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【Gene思書齋】你該知道的機艙機密

Gene Ng_96
・2016/01/21 ・5256字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

唯恐天下不亂的媒體宣稱2014年全球感染機瘟,因為在同一年,就有好幾起重大空難,死難者總和超過千人,其中一起還堪稱史上最詭異,另一起在澎湖馬公,而且發生這兩起空難的航空公司,在不到一年的時間就各自發生了兩起空難,似乎「無獨有偶」這成語都不足形容。復興今年初起戲劇化的那一起,還發生在我上班地點不遠處Orz

因為長期在異鄉讀書工作,我每年至少要搭一次飛機回家過春節,今年中去搭機去了趟歐洲。要說那些歷歷在目的新聞事件沒有影響搭機心情,是騙人的XD 不過,在經濟日漸富裕,大多數人多少都有餘裕出國的情況下,搭飛機就不可免了。其實,根據統計,航空旅行,還是比開車要安全得很多,這個相信大家多少有耳聞。在美國911恐怖攻擊後,許多美國人害怕搭機,改開車長途旅行,結果因為交通意外冤死在路上的至少好幾百人,可是再遭逢劫機而喪命的,是零!

統計數據顯示,1972年是史上空難死亡人數最多的一年,當年有55起墜機事件,全年死亡人數高達2429人。從那以後,航空旅行就愈來愈安全。《侏羅紀公園》(Jurassic Park)作者,科技驚悚小說之父麥可‧克萊頓(Michael Crichton,1942-2008)擅長描寫科技造成的災難,例如人工智慧、生物科技、奈米科技等等帶來的危機,可是在《最高危機》( Airframe)中,他卻少見得讚揚航空科技!麥可‧克萊頓在為寫《最高危機》 時做了研究發現,原來商用客機是人類所製造出最複雜的大型機器。試想個簡單的數學,一架波音747由二百五十萬個零件組成,如果你能保證它有99.99%的機件沒問題,那還是有會250個零件故障,所以要保障它所有零件完好無損,各零件組合起來後還要有超99.99999%的良率!

所以,對製造一架大型商用客機來說,又酷又炫的戰機就不一定算是最高科技,更甭提對波音工程師來說就像玩具一樣的汽車。雖然有人可能會認為太空梭可能會商用客機更複離,但是全球才不過不到十架太空梭,可是在天空中飛來飛去的客機卻是成千上萬啊!而更令人驚訝的是,死於空難的機率,絕對少過車禍。被哽死的機率也大過空難,但沒人怕吃東西,但不少人卻不敢搭機。麥可‧克萊頓 想做的,或許也是想從這些迷思中,讓我們瞭解懂得科技,對我們日常生活的總總安排是會有好處的。

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我博士班畢業那年,爸媽來參加畢業典禮,就順道帶他們到西雅圖去玩,當然順道參考了波音公司的工廠!當時波音最新的夢幻客機787正要推出,在付費參觀的過程,對787的介紹正是主打重點!不像汽車那樣,是在密密麻麻有各種機具的工廠流水線裡生產,波音客機是龐然大物,其工廠位於美國華盛頓州西雅圖附近的埃弗里特(Everett, WA),是世界上規模最大的飛機組裝工廠,也是 世界上體積最大的建築,建築體積達到13,385,378立方公尺,占地399,480平方公尺。波音民用飛機集團的大部分飛機均在此生產,包括波音747、波音767、波音777和最新的波音787。

除了航空科技的進展,另外一個有趣的因素是,當我們自己開車時,覺得方向盤在自己手上,能自己掌控,所以覺得安全,可是當生命交給別人掌握的方向盤時,就顯得比較沒信心。可是, 大部分路上開車的人,都沒有受過太多專業開車訓練,頂多是上駕訓班到能考過考試而已。然而,民航機的機師,卻是要有一定的經驗,才能上飛機的,更甭提一大堆如同把大學重讀一遍的課程、訓練和考試。把生命交給專業程度遠遠在我們之上的專業機師,我們理當感到更安心!

我們就來看看一本好書,讓機師用他最專業的角度來告訴我們,航空旅行是怎麼一回事吧!機師派翠克.史密斯(Patrick Smith)在《機艙機密:關於空中旅行,你該知道的事實》Cockpit Confidential: Everything You Need to Know About Air Travel: Questions, Answers, and Reflections)裡,盡量告訴大家所有在搭機時想知道的事!而且還要大力破解不靠譜的流言和都市傳說!派翠克.史密斯熱愛飛行,14歲開始進行飛行課程,在1990年得到第一份航空公司的工作,擔任15人座的渦輪螺旋槳式飛機的副機師,駕駛過貨機及商用客機,飛行過國內及國際航線。他也是熱門網站Ask the Pilot 的執筆者。他用非常詼諧幽默的筆觸來撰寫他的經歷,以及回答各種各樣的問題!

這本書真的很值得一讀,如果有機會搭機,或常常需要搭機的話。搭機,尤其是跨洋的長途旅程,真的是對人EQ的大考驗。過去因為搭機很難得,再吃苦也算是吃補。記得來台前,我和高中同學是第一次搭機出國,還提前幾天去機場朝聖呢!不過現在沒多少人把搭機當驚喜了。以前有不少人穿著整齊去搭機,我原本也是,直到有次好心地和大學同學去機場接另一位從美國回來的同學,看到我仰慕的女生,穿著睡衣睡褲手上抱著枕頭,我就再也不在意上機的穿著了XD被關在狹小的空間,坐在很不人體工學的椅子裡,忍受小孩的哭鬧,還有乾燥的空氣讓眼鼻難過,很難好吃的飛機餐,常常要排隊的厠所……這些都夠受了吧?相信我,如果這些會讓人煩躁,那麼這本《機艙機密》可能可以是緩解一些負面情緒的解藥。因為你會從書中得到許多有趣的知識,在討厭的搭機過程中,看到書中提到的事物,對自己會心一笑!

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首先,派翠克.史密斯讓你知道飛機的真相,也就是機翼的相關知識,怎麼讓龐然大物飛上天。他談了各種機翼,以及飛機上的各種構造,當然還有飛行的原理。還有不同機型和製造廠商的異同等等。接著《機艙機密》談各種不安因子,例如亂流、風切、天候、想太多等等。亂流是許多乘客都有經歷過的,我有次在颱風天搭機從北京到澳門,過程異常顛簸,我暈機到差點完全失去意識,待我醒來時,機上乘客只剩我一人,所有空姐都圍著我,嘴巴都成了O型,因為我吐了自己一身Orz…那是迄今為止最恐怖的回憶XD

《機艙機密》還告訴你,飛機都儲存多少燃油來應付上空盤旋的狀況?航空公司會不會為了省錢而偷吃步?飛機可以棄油來減輕重量以便降落嗎?前幾個月,有乘客看到有飛機維修人員用銀色絕緣膠帶來應付機翼的破損,嚇到急忙拍照上傳打卡,引起了一陣討論。可是《機艙機密》告訴你,那正常得很,而且膠帶還是幾百美元的特殊膠帶,如果那位乘客有讀過這本書,就不會那麼驚恐了。

還有,飛機被鳥撞上有多危險?冰雪會對飛機造成多大危害?飛機廁所馬桶裡的東西是在航行途中投棄嗎?碰到重要系統失靈的時候,誰來決定要不要起飛?機師究竟在飛機上幹嘛呢?我們實驗室從前有位助理成功當上了副機師,所以我以後要搭機前,都要問他有沒有排到那班,有的話就考慮更換……《機艙機密》為我們解析了起飛、降落,還有中間那段神祕的過程,例如準備一次航程需要花駕駛員多久時間呢?那準備的內容是什麼呢?為什麼飛機要迎風起降呢?

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Source: bbc

今年初復興航空在南港的空難,調查報告已出爐,是因為一個發動機停止運轉,機長不小心關錯了正常的發動機,而導致嚴重過失意外。如果飛機離地的那一秒鐘,有一個發動機停止運作要怎麼辦?在飛機爬升的前期,發動機的推力彷彿突然被關掉,飛機好像要往下掉似的。究竟是發生了什麼事呢?《機艙機密》當然也要告訴我們這些。我今年春節回國,飛機都快著陸了,又拔起頭重飛,機上突然鴉雀無聲,大家都跟我一樣面色慘白,直到飛到正常高度重新降落,才有人嘆聲「好險!」。我大學同學還搭過後輪觸地後又拔起重飛的。《機艙機密》 當然不能藏私,要讓我們知道這種情況有多常發生?為什麼會這樣呢?

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飛機誤點,不算不常見,我也有因班機誤點延遲起飛,而錯過接駁班機,需要在日本多待一天(為何只有一天?我可以慢慢等,沒關係XD)。有次我搭機從洛杉磯到舊金山,在機上睡飽了,看了錶和窗外機場的風景,要拿東西下機,才尷尬地發現,原來舊金山起大霧,飛機晾在跑道旁一個多小時根本沒起飛XD 《機艙機密》當然也要探討航班延誤的問題。

機師,似乎是讓人稱羡的行業,我就有朋友和不少朋友的朋友是機師。那麼,「機長」、「副機長」、「機師」、「副機師」這幾個詞差別在哪裡?要怎麼成為航空公司機師呢要通過哪些考驗與試煉,才能達到航空公司的條件?受訓過的機師一次可以開好幾架飛機嗎?747機師能不能開757?機師薪水很高嗎?機師的評鑑制度是什麼,要怎樣才能加薪或升遷?副機長升上機長是誰決定的,又有什麼因素?一直有人說機師瀕臨短缺,實際情況會有多嚴重?機師的班表一般是怎樣啊?最近常常聽說機師疲勞駕駛,是否真有必要擔心機師過度疲勞?該採取什麼措施呢?貨機機師又怎樣?客機可以全自動駕駛嗎?遠端操控無人機的概念真的可行嗎?

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Source: SINA

相較復興在南港的空難,《機艙機密》討論了所謂的「哈德遜河奇蹟」,就是薩倫伯格機長的英勇迫降在哈德遜河的事蹟。基本上,派翠克.史密斯極為反對造神,他覺得薩倫伯格機長和副機長只是運氣好,而且做了該做的,是值得敬重,但不宜過度吹棒。復興的南港空難發生不久,媒體也在大力造神,吹棒機長有多英勇,避開地面建築而減少人命損失,結果……其實,當時我就有朋友跟機師朋友討論過,認為那樣的飛行路徑和狀況更像是失控,而非閃大樓,媒體那樣造神,會引起極大的政治問題!看到美國媒體的不理性,可見台媒美媒,天下烏鴉一般黑!

上機,就要乖乖遵守不少規定,除非想要當奧客被列被拒絕往來戶,例如起降時,要打開窗戶遮陽板、將椅背直立、收起餐桌,還有調暗客艙的燈光,為什麼呢?機艙的窗戶怎麼都這麼小?寵物在機艙底部過得如何?為什麼要限制乘客使用手機跟可攜式電子設備?這些東西真的會威脅到飛航安全嗎?空服員的安全簡介作用是什麼?為什麼要設計得這麼冗長?《機艙機密》提到高空中令人永生難忘的景致,我有次要從日本轉機去芝加哥,剛好我靠窗的位子能看到夕陽下的富士山,美極了!旁邊的日本旅客說,他愛爬山,登過四次富士山,也從許多角度看過富士山,可那是他這輩子看過最美的富士山。可惜手機相鏡拍不下那美極了的景色的百分之一:

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新聞看多了,尤其是911令人震撼的畫面,加上馬航MH370的神秘失蹤,還有MH17躺著也中彈, 災難、事故、杞人憂天的想像,是讓人抗拒搭機的。《機艙機密》給那害怕坐飛機的人一些鼓勵,而且大家也想知道哪家航空公司最安全?廉價航空又如何?捲入意外的機師後來都怎麼了?如果拯救全機的人免於災難,會不會得到獎勵?至於那些存活下來,卻被認定有過失的機師呢?這會對他們的職業生涯產生什麼影響?爆胎是不是很常見?《機艙機密》揭露了史上最慘烈空難的恐怖與荒謬之處,那是一場一連串小意外造成的史上最大空難,KLM的747撞上達美的747!

《機艙機密》最後討論了航空公司,主要是老美那些老氣的航空公司。我坐過最棒的航空公司,是阿聯酋航空(Emirates),經濟艙吃的品質,不輸華航的商務艙(很久以前忘了買回家過年的票,最後只剩商務艙XD),經濟艙飛機餐居然能有好幾大片的燻鮭魚!至於服務嘛,我是能夠上飛機就一直睡,短程全程睡飽,長程吃飽睡、睡飽吃的,所以比較不在意。不過當然還是亞洲的航空公司比老美的好太多了,上次我搭老美的航空,螢幕壞了要重開機,空媽口氣不好就算了,居然要我等七八個小時。美國機場又爛,美國航空業再白爛下去,遲早被歐亞航空公司邊緣化!不過,凡事總有例外,新航據說服務很好,可是有次空姐漏發我耳機,跟她要還被口氣不好的瞪了眼,那是我最後一次搭新航。

總而言之,如果你一兩年內會搭上一次機,強烈建議要讀這本《機艙機密》。還沒計畫的話,讀了就會想有計畫。最好帶上機讀,讓討厭、煩悶的空中旅程增添不少樂趣吧!說不定也是搭訕其他旅客的好機會……

本文原刊登於The Sky of Gene

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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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航空公司的機票定價策略是什麼?轉機航線更長為什麼反而更便宜?
PanSci_96
・2023/05/06 ・2857字 ・閱讀時間約 5 分鐘

疫情解封半年了,你出過國了嗎?

當你開始自己安排行程,為了能留更多預算吃美食、買紀念品,我們往往會貨比三家,盡可能找到更加實惠的機票。但找著找著總是會發現,欸!奇怪,怎麼需要轉機的航程,總是比直達班機便宜上許多!?

明明航程更長,為什麼票價卻變便宜了呢?

機票價格是怎麼定的?

綜觀整個大眾運輸市場,陸上交通工具如高鐵、火車、客運的票價,不論是連假還是平日,其實都不會相差太多。然而飛機卻完全不一樣,即使是在旅遊淡季,價格仍然會以分鐘為單位上下波動,要搶到一張經濟實惠的機票,全憑本事了!

航空公司的訂價策略是票價快速浮動的主因之一,即使是同一班機,每個座位的定價會有所不同,距離起飛的剩餘時間、班機上的空位情況也都會影響價格。除了市場的供需外,國際油價、人力成本也都是影響成本的因素。

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航空公司在計算完各項成本之後,首要任務就是決定要開哪些航線,以及在這些航線上配置多少班次的飛機,才能最大化運輸旅客並且避免浪費太多空位。

機票價格是怎麼定出來的呢?圖/Envato Elements

為什麼轉機比較便宜?

其實載人跟載貨的情形很像,如果你把自己想像成貨物,航空公司換成貨運公司,就很好理解了。當我們網購下單東西時,貨運公司並非從店家直接派一台貨運車送貨到府,而是先集中到物流中心,接著發到各縣市較小的營業所,最後才由司機個別配送。

從點對點運輸改為集中後再處理,雖然單一貨物需要移動的距離變長了,但物流路線的複雜度卻簡化了許多;以貨運公司的角度來看,在相同的人力下,每天能配送的貨物量也就增加了。

這種物流重新分配方式稱為軸輻網路或是樞紐網路(hub-and-spoke network),在剛才的例子中,整個網路如同車輪的輻條般輻射展開,而物流中心就是中心的樞紐 hub。

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輻射展開的樞紐網路。圖/PanSci YouTube

把相同的概念放到航運中,這些關鍵的樞紐就稱為樞紐機場,長途航線通常會經過樞紐機場並在此轉機,繼續前往目的地。至於要選擇哪個機場是樞紐機場,除了考量機場的吞吐量外,當然也考量到航空公司本身的所在位置。例如國內的華航、長榮、星宇航空等,樞紐機場就都在桃園國際機場,而大家飛歐洲線常搭的阿聯酋航空,樞紐機場就在杜拜國際機場,這也是為什麼我們通常都得在杜拜轉機。

在 hub-and-spoke 的架構下,航空公司可以放心把總部設在樞紐機場,不僅能高度掌握每條航線,人力成本分配也可以更簡化。

航線上的交通規則

此時此刻,全球正在飛行的飛機數量,大概有 8000~20000 架次,這數量可不少,必須有妥善的管制系統。天空其實和汽車的高速公路、火車的鐵軌一樣,飛機也需要照著明確規劃好的空中航線及高度飛行,並且遵循飛航管制。

撇開因為機械故障導致的空難,因人為失誤導致飛機在空中「相撞」,在歷史上確實發生過幾次。

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例如 1986 年,墨西哥國際航空 498 號班機與私人小型飛機在洛杉磯國際機場上空發生擦撞,雙雙墜毀。事後調查,肇事的原因是由於實習航管員分心,忽略了雷達中出現的小型飛機訊號,未能提醒兩架班機迴避,因此發生憾事。在這之後,美國聯邦航空局強制所有境內的飛機,都要安裝空中防撞系統,避免憾事再次發生。

498號班機被撞後的影像,飛機當時已經失去水平尾翼。圖/維基百科

時至今日,除了在飛機上安裝防撞系統外,航空管制多次調整,訂出垂直隔離、前後隔離、左右隔離等規範。

以垂直隔離為例,依照高度將航道分為了好幾「層」;除非遇到亂流、機械故障等緊急狀況,否則飛機應保持在特定的飛航空層(Flight Level , FL)中飛行,如:FL290 就是該飛機在高度 2 萬 9 千英尺飛行。隨著大氣數據計算機、高度計以及自動駕駛系統的發展,現在兩個飛航空層的垂直間隔為 1000 英尺;因此在一般民航機巡航高度的 FL290 到 FL410 之間,共可以切割出 13 個空層供飛機飛行。

另外,萬一真的不幸發生意外,飛機要能找到地方緊急迫降,此時要考慮的便是延程飛行時間 (Extended Operation),也就是當意外發生時,迫降到最近機場的時間。通常航線規劃時會要求航線中的任一點,要能在 60~180 分鐘內飛到最近的機場,因此航線的規劃就不能偏離陸地太遠。

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為了能橫跨大洋,選擇不同的機型、飛機本身噴射發動機數量的不同,延程飛行時間也可以跟著拉長。例如較新的波音 777 中許多型號,便通過了 ETOPS-330 的認證,代表延程飛行的容許時間長達 330 分鐘 。

飛機怎麼飛快又省油?

這一條條的空中公路,又該怎麼規劃,才能又快又省油呢?我們可以直接看看實際運行中的航線。然後就會發現:飛機竟然不飛直線,而是繞了個大弧線!你以為是繞了遠路嗎?恰恰相反,這是最短距離!

我們來思考一下,要如何在地球上劃出兩點間的最短距離?只要把地球像是西瓜一樣一刀切下,這一刀不僅要同時經過目標兩點,還要通過球心,剛好把地球切成對半。這條弧線就是兩點的最短距離,又稱為大圓弧線。使用此路線飛行的航線,則稱為大圓航線。

除了大圓航線外,風速當然也是需要考量的重要因素。在地球中緯度的高空上,有條長年從西吹向東的西風帶,如果乘上這些風帶由西向東飛,不僅比較快也較省油;反過來由東向西逆風飛行,所需時間就會較久。以及在各緯度都有可能出現、風速可達時速 200 到 300 公里的噴射氣流,飛行時,若利用這些風帶的效益比大圓航線還要高的話,既可以省油、省時又省錢。

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利用風帶飛行,既省油、省時又省錢。圖/Envato Elements

如果還想要繼續深入機票的定價策略,就會發現裡面複雜的程度就像是氣象預報一樣。

例如為了讓每個座位不被浪費,航空公司出售機票的數量可能比實際的座位數量還要多,也就是所謂的機位超賣,至於要超賣多少張機票,則要綜合考量該班次遊客的性質通常是商業或是旅遊目的居多,並且計算旅客放棄的機率以及賠償成本等等。當旅遊旺季時,還要考量到機場航班過多,機場跑道的起降還要排隊造成的擁擠延誤成本等等。

如果可以簡單誰想要複雜呢?因此也有航空公司推出低成本航空,也就是我們常說的廉航。它們會選擇反其道而行,減少大型機場使用,並以短、中航程為主,策略又完全不一樣。

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守護飛行安全的重要後援!航空氣象知多少
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/04/19 ・3347字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 我的青航時代-2023航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

座落在熱帶和亞熱帶氣候帶的台灣,地形複雜,天氣的變化多端,比另一半翻臉的速度還快。在地面上的人們尚且需要天氣預報,才能順利規劃日常生活起居;在天空中翺翔的飛機,同樣也必須仰賴航空氣象的資訊,才能完成一趟安全的飛行。一起來瞭解航空氣象扮演的重要角色吧!

努力讓「不測風雲」變得可測

過去不少令人觸目驚心的空難憾事,如 2014 年復興航空 222 號班機空難受颱風麥德姆風雨影響墜毀、2020 年空軍黑鷹直升機因天氣驟變失事,都與天氣因素有關。根據台灣國家運輸安全調查委員會的報告,台灣近 10 年的民用航空運輸重大飛航事故分析中,「天氣」是其中僅次於人員因素的事故原因。

因此要守護機組人員與乘客的安全,能否及時提供可靠的機場氣象觀測、預報及警報,供飛航作業人員參考,便至關重要。

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2012-2021 年民用航空運輸業重大飛航事故原因分類統計(單位:事件個數)
。圖/國家運輸安全調查委員會

那麽氣象資訊是怎麽來的呢?幕後功臣就是設置於台灣各處民航機場,堅守各自崗位的航空氣象臺。目前全島共有 5 個航空氣象臺(松山、桃園、高雄、豐年及金門)與 5 個任務臺(蘭嶼、綠島、恆春、北竿、南竿)[註1]負責監測航空氣象。

航空氣象人員的職責,就是蒐集、整理、分析和解釋飛航所需的機場及航路之預測、預報、警報及顯著危害天氣資訊。他們是飛航安全背後的强力後援,全天候守視飛航情報區天氣變化及提供諮詢。

氣象資訊從哪來?來認識氣象觀測的好幫手們

要即時準確地進行氣象觀測,絕對少不了各種氣象裝備的幫忙!任憑氣象七十二變,氣象人員也能透過氣象觀測隨時掌握情況,確保航空安全。飛航服務總臺在各民航機場都有設置的自動氣象觀測系統(Automatic Weather Observation System,簡稱 AWOS),是一個多功能的好幫手。它可以觀測風向、風速、能見度、跑道視程、雲量、雲高、溫度等等各種項目,讓氣象人員可以用來進行機場天氣測報和航機管制作業。

飛機在起飛降落時,最擔心遇到增加飛行難度的風切(Wind Shear)。風切指的是大氣中不同兩點之間,風速或風向的劇烈變化。低空風切(Low-level wind shear)則是指 1600 呎(500 公尺)以下空氣層中的風切,可能造成飛機難以操控而被迫重飛,甚至失速導致飛航事故,因此需格外注意。

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針對棘手的風切問題,氣象臺在松山機場和桃園國際機場設置了 低風切警報系統(Low Level Wind-Shear Alert System,簡稱 LLWAS),利用機場周邊沿跑道兩側及跑道延伸線外之多個 20 公尺以上測風塔進行風場觀測。當風場變化達到風切發生條件時,系統立刻就會透過文字、圖形和聲音等警告資訊,提醒氣象觀測員及塔臺管制員,發布風切警報警示進場和離場的機師做好因應措施。

低風切警報系統中的測風塔。圖/飛航服務總臺

1985 年在桃園國際機場架設的都卜勒氣象雷達(Doppler weather radar),長得就像一個巨型氣球,是當時全亞洲首座供作業用的 C 波段氣象雷達,掃描範圍可達 300 公里。它就像個盡責可靠的氣象觀測員,負責台灣北部機場和附近航路天氣的即時監測與預警,可以掌握劇烈天氣如颱風、雷雨、風切和亂流等天氣現象的發展和移動,提供資訊給飛航相關人員作業參考,確保飛行安全。

1985 年在桃園國際機場架設的都卜勒氣象雷達。圖/飛航服務總臺

「有字天書」——航空氣象報告内容大解密!

如果你拿到一份航空氣象報告,恐怕會以為這是一串亂碼。由各種英文字母縮寫和數字組成的航空氣象電碼,其實有著國際規範的通用格式。只要懂得解讀,就會發現裏頭包含了風向、風速、能見度、雲層狀況、溫度露點及氣壓等多項氣象資訊。按照其用途,航空氣象報告可以分成不同的類型,以下簡單介紹其中幾種。

依照機場的作業規模,航空氣象臺會每半小時或每小時發布機場例行天氣報告(Meteorological Terminal Aviation Routine Weather Report,簡稱 METAR),供飛行員和航管員使用來評估該地區當前的天氣狀況。當天氣變化達特定條件時,則會發布機場特別天氣報告(Aviation Special Weather Report,簡稱 SPECI)。另外,觀測員也會發布未來 2 小時天氣預報,提供航機進行作業因應規劃。

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若需要預測更長程的天氣變化,臺北航空氣象中心也會每天四次更新機場預報(Terminal Aerodrome Forecasts,簡稱 TAF),其有效時間長度分為 30 小時/24 小時/18 小時等三類,讓航空公司可以用來擬定航班飛行計劃,作為航機調度、載重、油料和旅客安排的參考。

安全至上!如何從惡劣天氣中全身而退

在航空業中,天氣變化不只是出門要記得帶傘這點程度的不便,更會影響航班的安排規劃。如果預計會有暴雨或風暴,航空公司可能會取消或延誤航班,以確保乘客和機組人員的安全。當風速和風向發生改變,機師也可能需要改變飛行路線和高度,以大大降低航程的風險。

但你是否也有過類似經驗:明明天氣很好,來到機場卻遇上航班延誤的消息,而感到困惑不解?這些讓旅客滿肚子哀怨的情況,其實也都是為了安全考量,所作的因應安排。因為即使機場所在地的天氣肉眼可見的良好,並不代表機場適合起飛降落。

例如飛機降落前到達一定高度時,機師必須完全看得見跑道及地面狀況,覆蓋在機場起降航道附近的低雲、雷雨區,都可能造成能見度下降,造成飛機不能按時降落。飛行時,若航路前方有雷雨天氣,基於安全考量,機師通常會繞過或飛越,也就增加了航行時間導致班機誤點。靠山邊的機場如蘭嶼機場,常因地形產生風切亂流,導致飛機降落困難,不得不重飛或返航,延誤航班。

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此外,同樣是飛往某地的航班,也可能發生有些能走,有些卻被告知走不了的情況。這是因為航機機型大小不同,適航標準也不同。即使是相同的機型,也會因駕駛員的證照類別、航空公司所訂的安全標準之差異,綜合機場條件、天氣和駕駛員對航機狀態的判斷後,對班機行程做出不一樣的決策。

氣象服務網與 APP 在手,航空氣象即時就有

飛航服務總臺也緊跟時代脚步,建設各項線上即時的氣象資訊服務,包括「航空氣象服務網」和「航空氣象資訊 APP」。航空氣象服務網主要讓航空公司簽派員、飛行員及航空相關人員申請註冊使用,以查詢全球各主要機場即時天氣測報及預報資料。在網站首頁,也有機場即時天氣資料、台灣地區機場適航狀態、即時衛星雲圖等資訊,開發讓一般民衆查詢。

航空氣象資訊 APP 也應行動裝置普及誕生,可供航空從業人員下載使用。一般民衆也能透過 APP 取得全球各大機場即時天氣資訊、東亞地區衛星雲圖及臺灣地區雷達回波圖等資料。

航空氣象資訊 APP 使用介面。圖/飛航服務總臺

【註解】

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  1. 任務臺業務分別由豐年 (業管蘭嶼、綠島)、高雄(業管恆春)、松山(業管北竿)及桃園(業管南竿)航空氣象臺負責管理。

參考資料

  1. 飛航服務總臺:航空氣象服務介紹
  2. 飛航服務總臺:臺北航空氣象中心
  3. 飛航服務總臺:氣象裝備
  4. 台灣飛安統計(2012 – 2021)。國家運輸安全調查委員會。
  5. 飛航服務總臺:桃園機場都卜勒氣象雷達介紹
  6. 航空氣象服務網
  7. 「2020 飛航解密 暢遊天際」系列講座 – 臺北航空氣象中心主任余曉鵬精彩演講內容
  8. Wikipedia – 航空例行天氣報告
  9. Wikipedia – 終端機場天氣預報
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