w starszych wersjach 737, unikając konieczności przechodzenia przez kosztowne i czasochłonne procesy ponownej certyfikacji oraz szkolenia pilotów, Boeing zdecydował się na wprowadzenie MCAS. Było to rozwiązanie, które działając automatycznie, bez angażowania uwagi załogi, miało automatycznie korygować zachowania samolotu.

Został on zaprojektowany, aby poprawić charakterystykę lotu modelu 737 MAX, szczególnie w sytuacjach dużego zakresu kąta natarcia (AoA – Angle of Attack), dzięki czemu nowsze modele 737 MAX miały się zachowywać podobnie do starszych wersji 737 podczas manewrów, takich jak przeciągnięcie.

Gdy czujnik wykrywał zbyt duży kąt natarcia, system interpretował to jako początek przeciągnięcia i automatycznie wychylał ster wysokości w dół, generując moment pochylający nos samolotu (nose-down pitch). Celem takiego działania było zwiększenie prędkości zapobiegające utracie siły nośnej.

W latach 2018 i 2019 doszło do dwóch katastrof lotniczych, w następstwie których wszystkie samoloty Boeing 737 MAX zostały uziemione na całym świecie.

Katastrofa lotu Lion Air 610 była pierwszym z dwóch tragicznych wydarzeń, które miały bezpośredni wpływ na przyszłość Boeinga 737 MAX. Samolot rozbił się zaledwie 13 minut po starcie z Międzynarodowego Portu Lotniczego Soekarno-Hatta w Dżakarcie. Główną przyczyną tej tragedii było nieprawidłowe działanie systemu MCAS.

Zaczęło się od problemów z czujnikami kąta natarcia, co spowodowało, że system wielokrotnie i niekontrolowanie pochylał nos samolotu. Piloci walczyli o kontrolę nad maszyną, ale nie byli w pełni świadomi, co jest przyczyną ich problemów, ponieważ nie mieli wystarczającego szkolenia na temat tego rozwiązania.

Zaledwie pięć miesięcy po pierwszym wypadku, kolejny 737 MAX 8, tym razem należący do Ethiopian Airlines, uległ katastrofie krótko po starcie z Addis Abeby.

Podobnie jak w przypadku Lion Air, powodem było błędne działanie MCAS z powodu nieprawidłowych odczytów z czujnika AoA. Pomimo starań załogi, samolot rozbił się, co spowodowało śmierć wszystkich na pokładzie.

Przyczyną były błędne informacje przesyłane z pojedynczego czujnika kąta natarcia. System otrzymywał informację o unoszeniu się nosa samolotu (co de facto nie miało miejsca), w związku z tym starał się wytrymować samolot do pozycji poziomej. W rzeczywistości obniżał nos samolotu. Działania pilotów mające na celu wyrównanie lotu były również odczytywane jako unoszenie przodu maszyny.

Boeing nie uwzględnił informacji o MCAS w dokumentacji dostarczanej liniom lotniczym i pilotom, co oznaczało, że załogi nie były świadome istnienia tego systemu ani jego działania.

System nie miał dedykowanego przycisku wyłączającego. Piloci mogli go dezaktywować, stosując ogólne procedury odłączania elektrycznego układu trymowania (Electric Trim), co nie było bezpośrednio zaznaczone jako sposób na dezaktywację MCAS.

Po wyłączeniu stabilizatora istniała możliwość, że system mógłby się ponownie włączać w odpowiedzi na błędne odczyty czujnika AoA, jeśli piloci nie zastosowaliby odpowiednich procedur, aby utrzymać go w stanie wyłączonym. Nie było jasnej, natychmiastowej informacji zwrotnej dla pilotów, że MCAS może się reaktywować.

Po tragediach wątpliwości co do bezpieczeństwa 737 MAX stały się globalnym problemem. Na całym świecie agencje lotnicze, w tym FAA (Federal Aviation Administration) w USA, podjęły decyzję o uziemieniu wszystkich samolotów nowych wersji 737. Był to bezprecedensowy krok, który dotknął setki samolotów i tysiące lotów.

Boeing został zmuszony do gruntownej rewizji systemu, wprowadzenia zmian w oprogramowaniu, dodatkowych czujników AoA w celu zapewnienia nadmiarowości systemu, oraz intensywnych szkoleń dla pilotów. Proces certyfikacji samolotów został ponownie otwarty, a amerykański koncern musiał udowodnić, że poprawiona maszyna jest bezpieczna.

Katastrofy te mocno nadszarpnęły reputację Boeinga, jego sytuację finansową oraz zaufanie do procesów certyfikacyjnych i projektowych w całym przemyśle lotniczym. Wydarzenia te wpłynęły również na postrzeganie bezpieczeństwa lotniczego przez pasażerów i wywołały szeroką dyskusję na temat roli automatyzacji oraz miejsca pilota we współczesnym kokpicie.