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HOW TO 讓飛機安全起降

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/07/28 ・2444字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 523 ・七年級

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本文由我的青航時代-2020航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行

  • 文/黃瑋絜

桃園國際機場是許多國人出國洽公、旅遊,以及迎接外國旅客來的第一道「國門」,一年四季皆熱鬧熙攘,人潮、班機川流不息。先不論今年因為疫情所造成的特殊情況,在 2019 年桃園國際機場飛機航行量統計超過 26 萬架次,平均一天有 7 百多架班機起降,航運相當繁忙。

如此換算下來,幾乎平均每兩分鐘就有一架飛機在桃園機場起飛、降落,這些飛機是如何決定起降的順序?在空中快速移動的班機,又是如何知道其他飛機的所在位置、精準地避開彼此呢?

要能夠搭乘飛機平安地抵達目的地,飛航管制員(簡稱為「管制員」)的監控和指示不可或缺。但實際上他們到底做了什麼呢?接下來,就一起來初步了解「飛航管制」的意義和基本原則吧!

空中也有交通規則:「飛航管理程序」ATMP

就像我們平時在馬路上開車、行走時需要交通規則才不會亂成一團,航機在空中飛行也有必須遵守的「空中交通規則」。在臺灣,飛航管制員管理航機的起降、飛行、提供航線指引,皆須遵行「飛航管理程序(Air Traffic Management Procedure,縮寫為 ATMP)」。ATMP 中載明了飛航專用術語、飛航管制通則、飛航管制等各種施行細節等,是每一位飛航管制員都必須熟讀並活用的重要規範。

飛航管理有三大原則:安全、有序、效率。其中,「安全」是最重要的 ,遵循「飛航管理程序」,管制員下指令時皆須以保障班機與乘客安全為優先考量。舉例來說,為了落實「安全」原則,在不同的飛航階段都設有「隔離標準」,確保航機間保有適當的距離。因此無論哪個階段,管制員皆須隨時注意航線狀況,給予飛行員指示以保持航機間的安全距離。

另外,為了讓飛航管制能夠「有序」,管制員放行班機、接受飛行員飛航請求的順序以「First come, first serve」為通則,例如,兩架班機申請爬升至相同高度時,原則上會放行先提出要求的班機。不過,若遇到特殊狀況,管制員也能視情況、按 ATMP 之規定進行調整,舉例來說,進行緊急救護工作的航機擁有起降優先權,如果班機發生通訊無線電失效等緊急狀況,管制員提供管制服務時,也會優先考慮這些班機的需求。

除了安全和秩序之外,飛航管制也相當講求效率。桃園國際機場內平均每小時有近 30 架班機起降,當然需要有效率安排相關工作,以免機場和空中「塞機」。

飛航管理三階段:機場管制、近場管制、航路管制

飛航管制依據不同的階段,可分為機場管制(又稱塔臺管制)、近場管制(又稱終端管制)及航路管制(又稱區域管制)。三者由不同的航管單位負責,有各自的權責與負責空域。

簡單來說,航機在地面移動、滑行或起飛,以及降落時的落地、滑行至停機位,此階段屬於機場管制,由機場內的塔臺負責。航機起飛之後的爬升階段和降落前的下降階段則屬近場管制,由近場臺提供服務。當班機爬升至 2 萬呎以上之高度後,則由區域管制中心提供航路管制服務。

在機場管制的階段,管制員主要以目視管制方式,掌握機場內及機場附近的動態,並以無線電提供航機起飛、降落、滑行等導引及管制服務。在此階段中,有可能會因無人機、動物等障礙物闖入機場而影響航機起降;另外可能遭遇的臨時狀況,還包括氣候不佳、鄰近國家臨時實施流量管制,導致無法按時起降。此階段的管制員要隨時注意場面狀況,並得隨時緊急應變。

近場管制則負責剛起飛及準備要降落的航機,主要透過雷達掌握航機的位置、高度和空速等資訊。臺灣設有兩個近場臺,一是於北部飛航服務園區(桃園)設有臺北近場管制塔臺、另一則是於南部飛航服務園區(高雄)設有高雄近場管制塔臺

飛行在 2 萬呎以上的航機,就離開了近場管制的範圍,在臺灣附近的航機於航路管制階段歸臺北區域管制中心管理。無論是離場、到場或是過境的航機,皆歸其管理。航路管制主要以航管系統所顯示之雷達監視資訊管制航機,並且提供安全隔離。

飛行安全的守護者:飛航管制員

近年來,航空運輸逐日繁忙,為增加飛航的安全、秩序和效率,世界各地的航管單位紛紛導入精密的資訊系統和儀器,協助管制員有效管理越來越多的航機。

除了通訊用的無線電和追蹤班機位置的雷達外,目前國內航管單位大多配有航管自動化系統(ATMS,Air Traffic Management System),將班機的飛航計畫資訊及雷達資料整合,進行自動化管理,以利管制員提供更便捷及優化的服務。此外,塔臺與近場臺的資訊也能自動相互流通,讓航機從機場管制進入近場管制階段時,接手的管制員能夠更快掌握航機飛航資訊。

飛航管制員的工作專業且高壓,在航管系統中,雷達上的一個光點,代表著幾百條生命。管制員的工作,就是保障許多人的生命安全,可以說是乘客和機上工作人員的生命守護者。

看到這裡,大家應該對航空管理有了初步的了解,下一次搭乘飛機,平安抵達目的地,除了感謝辛苦的飛行員和空服人員,也別忘了在心裡感謝一路護送飛機航行的飛航管制員喔!

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參考資料

  1. 臺北機場資訊:臺灣桃園國際機場攻略
  2. 桃園國際機場-跑道容量
  3. 臺灣航空教育發展協會
  4. 飛航管制-看飛航管制員怎麼守護你
  5. 李宏鳴督導:飛航管制員是看天吃飯的工作
  6. 航管自動化系統簡介 (Introduction to ATCAS)
  7. 交通部民用航空局飛航服務總臺 業務簡報

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

快搜尋美光官方網站,了解業界最先進的技術,並追蹤美光Facebook粉絲專頁獲取最新消息吧!

參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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航空器簽派員:陪著你從起飛到降落的地上飛行員
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・2022/06/08 ・4354字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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本文由 我的青航時代-2022航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

當你乘坐飛機,不只有機師、空服員等機組成員在守護與服務你的旅途;陪你從出發地起飛到達目的地後降落,完成一趟「安全、準時、舒適」旅程的背後,還有「航空器簽派員」這個至關重要的角色。

搭乘飛機時不只有機師、空服員在守護與服務,一趟安全、準時、舒適旅程的背後,還有「航空器簽派員」這個至關重要的角色。圖/Pexels

被稱為「地上的飛行員」的航空器簽派員,在做哪些工作呢?這次泛科學特別訪問到華航的簽派督導陳韋如,不只了解這航空公司裡神秘又重要的工作,也要好好了解一下一位優秀的簽派員是如何養成的。

當簽派員沒在工作,才會發現他們的重要

有民航局執照的「Airman」有六大類(航空器駕駛員、飛航工程師、航空器維修工程師、維修員、飛航管制員以及航空器簽派員),其中航空器簽派員的工作是高度專業的職位。他們是航空公司的中樞神經,24小時全年無休,做出的決定牽動著整個航空公司運作;那為何我們好像很少聽到簽派員的工作呢?

Nobody knows what I do, until I don’t do it.」這句話形容簽派員的工作內容再適合不過了。

簽派員主要的工作有:飛行計畫的製作航機簽放航情守望異常狀況處理。他們有許多工作是在幕後、和居中協調許多事情,因此機師所知道的事簽派員也都要很了解,所有的飛行手冊、飛機操作手冊和各國飛航相關法規都必須要如數家珍。

簽派員工作是在幕後、和居中協調許多事情,因此機師所知道的事也必須要如數家珍。圖/Pexels

飛機起飛前——飛行計畫的製作

製作飛行計畫的過程非常繁複,簽派督導用了你我都很熟悉的旅行計劃來舉例:當你要出門的時候,會注意氣象、交通狀況,要檢查並維修交通工具,需要加油、和準備行程中需要的各種文件,當然也要準備可執行的 Plan B。

把旅行計劃的格局放大再放大,就是飛行計畫,要考量包含氣象資料飛航公告航機狀態酬載預估飛越許可航線選擇等因素,才能匯集成一份可以執行的飛行計畫。這其中有哪些「know how 」呢?

出門一定會先看天氣適不適合出遊,飛行也是一樣,簽派員氣象觀測席會收集起降機場、備降機場和沿途航路的天氣報告和預報,確認天氣是否適合飛行、各機場的能見度是否影響航機起降,都會由專業的氣象博士提供資訊讓簽派員參考。天氣的資料包含機場能見度及雲幕高度、溫度、氣壓值、風速、沿途是否有顯著天氣,甚至是火山、颱風影響航線等等,因此才能確認飛機能不能起飛降落或是其他需要特別避讓的地區。

針對起降站及航線做重點氣象監測,內容含各項狀況。圖/Pixabay

還有,你在旅行的時候,也會注意沿途經過的城市是否有道路維修、塞車、下雨等等的狀況,例如國道有一段路正在維修,就會需要避開正在維修的道路走省道。簽派員也會特別注意飛航公告,確認起降機場及沿途的空域是否有臨時運作規定、限制、程序調整或其他注意事項。例如近期烏俄戰爭爆發,航路導航席也要特別確認有沒有會影響飛航的相關資訊,提前列出航路備案以便簽派員製作飛行計畫。另外,經過各個國家的領空時需要的飛越許可,也是由簽派員協助申請的。

再來就是航機狀態酬載預估了,對航空公司來說「在安全的情況下經濟效益是很重要的考量」,因此了解航機適不適合飛行,預估需要多少燃料、能載運多少乘客和行李,也是非常重要的工作。簽派員要準確地預估旅客及其行李和需載貨物的重量後,再計算所需的燃料總量,也需要計算備案可能需要的燃料量,確保飛機從起飛到降落都在規定的安全限重內。

經過上述各種因素的種種考量評估後,需要進行航線選擇,從數條航路[註1]中選擇「安全、準時、舒適」的飛航路徑並做出一份飛行計劃,並且和駕駛員共同在飛行計畫上簽名以示同意本次的航班,而每個簽名的背後都代表著簽派員的專業以及責任。

簽派員經過考量評估各種因素後,製作出「安全、準時、舒適」的飛航計劃。圖/Pexels

飛機起飛後的航情守望與異常狀況處理

不是飛行計畫之後簽派員的工作就結束了:將飛行計畫交給駕駛員後就會進入航機監控的飛航管制作業,其中包含了航班動態氣象監控。

航班動態是指透過 4D/15 服務(4D/15 Service),每隔 15 分鐘確認一次航班的 4D(經度、緯度、高度和時間),簽派員要精準的知道航班的動態。航情守望席便是專門在追蹤航班的動態及油量,確保航班沒有偏離計畫航路,必要時會和駕駛員聯繫確認狀況。

氣象監控則是針對起降站以及航線沿途區域做重點監測,監測內容包含結冰、雷雨、降雪、陣風、風切、亂流、颱風及火山活動等氣象狀況。例如目的地機場跑道臨時關閉,就會提前告知駕駛員。

一趟航班可能會遇到一些突發狀況,例如乘客身體不適需要立即就醫、航線上臨時火山爆發或是遇上鳥擊等異常狀況,簽派員就必須在有限的時間內以符合作業規定安全的前提下採取最適合的處理方式。

若遇上突發狀況需要飛機轉降或是班表調整,為維持班機時間表能夠正常運作而做出適度的調整異動。因為每次的突發狀況都是無法提前預知,簽派員們在遇上事件時需要冷靜且快速的處理及應變,也需要和各單位聯繫協調。

在飛行中還會碰到哪些情況呢?簽派督導舉了火山爆發的例子。由石塊和岩漿的礦物粒子組成的火山灰帶來的威脅,除了可能讓機身受到損傷、部分系統失靈更可能導致引擎熄火無法繼續飛行。

火山爆發帶來的火山灰可能讓機身受到損傷、部分系統失靈,導致引擎熄火無法飛行。圖/Pexels

曾經發生過日本的火山爆發,火山灰蔓延的非常廣,導致當地機場關閉數天,影響了數萬名旅客。一趟航班如果在中途遇上突發狀況——航線附近有火山爆發了!時刻監控著狀況的簽派員會怎麼做呢?

  1. 根據數據判斷火山灰擴散的範圍。
  2. 規劃一條安全優先的避讓航線。
  3. 確認航機上的剩餘燃料量能夠負擔變更後的航線。
  4. 和機師確認變更航線。

這些事情都需要在時限內解決,考驗著簽派員細心及果決的能力,他們就像是一群 24 小時的飛行管家,從起飛前的飛行計畫準備、起飛後的航機監控,一直到落地後的班表調度,簽派員隨時守護著班機。

要如何成為簽派員呢?哪些能力與特質很重要?

臺灣目前並沒有簽派員的相關科系,以華航為例,簽派員是通過航空公司的招考後,先成為航務員熟悉機場的運作方式後再經過 200 小時的簽派員培訓課程,及 90 天的線上訓練,並考取民航局航空器簽派員執照後,才能簽放航機成為一名真正的簽派員。

剛考取執照後簽派員會先簽派六小時內的短程線累積實戰經驗,每年也會參加航路觀摩,會進入駕駛艙觀摩駕駛員執行自己規劃出來的飛行計畫,來增進自己的能力。等到經驗累積足夠後才會簽派飛行時數較長的航線,進入航情守望席、航路導航席。

因為簽派員需要製作一份完整的飛行計畫,所以駕駛員需要的基本知識簽派員也需要懂,一種飛機需要閱讀的手冊至少有 幾十本,一間公司肯定不止一種機型,再加上各國的飛行法規,每一位簽派員需要熟知的手冊就有數十本!這些專業背後都是十分努力的成果。

每一位專業的簽派員需要熟知各種機型、各國的飛行法規等。圖/Pexels

或許你會問:「我不是飛航相關科系,能夠成為簽派員嗎?」其實簽派員並沒有科系的限制,只要你有想成為簽派員的熱誠,都可以來挑戰看看!簽派員的工作會帶給你滿滿的成就感,因為每年都有上萬趟航班需要簽放,服務數萬名旅客平安落地。

想成為簽派員需要具備的能力有:

  1. 良好的英語能力:因為許多手冊及法規大多以英文撰寫,和駕駛員溝通時也會需要用英文溝通。
  2. 獨立思考的能力:面對各種狀況時需要思緒清晰不能慌亂,才能找到好的解決方案。
  3. 溝通協調的能力與團隊合作的精神:居中協調時會需要能夠讓雙方保持良好的溝通。
  4. 健康的身心:面對高壓的工作需要照顧及調適自身的狀況。

簽派員的工作便是解決眼前的事情、見招拆招,每天都會面對不一樣的問題十分具有挑戰性,如果你喜歡變化性及挑戰性都很高的工作,可以嘗試這份工作。也因為每一次的簽名都是在為每趟航班上的生命負責,因此需要高抗壓性的人格特質,才能確保在工作時能夠穩定的面對所有狀況,守護每一趟飛行。

每位簽派員之所以能夠從容的面對各種突發狀況,是他們用專業知識和長期累積下來的經驗在支持他們看起來毫不費力的原因。

註解

  1. 航路是根據地面導航設施建立的走廊式保護空域,供飛機作航線飛行之用。各國對於航路都有自有的規定,包含該行路是單向道還是雙向道。

延伸閱讀

參考資料

  1. A320全座艙飛機駕駛艙都搬來了! 航發會講座還有這2場| 生活新聞
  2. 2018「飛航解密 暢遊天際」系列講座 長榮航空簽派員Emily精彩演講內容
  3. 航空公司全天候的飛安管家-科學人雜誌
  4. 2021飛航講座–長榮航空資深簽派員林俊宇:從起飛到降落全方位的飛行管家
  5. 民航通告 – 交通部民用航空局

本文由 我的青航時代-2022航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

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翱翔天際的代價,飛機上的人體秘辛大解析——《科學月刊》
科學月刊_96
・2021/02/03 ・4462字 ・閱讀時間約 9 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

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  • 盧衍良|成功大學航太博士,朝陽科技大學飛航系主任,曾任職飛安會工程師、考選部典試委員與交通部、民航局、陸委會等委員。

不會飛的我們,總想著要飛上天際,但人體本身可不適合長時間處在高空中。第一個要面對的就是高空缺氧問題,隨著高度上升,大氣壓力也越來越低,人體的肺氧分壓也隨之降低,使我們血液中的血氧飽和度也降低,一旦降到 90% 以下時就有缺氧風險!而在高空中遠不止缺氧這項危險,會讓你耳鳴的飛機下降過程,以及較少聽過的高空減壓病,也都有可能發生在 3 萬 5 千英呎的高空上哦。

人類的身體與生俱來就不適合飛行,但我們卻利用智慧創造科技,改變了生活中的一切,至今已經飛行了 100 多年!今天就讓我們認識一下這些始終存在,卻也容易被忽略掉的航空生理症狀。

人類的身體與生俱來就不適合飛行,但卻利用智慧創造科技在空中飛行。圖/Pexels

在此之前,讀者們也必須先有個基本認知:一般生活醫學討論的,都是在「正常環境下,人體產生不正常症狀」的治療問題;然而航空醫學所要探討的,卻都是「正常人體在不正常的環境下,產生生理問題」的預防與抑制。那麼,那些因為航空而導致的「高空缺氧問題」、「氣體膨脹效應」,以及「高空減壓病」等生理問題,究竟是怎麼一回事呢?

高處的空氣比較新鮮?真相卻是氧氣很稀薄

人類飛行首先要面對的就是「壓力變化」的問題。大氣壓力 (atmospheric pressure) 會隨著飛行的海拔高度越高而越來越低,人類能夠自主呼吸的能力也就跟著越來越低,如圖一所示。現代民航客機動輒會飛到 3 萬 5 千英呎 (feet, ft) 以上的高空,為了讓旅客們感到舒適,機艙加壓早已是法規的必備要求。

大氣壓力會隨著飛行的海拔高度升高而下降,使得人類能夠自主呼吸的能力跟著降低。圖/科學月刊

但考慮到機身內外壓力差過大將會影響飛機結構安全,多數飛機在飛行中最大內外壓差約為 0.585 個大氣壓力,讓機艙內的壓力相當於海拔 8000 英呎以下,這樣的環境便可以讓旅客處於正常自主呼吸的狀態。近年新出廠的飛機,雖然可以讓機艙壓力高度 (cabin pressure altitude) 更接近能讓人體感到舒適的環境,但仍然無法達到相當於地表的壓力。

而高空飛行環境除了低壓以外,機外的零下溫度環境與較少的高空水分,即使機艙內部經過調溫控制,其溫度通常也會偏低,且空氣會變得十分乾燥,這些都是飛機爬升到高空所伴隨而來的環境條件。

如下表所示,隨著海拔高度越高,大氣壓力越低,人體的肺氧分壓也會跟著降低,連帶的也讓血液中的血氧飽和度降低。血氧飽和度是反映呼吸循環功能的重要生理參數,是一種衡量人體血液攜帶氧氣能力的指標,當血氧飽和度低於 90% 以下時,人體就會有缺氧 (hypoxia) 的風險。

隨著海拔高度越高,大氣壓力越低,人體的肺氧分壓也會跟著降低,連帶的也讓血液中的血氧飽和度降低。表/科學月刊

高空缺氧危害並沒有一定的症狀或過程,每位個案都會有所不同,不過在臨床上,高空缺氧的初期症狀會讓人產生如微醺般的欣慰感,由於心智反應變慢,因此會失去警覺功能,手腳動作也會不協調。在行為表現上,則會變得無精打采、對周遭警覺減弱、行動遲緩,甚至昏沉欲睡,沉浸在一種具有莫名安全感的狀態中。

如果在發現缺氧症狀產生的初期無法及時挽救,隨著缺氧時間持續,人體會逐漸出現更加嚴重的症狀,包括暈眩、頭痛、心跳加速、口唇或皮膚發紫等,此時患者視野會逐漸縮小,並且有一股興奮溫暖的感覺,心理上也會產生主觀自信感。若在此時缺氧狀況仍未改善,那麼接踵而來的就會是動作不協調、心智行為改變、判斷力變差,最後導致意識喪失,進而死亡。

缺氧危害的速度和發生高度有直接關係,醫學上用「有效意識時間」(time of useful consciousness, TUC) 來衡量。

如下表所示,一般噴射客機的巡航高度都在 3 萬多英呎的高空,從下表數據可知,當客艙顯著失壓使得機艙內的壓力高度相當於在 3 萬多英呎後,人體能夠應變的有效意識時間已經所剩不多。2005 年 8 月 14 日,太陽神航空 (Helios Airways) 的 522 號航班便是因為操作疏失,機艙未加壓而持續爬升高度,進而導致旅客與機組員,產生缺氧症狀而全數罹難的典型缺氧案例。

缺氧危害的速度和發生高度有直接關係,醫學上用「有效意識時間」(time of useful consciousness, TUC) 來衡量。表/科學月刊

搭飛機時最討厭耳鳴了——氣體膨脹效應

飛機飛得越高,所處的外在環境除了大氣壓力降低外,其實空氣密度也會變小,使得空氣體積變大。存在於人體內的氣體膨脹後,對於人體耳朵、頭顱腔室與內臟器官都會產生影響,造成不適。如果你在搭機過程中脫了鞋子,在你下機時也會發現自己的雙腳都膨脹變大了!

人體耳朵可以說是最直接敏銳,能感應到外在環境壓力改變與氣體膨脹的器官。

當飛機離地爬升時,由於外在壓力逐漸降低,在耳朵內部壓力不變的情況下,耳膜便會因為內外壓力不同而向外鼓起。此時,連接咽喉和中耳的耳咽管(eustachian tube)也會開啟以釋放內部壓力,讓耳膜內外重新達到壓力平衡。通常在飛機爬升過程的壓力變化較不會產生持續性的耳朵不適,大多數的不適都是在下降階段發生。

由於耳咽管在醫學上有一個綽號叫「one way tube」,顧名思義就是一條單行通道的意思,為了避免中耳發生細菌感染,耳咽管只允許中耳壓力釋放,不會主動開啟讓外在空氣進入中耳。當飛機開始下降時,外在環境壓力漸漸上升,但耳朵內的壓力維持不變,這時耳膜便會開始向內鼓起,產生耳鳴等不適症狀。

由於耳咽管不會主動開啟,因此我們必須藉由某些強制手段讓它運動,例如嚼口香糖、吞嚥口水、喝水或打哈欠等動作,這些動作的共通點就是會讓耳咽管周邊的肌肉運動,讓耳咽管開啟以平衡壓力。

耳咽管構造。圖/Wikipedia

比較有意思的是,嬰兒在下降階段因為不知道怎麼減緩耳朵的不適感,因此在疼痛感作用下,哭泣是最好的改善之道!當嬰兒放聲大哭時,嘴巴打開剛好可以讓耳咽管附近的肌肉運動,達到平衡壓力的效果,還不懂事的嬰兒因為不適感降低,本能地就會哭得更大聲,好讓後續的不適感消除。他們並不知道大哭會影響其他旅客安寧,只知道大哭可以讓耳朵舒服一點。

嬰兒大哭可以減緩耳朵的不適感。圖/GIPHY

有時候,我們因為感冒產生的輕微發炎,使得耳鳴的感覺無法消除,此時,也可以藉由閉嘴捏鼻吐氣的強制手段,改善耳朵的不適感,這種方式在醫學上稱為持續閉氣用力動作(valsalva maneuver,又稱伐氏操作),如果做了這個強制動作還無法改善耳鳴問題,那麼便有可能是發炎問題嚴重,一定要借助醫生的診斷處方做必要治療了。

除了耳朵不適感外,由於飲食中難免會吃進許多氣體,再加上食物的消化過程也會產生氣體,這些氣體在腸道中存在,在爬升階段也會讓搭機旅客感到不適,最常見的就是有股想放屁的強烈感覺,當然也有些人會產生便意,甚至是急需到洗手間解便的不適感。為了避免在飛行爬升階段產生這些不適症狀,建議平時能有良好的排便習慣,以免腸道內有過多宿便存在。此外,搭機前盡量不要食用大量餐點,也最好減少食用容易產生氣體的食物,例如豆類或汽水與可樂類蘇打飲料,而嚼食口香糖除了吞嚥口水外,也會吞進不少空氣,此行為也建議避免。

潛水完先別急著搭飛機——高空減壓病

高空減壓病也稱為氣栓症,通常沒有一定症狀,較容易被忽略病因。

在正式介紹這個疾病之前,讓我們先回想一下開汽水的過程:當環境壓力越大,氣體溶解在液體中的數量就越多,溶解度越高,而當瓶蓋被旋開的那一刻,因為瓶內壓力急速降低,你會發現原本溶解在汽水中的氣體大量釋出形成氣泡,而高空減壓病的根源,就像是這些冒出來的氣泡一樣,這些氣泡將對人體造成危害!

人類呼吸過程,除了吸取氧氣並排出二氧化碳外,佔空氣比例 4/5 的氮氣也會隨著呼吸過程在人體內循環。當飛機離地爬升,隨著環境氣壓急速降低,原本已溶解於體內的氮氣,因溶解度遽降而生成大量的氣態氮氣在人體內。當溢出的氮氣量遠超過肺臟的排出量時,氮氣就會形成氣泡在血液中循環,產生各種不同類型的臨床症狀,在醫學上稱為減壓症,由於這類症狀易發生於高空環境,因此被稱為「高空減壓病」。

高空減壓病的臨床症狀非常多元,因壓力遽降而釋出的氣泡,將隨著血液流竄到體內四周,如果在關節附近或是深部肌肉組織聚集停滯,就會產生屈痛或是鈍痛。此外,也可能產生氣哽,導致胸口灼熱、刺痛、乾咳和呼吸困難;神經上的症狀則有視覺障礙、頭痛與肢體癱瘓等;而在皮膚上則有可能產生紅疹塊、刺痛、癢及水腫等。

瓶內壓力急速降低使汽水內氣體大量釋出形成氣泡,與造成高空減壓病的原因相似。圖/Pexels

當你出國旅遊從事水肺潛水 (scuba diving) 運動後再搭機時,由於潛水活動是在高壓環境下呼吸空氣,故大量氮氣會溶解於身體內各組織,也是常見高空減壓病的形成原因。若是潛水潛得越深越久,氮氣的溶解量就會越多速率也越快;而潛水完後,細微氣泡就會形成在體內組織,如果你潛水完後立刻搭機飛行,被保存在體內的氣泡便會膨脹進而阻塞血管、壓迫神經或引發血液病變,發生高空減壓病。臨床上,潛水後的建議飛行最低高度約為 5000 英呎,以避免出現高空減壓病的症狀;然而一般民航客機的加壓系統,通常會讓機艙內壓力相當於海拔 8000 英呎,因此無法抑制此類症狀發生,因此建議潛水後,至少 24 小時內應避免搭機飛行。

身體卯足全力對抗環境!達成你想飛上天的夢想

一般民眾較常知道的是搭機過程會讓味覺與嗅覺變差,所以飛機餐會變得不那麼美味。相較起來,高空缺氧、氣體膨脹效應,以及高空減壓病就較容易被忽略,期望讀者們閱讀完本文後,可以對自己的身體有更多認識,讓搭機旅遊變得更加美好。

  • 〈本文選自《科學月刊》2021 年 2 月號〉
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