JAL 123, mỏi vật liệu và trách nhiệm còn ở lại sau mỗi quyết định kỹ thuật
Trên những mảnh vách áp suất được thu hồi sau tai nạn, đường gãy chạy men theo một hàng lỗ đinh tán. Từ những dấu vết ấy, các nhà điều tra lần ngược về quá trình những vết nứt mỏi hình thành, lớn dần rồi nối với nhau, cho đến khi kết cấu không còn chịu nổi áp suất trong một chuyến bay. Mảnh kim loại đã vỡ, nhưng dấu vết của những gì từng xảy ra với nó vẫn còn.
Đó là một phần vách áp suất phía sau chiếc Boeing mang số đăng ký JA8119, chiếc máy bay đã tiếp tục cất cánh và hạ cánh suốt hơn bảy năm sau một lần sửa chữa. Trong khoảng thời gian ấy, những chuyến bay bình yên có thể khiến người ta tin rằng tổn thương cũ đã được khắc phục; bên trong mối nối, quá trình hư hỏng lại âm thầm tiến triển theo một nhịp khác, gắn với những lần kết cấu chịu tải.
Câu chuyện của chuyến bay JAL 123 vì thế không chỉ nằm trong những phút cuối cùng trên bầu trời. Muốn hiểu điều đã xảy ra, phải lần từ bề mặt gãy ấy trở về một ngày mùa hè năm 1978, khi chiếc máy bay còn nằm trên mặt đất và một mối nối vẫn đang ở trong tầm tay con người.
Một mối nối không còn như thiết kế
Ngày 2 tháng 6 năm 1978, chiếc JA8119 bị va đuôi khi hạ cánh xuống sân bay Osaka. Cú va làm hư hại phần kết cấu phía sau, trong đó có vách áp suất ngăn khoang được điều áp với phần đuôi không được điều áp của máy bay. Đó không phải một vách ngăn chỉ để chia không gian, mà là bộ phận phải giữ được chênh lệch áp suất giữa hai phía trong suốt chuyến bay.
Có thể hình dung vách ấy như đáy cong của một bình chịu áp suất lớn. Khi máy bay lên cao và khoang hành khách được duy trì ở áp suất thích hợp, chênh lệch áp suất tạo tải lên vách; khi máy bay hạ xuống, tải ấy giảm đi. Bởi vậy, công việc của kết cấu không kết thúc sau một lần chịu lực: nó phải tiếp tục làm việc qua rất nhiều lần tăng tải rồi dỡ tải, trong những điều kiện mà hành khách ngồi phía trước gần như không cảm nhận được.
Sau vụ va đuôi, đội sửa chữa của Boeing thực hiện công việc khôi phục kết cấu. Tại mối nối giữa phần vách cũ và phần thay mới, phương án sửa chữa yêu cầu một tấm nối liền với bố trí đinh tán để tải trọng được truyền đúng giữa các phần vật liệu; hai hàng đinh tán phía trên có nhiệm vụ cùng chia sẻ tải. Nhưng trong quá trình thi công, tấm nối đã bị chia thành hai phần, khiến một phần mối ghép không còn làm việc theo phương án được phê duyệt.
Thoạt nhìn, sự khác biệt ấy nằm ở cách ghép những tấm kim loại. Trong cơ học kết cấu, nó lại nằm ở một việc quan trọng hơn: lực đã phải đi theo một con đường khác. Tải trọng lẽ ra được chia qua hai hàng đinh tán nay chủ yếu truyền qua một hàng; phần vật liệu quanh các lỗ đinh tán ấy vì thế phải chịu trạng thái ứng suất bất lợi hơn mỗi khi vách được đặt dưới tải.
Điều khiến sai lệch khó bị nhận ra là lớp chất làm kín che phần khe giữa các tấm nối, làm cho cấu hình thực tế nhìn từ bên ngoài gần giống một mối sửa chữa đúng. Đây không chỉ là khoảng cách giữa điều mắt thấy và điều nằm khuất, mà còn là khoảng cách giữa một kết cấu có vẻ đã được khôi phục với một kết cấu thực sự làm việc đúng như dự kiến.
Chiếc máy bay trở lại khai thác, mang theo mối nối ấy qua những chuyến bay tiếp theo. Nó chưa hỏng ngay, và chính quãng thời gian chưa hỏng đã khiến sự khác biệt trong đường truyền lực trở nên khó nhận biết hơn qua kết quả vận hành thông thường. Đối với một kết cấu chịu mỏi, vượt qua được tải trọng hôm nay chưa đủ để trả lời nó sẽ còn chịu được bao nhiêu lần như thế.
Bảy năm bên trong một hàng đinh tán
Theo phần kết luận của báo cáo điều tra, từ lần sửa chữa năm 1978 đến tai nạn, chiếc JA8119 đã thực hiện 12.319 chuyến bay, được thống kê theo số lần hạ cánh. Trong thời gian đó, nhiều vết nứt mỏi hình thành và phát triển chủ yếu ở những phần mối nối chỉ còn một hàng đinh tán truyền tải.
Con số ấy cho thấy vì sao chỉ nói đến bảy năm vẫn chưa đủ để hiểu tuổi đời của một kết cấu. Với vách áp suất, thời gian khai thác còn mang nghĩa của những lần chịu chênh lệch áp suất, những lần ứng suất tăng lên rồi giảm xuống quanh một mối ghép. Máy bay có thể trở về mặt đất sau mỗi chuyến đi, nhưng phần tổn thương đã tích lũy trong vật liệu không vì thế mà trở về trạng thái ban đầu.
Vết nứt mỏi có thể khởi đầu ở mép lỗ đinh tán, nơi ứng suất tập trung. Khi còn rất nhỏ, nó chưa nhất thiết làm thay đổi rõ rệt khả năng làm việc của kết cấu; dưới tải lặp, nó có thể tiếp tục phát triển, làm suy giảm dần phần vật liệu còn đủ khả năng chịu lực. Đến khi những vết nứt quanh các lỗ đinh tán lớn lên và nối với nhau, một vùng tưởng như vẫn nguyên vẹn đã không còn sức chịu tải như trước.
Đó là cơ sở của hình ảnh kim loại có ký ức. Không phải vật liệu nhớ theo cách con người nhớ một khuôn mặt hay một ngày tháng, mà những gì nó đã trải qua có thể để lại dấu vết trong trạng thái hư hỏng và trên bề mặt gãy. Những dấu vết ấy giúp người điều tra đọc lại một phần lịch sử chịu tải, phân biệt quá trình nứt đã kéo dài với sự phá hủy xảy ra ở giai đoạn cuối.
Vách áp suất của Boeing 747 cũng không được thiết kế với niềm tin rằng vết nứt sẽ chẳng bao giờ xuất hiện. Các đai chặn nứt được bố trí để hạn chế sự lan truyền, nhằm giữ hư hỏng trong phạm vi cục bộ thay vì để nó phát triển thành phá hủy trên diện rộng. Triết lý an toàn khi có hư hỏng, thường được gọi là fail-safe, đặt ra yêu cầu rằng kết cấu phải có khả năng hạn chế hậu quả khi một phần của nó không còn nguyên vẹn.
Tuy nhiên, tại vùng sửa chữa của JA8119, nhiều vết nứt đã hình thành, phát triển và nối với nhau, vượt qua sự bảo vệ mà kết cấu được kỳ vọng sẽ cung cấp. Tài liệu tổng kết của Cục Hàng không Liên bang Hoa Kỳ, FAA, còn lưu ý rằng cấu hình đai chặn nứt trên dạng vách cong này chưa được thử nghiệm đầy đủ trong giai đoạn thiết kế. Sai sót sửa chữa vì thế không làm mất đi yêu cầu phải xem xét cả những giả định an toàn của thiết kế.
Ở đây, câu chuyện đã vượt khỏi một tấm nối bị làm khác bản vẽ. Khi thực tế không còn nằm trong những điều kiện mà tính toán và kiểm tra dự kiến, các lớp bảo vệ có thể không làm được công việc người ta giao cho chúng. Khoảng cách ấy đã lớn dần qua nhiều năm, trước khi bộc lộ trên một chuyến bay chở đầy người.
Bốn hệ thống, một vùng tổn thương
Chiều ngày 12 tháng 8 năm 1985, chiếc JA8119 chuẩn bị thực hiện chuyến bay số hiệu 123 từ Haneda đến Osaka. Đó là những ngày cận lễ Obon, dịp người Nhật trở về đoàn tụ và tưởng nhớ tổ tiên. Trên máy bay có 524 người, gồm hành khách và phi hành đoàn; lúc 18 giờ 12 phút, chiếc Boeing cất cánh.
Một chuyến bay như thế không chỉ đưa con người từ sân bay này đến sân bay khác. Nó còn nằm giữa những công việc đang làm, những người thân đang đợi và những dự định sẽ tiếp tục sau khi hạ cánh. Những người lên máy bay không có nhiệm vụ biết một vách áp suất đã được sửa ra sao; phần việc ấy thuộc về những người thiết kế, sửa chữa, bảo dưỡng và cho phép chiếc máy bay tiếp tục khai thác.
Khoảng 18 giờ 24 phút, một tiếng nổ lớn vang lên từ phía sau. Vách áp suất bị phá hủy, để không khí trong khoang được điều áp tràn vào phần đuôi không được thiết kế để chịu sự gia tăng áp suất ấy. Chuỗi hư hỏng tiếp theo phá hủy khu vực quanh bộ nguồn phụ APU, làm mất phần lớn cánh đuôi đứng và gây đứt các đường ống của cả bốn hệ thống thủy lực.
Bốn hệ thống vốn được bố trí để dự phòng cho nhau, nhưng các đường ống của chúng lại đi qua cùng một vùng kết cấu ở phía đuôi. Khi vùng đó bị phá hủy, sự riêng biệt giữa các hệ thống không ngăn được chúng cùng mất khả năng làm việc. Chiếc Boeing vẫn còn lực đẩy từ các động cơ, trong khi khả năng điều khiển bằng những bề mặt lái đã bị tổn hại nghiêm trọng.
Đây là điều người làm kỹ thuật gọi là hư hỏng do nguyên nhân chung: nhiều hệ thống có thể độc lập về chức năng nhưng vẫn cùng chịu tác động của một sự cố. Bốn đường thủy lực không tạo thành bốn cơ hội bảo vệ trọn vẹn nếu một vùng hư hại có thể làm mất cả bốn. Khi xem xét dự phòng, vì thế, không thể chỉ đếm số hệ thống còn có thể thay thế nhau, mà phải tìm cả những điểm yếu chúng vẫn cùng phụ thuộc.
Trên sơ đồ, người kỹ sư có thể lần theo từng nhánh và nhìn thấy nơi chúng cùng đi qua. Trong buồng lái chiều hôm ấy, tổ lái phải đối diện với hậu quả khi các nhánh ấy đã bị cắt đứt, giữa một chiếc máy bay đang mất ổn định và không còn đáp lại thao tác điều khiển như trước.
Ba mươi hai phút trên bầu trời
Sau tiếng nổ, chiếc JA8119 tiếp tục bay trong những dao động dọc và ngang-hướng: nó lên xuống, lắc nghiêng và chao lệch hướng, trong khi những thao tác trên cần lái không còn tạo được đáp ứng bình thường. Tổ lái tìm cách tác động đến quỹ đạo bằng việc thay đổi lực đẩy động cơ, cố giành lại khả năng điều khiển rất hạn chế trong tình trạng các phương tiện điều khiển chính đã mất.
Thay đổi lực đẩy để ảnh hưởng đến đường bay không thể thay thế đầy đủ cho hệ thống điều khiển đã hư hỏng. Tổ lái phải ứng phó với những chuyển động liên tiếp của một chiếc máy bay mất ổn định, trong hoàn cảnh mà những gì họ có thể làm không còn tương xứng với những gì tình thế đòi hỏi. Báo cáo điều tra nhận định rằng họ đã rơi vào một tình huống vượt ngoài phạm vi huấn luyện và kinh nghiệm, đồng thời không thể hiểu đầy đủ mức độ hư hại của máy bay khi đang cố giữ nó ổn định.
Chiếc máy bay còn ở trên không khoảng ba mươi hai phút sau khi sự cố xảy ra. Trong khoảng thời gian ấy, tổ lái tiếp tục tìm cách ứng phó với một chuỗi hư hỏng mà họ không thể sửa chữa từ buồng lái. Mối nối làm sai đã nằm lại ở phía sau nhiều năm; vách áp suất đã vỡ, phần đuôi đã bị phá hủy và những đường thủy lực cần thiết cho việc điều khiển không còn nguyên vẹn.
Khoảng 18 giờ 56 phút, chiếc Boeing đâm vào sườn núi ở tỉnh Gunma, trong khu vực được biết đến với tên gọi Osutaka. Trong số 524 người trên máy bay, chỉ có bốn người sống sót.
Năm trăm hai mươi người đã không trở về.
Nhìn lại những phút cuối ấy, sự kính trọng dành cho nỗ lực của tổ lái không thể tách khỏi một câu hỏi đối với người làm nghề ở mặt đất. Khi những người trong buồng lái phải tìm từng khả năng còn lại để giữ máy bay trên không, nhiều cơ hội ngăn chặn hư hỏng đã nằm ở phía sau, trong những công việc sửa chữa, kiểm tra và đánh giá an toàn. Không một hệ thống nào nên trông đợi sự tận tụy ở phút cuối có thể bù lại mọi điều đã thiếu trong những năm trước đó.
Sửa một chi tiết, giữ lại một đường truyền lực
Sau tai nạn, việc tìm ra hàng đinh tán khởi phát vết nứt không có nghĩa là câu chuyện trách nhiệm đã được giải quyết. Từ cú va đuôi đến mối sửa chữa không đúng, từ quá trình nứt mỏi không được phát hiện đến sự phá hủy phần đuôi và mất các hệ thống thủy lực là cả một chuỗi. Dừng việc tìm hiểu ở người thực hiện một thao tác sẽ bỏ lại những câu hỏi về cách công việc được hướng dẫn, giám sát, kiểm tra và đặt trong toàn bộ hệ thống an toàn.
Nhìn nhận như vậy không làm nhẹ trách nhiệm cá nhân; nó khiến trách nhiệm trở nên cụ thể hơn ở từng công đoạn. Người thiết kế phải hiểu những điều kiện để phương án của mình làm việc đúng, người thi công phải nhận ra giới hạn của những thay đổi tại hiện trường, còn người kiểm tra phải có điều kiện và phương pháp để phát hiện sai lệch. Trách nhiệm của tổ chức là nối được các phần việc ấy với nhau, thay vì để một thay đổi quan trọng đi qua mà không được đánh giá lại.
Bài học đầu tiên của mối nối trên JA8119 nằm ngay trong cách hiểu về sửa chữa. Đưa một chi tiết trở lại hình dạng cũ chưa chắc đã đưa nó trở lại trạng thái làm việc cần có, bởi phía sau hình dạng còn là đường truyền lực, độ cứng, trạng thái ứng suất, chất lượng bề mặt và khả năng chịu mỏi. Một mối hàn có bề ngoài đẹp vẫn có thể thiếu ngấu; một chi tiết đã lấy lại kích thước vẫn có thể mang vết xước hoặc ảnh hưởng nhiệt làm bất lợi cho tuổi thọ.
Bởi vậy, trước một thay đổi so với phương án sửa chữa, câu hỏi không nên dừng ở việc có lắp được hay không. Cần hiểu sự thay đổi ấy làm lực đi qua kết cấu thế nào, vùng nào phải chịu thêm tải, khả năng chịu mỏi bị ảnh hưởng ra sao và những bộ phận bảo vệ còn thực hiện đúng chức năng hay không. Một giải pháp thuận tiện cho thi công chỉ có thể được chấp nhận khi những hệ quả kỹ thuật của nó đã được xem xét, chứ không phải vì sau khi lắp xong, mọi thứ vẫn trông như cũ.
Để những câu hỏi ấy thực sự được đặt ra, người thợ và người kỹ sư cần một môi trường cho phép họ dừng lại khi gặp điều chưa rõ. Chẳng hạn, nếu một tấm nối không thể lắp đúng phương án, việc báo lại khó khăn phải được nhìn nhận là một phần của làm đúng nghề, chứ không phải sự cản trở cần vượt qua bằng một cách xử lý tại chỗ. Câu hỏi từ người đang trực tiếp làm việc với kết cấu phải có đường trở về nơi đủ năng lực đánh giá và quyết định.
Trong hoàn cảnh ấy, lòng yêu nghề không chỉ thể hiện ở khả năng giải quyết nhanh một việc khó. Nó còn thể hiện ở sự trung thực khi chưa biết chắc, ở việc ghi lại một sai khác thay vì để nó chìm đi, và ở quyết định chưa đặt chữ ký khi cơ sở chấp nhận vẫn chưa đủ. Những việc này ít tạo ra một khoảnh khắc được chú ý, nhưng có thể quyết định cách một kết cấu làm việc rất lâu sau khi người thực hiện đã rời xưởng.
Để người đến sau còn biết
Ngay cả khi một mối sửa chữa đã được hoàn thành, trách nhiệm đối với nó cũng không kết thúc ở lần nghiệm thu. Qua thời gian khai thác, kết cấu cần được theo dõi bằng những phương pháp có khả năng phát hiện dạng hư hỏng có thể xảy ra. Trong trường hợp JA8119, các vết nứt mỏi đã không được phát hiện qua những lần kiểm tra bảo dưỡng về sau, và điều đó góp phần để chúng tiếp tục phát triển đến mức gây phá hủy vách áp suất.
Khả năng kiểm tra vì thế phải được nghĩ đến ngay khi thiết kế và sửa chữa, không phải đợi đến lúc nghi ngờ hư hỏng mới tìm cách tiếp cận. Một vùng bị che kín, một bề mặt khó quan sát hay một vị trí không thể đưa thiết bị kiểm tra tới đều có thể làm giảm cơ hội nhận ra tổn thương sớm. Người thiết kế không chỉ chuẩn bị cho kết cấu chịu tải hôm nay, mà còn phải giúp người bảo dưỡng của những năm sau có điều kiện biết nó đang thay đổi như thế nào.
Nhưng nhìn được vào kết cấu vẫn chưa đủ nếu người đến sau không biết nơi nào từng bị tổn thương, phần nào đã được thay thế và vì sao một mối nối lại có cấu hình hiện tại. Hồ sơ sửa chữa phải giữ được những thông tin ấy, để lịch sử của chi tiết không mất đi cùng việc bàn giao, thay đổi nhân sự hay kết thúc một dự án. Những gì vật liệu đã trải qua cần có một phần tương ứng trong ký ức kỹ thuật của tổ chức.
Một người có thể chuyển công tác, nghỉ hưu hoặc không còn trực tiếp theo dõi công trình mình từng tham gia, nhưng quyết định của họ vẫn tiếp tục hiện diện trong cách kết cấu chịu lực. Vì thế, ghi chép đầy đủ không chỉ để chứng minh đã làm xong việc; đó còn là cách trao cho người kế tiếp khả năng hiểu đúng, kiểm tra đúng và tiếp tục chăm sóc phần việc đã được giao lại.
Điều giữ cho ký ức ấy có ích không phải chỉ là cất giữ. Theo tài liệu FAA, sau tai nạn đã có những khuyến nghị về bảo vệ kết cấu đuôi, bảo vệ các hệ thống thủy lực và tăng cường kiểm tra để phát hiện nứt mỏi tại nhiều vị trí. Những bài học phải trở thành thay đổi trong thiết kế, bảo dưỡng và kiểm tra thì mới có thể đi tiếp từ hồ sơ của một tai nạn đến sự an toàn của những chuyến bay khác.
Điều mang về từ Osutaka
Trên sườn Osutaka, bia tưởng niệm giữ lại một nơi để thân nhân và những người đến sau tưởng nhớ những người đã mất. Với gia đình họ, chuyến bay 123 không chỉ là một sự kiện trong lịch sử hàng không; đó là nơi một cuộc đời đã bị ngắt lại, còn mối liên hệ với người ở lại thì không thể khép theo ngày xảy ra tai nạn.
Japan Airlines cho biết tại Trung tâm Thúc đẩy An toàn của hãng, những mảnh kết cấu, trong đó có vách áp suất phía sau, được lưu giữ cùng đồ dùng của hành khách và tư liệu về tai nạn. Trung tâm cũng phục vụ việc đào tạo nhân viên, để những người đang làm việc với các chuyến bay hiểu rõ hơn sinh mạng và niềm tin được gửi vào công việc của mình.
Khi mảnh vách áp suất được đặt trong cùng câu chuyện với đồ dùng của hành khách, người xem có thể nhận ra điều mà một sơ đồ kỹ thuật chưa tự nói hết. Ở một phía là mối nối, tải trọng, vết nứt và phương pháp kiểm tra; ở phía kia là những con người không có cách nào tự xem xét thay cho đội ngũ làm nghề. Họ bước lên máy bay bằng sự tin cậy vào phần việc đã được người khác thực hiện trước đó.
Với một sinh viên đang học về mỏi vật liệu, hàng đinh tán trên JA8119 có thể làm thay đổi cách nhìn một bài toán tuổi thọ. Số chu kỳ không chỉ là một dữ liệu để thay vào công thức, cũng như hệ số an toàn không chỉ là một con số cần tính cho đúng đáp án; đằng sau chúng là điều kiện để một chi tiết tiếp tục làm việc mà không đặt người khác vào nguy hiểm. Hiểu cơ chế hỏng không phải để sợ hãi trước máy móc, mà để biết phải dựa vào điều gì khi tin cậy chúng.
Cũng từ đó, việc truyền lửa nghề có một nội dung rất cụ thể: cùng với cách tính, cách vẽ và cách làm ra một chi tiết, cần trao cho người đến sau thói quen hỏi đến tận cùng một dấu hiệu chưa rõ, báo lại điều bất thường và giữ đầy đủ căn cứ cho một quyết định. Niềm vui làm ra một chiếc máy chạy được sẽ bền hơn khi đi cùng sự hiểu biết về điều kiện để nó tiếp tục làm việc an toàn.
Câu chuyện này không đòi hỏi người đọc phải đứng trước một chiếc Boeing mới nhận ra phần việc của mình. Trong một phương án sửa chữa cần xem lại, một mối nối cần kiểm tra hay một hồ sơ phải ghi cho rõ, vẫn có những cơ hội để điều đã biết từ JA8119 không bị bỏ lại trên trang sách. Một mất mát không thể được bù đắp bằng một bài học, nhưng việc học đến nơi đến chốn là phần trách nhiệm người đến sau còn có thể nhận lấy.
Mảnh vách áp suất ở đầu câu chuyện đã không thể giữ lại chuyến bay ấy. Điều nó còn trao được cho người hôm nay là căn cứ để hiểu một hư hỏng đã lớn lên ra sao, và lời nhắc rằng công việc của người kỹ sư vẫn tiếp tục trong kết cấu rất lâu sau khi họ đặt dụng cụ xuống.
Bởi phía bên kia một hàng đinh tán được làm đúng, có thể là sự bình yên của một cuộc trở về.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Aircraft Accident Investigation Commission, Aircraft Accident Investigation Report: Japan Air Lines Co., Ltd., Boeing 747SR-100, JA8119, Gunma Prefecture, Japan, August 12, 1985.
[2] “Japan Air Lines Flight 123”, Wikipedia
[3] FAA Lessons Learned from Civil Aviation Accidents, “Japan Air Lines Flight 123, Boeing 747-SR100, JA8119”.
[4] Japan Airlines, “Safety Promotion Center”.
[5] National Transportation Safety Board (Hoa Kỳ), Safety Recommendations A-85-133 through A-85-137, 1985.
[6] File: Japan Airlines JA8119.jpg, Wikimedia Commons.
[7] H. Kobayashi, H. Terada, “Crash of Japan Airlines B-747 at Mt. Osutaka”, Failure Knowledge Database / 100 Selected Cases, Japan Science and Technology Agency (JST), 1985.
