ทำไมเครื่องบิน ถึงไม่โดนฟ้าผ่าตก?

     หลายคนเคยนั่งมองออกไปนอกหน้าต่างเครื่องบิน ในคืนฝนตกแล้วเกิดคำถามขึ้นในใจว่า "ถ้าฟ้าผ่าลงมาที่เครื่องบินโดยตรง ผู้โดยสารจะปลอดภัยไหม?" เพราะเพียงแค่ฟ้าผ่าต้นไม้หรือเสาไฟบนพื้นดิน ความเสียหายก็รุนแรงจนมองเห็นได้ทันที ทั้งไฟดับ วงจรไฟฟ้าเสียหาย หรือ แม้แต่เกิดไฟไหม้ แต่เครื่องบินที่ลอยอยู่กลางอากาศซึ่งดูเหมือนจะเป็นเป้าขนาดใหญ่ กลับสามารถบินต่อได้อย่างสงบ หลายเที่ยวบินแทบไม่มีใครรู้ด้วยซ้ำว่าเมื่อไม่กี่นาทีก่อนเครื่องบินเพิ่งถูกฟ้าผ่า...

     ความจริงแล้วเครื่องบินพาณิชย์สมัยใหม่ ถูกฟ้าผ่าเฉลี่ยปีละ 1-2 ครั้งต่อ 1 ลำ แต่ข่าวเครื่องบินตกจากฟ้าผ่ากลับเกิดขึ้นน้อยมาก จนแทบไม่อยู่ในความกังวลหลักของอุตสาหกรรมการบินเลย เรื่องนี้ไม่ได้เกิดจากโชคช่วย แต่เป็นผลจากวิศวกรรม การออกแบบ การทดสอบ และ กฎความปลอดภัยที่พัฒนามานานหลายสิบปี จนทำให้เครื่องบินกลายเป็นหนึ่งในยานพาหนะ ที่สามารถรับมือกับพลังของธรรมชาติได้ดีที่สุดชนิดหนึ่งของโลก

     สิ่งแรกที่ต้องเข้าใจก่อนคือ "ฟ้าผ่า" ไม่ใช่สายฟ้าที่มีเป้าหมายชัดเจนเหมือนในภาพยนตร์ แต่มันคือการปลดปล่อยพลังงานไฟฟ้าปริมาณมหาศาล จากความต่างศักย์ระหว่างก้อนเมฆกับพื้นดิน หรือ ระหว่างก้อนเมฆกับก้อนเมฆด้วยกัน ภายในเมฆพายุจะเกิดการเสียดสีของหยดน้ำ เกล็ดน้ำแข็ง และ อนุภาคต่างๆ จนทำให้ประจุไฟฟ้าแยกตัวออกจากกัน ส่วนบนของเมฆมักมีประจุบวก ส่วนล่างของเมฆมักมีประจุลบ เมื่อความต่างศักย์สูงมากพอ อากาศที่ปกติเป็นฉนวนจะไม่สามารถต้านทานได้อีกต่อไป กระแสไฟฟ้าจึงพุ่งผ่านอากาศด้วยความเร็วมหาศาลจนเกิดเป็นฟ้าผ่า เส้นทางของฟ้าผ่าไม่ได้เลือกเฉพาะจุดที่สูงที่สุดเสมอไป แต่มันจะเลือกเส้นทางที่เหมาะสมที่สุดในการถ่ายเทประจุ ดังนั้นเครื่องบินที่บินอยู่ใกล้บริเวณซึ่งมีสนามไฟฟ้าเข้มข้น จึงสามารถกลายเป็นส่วนหนึ่งของเส้นทางนี้ได้

     นักบินจำนวนมากเคยเล่าว่า "บางครั้งก่อนเกิดฟ้าผ่า ท้องฟ้ารอบเครื่องบินจะสว่างวาบเพียงเสี้ยววินาที แล้วตามมาด้วยเสียงดังคล้ายระเบิดเบาๆภายในลำตัวเครื่อง" ซึ่งสิ่งที่เกิดขึ้นจริงๆแล้ว คือ กระแสไฟฟ้าได้ไหลเข้าที่จุดหนึ่งของเครื่องบิน เช่น ปลายปีกหรือจมูกเครื่อง แล้วไหลออกไปอีกจุดหนึ่ง เช่น หางเครื่องหรือปลายปีกอีกด้าน แต่ผู้โดยสารภายในห้องโดยสารกลับไม่ถูกไฟช็อต เหตุผลสำคัญคือโครงสร้างของเครื่องบิน ทำหน้าที่คล้าย "กรงฟาราเดย์" ซึ่งเป็นหลักการทางฟิสิกส์ ที่ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลอยู่บนพื้นผิวภายนอกของตัวนำ  มากกว่าจะไหลเข้าสู่ด้านใน เมื่อกระแสไฟจากฟ้าผ่ากระทบผิวโลหะของเครื่องบิน มันจะวิ่งไปตามพื้นผิวด้านนอกของลำตัวและออกจากเครื่อง โดยไม่ผ่านตัวผู้โดยสารที่อยู่ภายใน จึงคล้ายกับเวลาที่รถยนต์ถูกฟ้าผ่า คนภายในรถมักปลอดภัย เพราะตัวถังโลหะนำกระแสไฟไปด้านนอก

     ในอดีตเครื่องบินส่วนใหญ่ สร้างจากอะลูมิเนียมซึ่งเป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดีมาก ฟ้าผ่าจึงสามารถไหลผ่านพื้นผิวได้ค่อนข้างง่าย โดยไม่สร้างความเสียหายรุนแรง แต่เมื่อโลกเข้าสู่ยุคของเครื่องบินวัสดุคอมโพสิต เช่น คาร์บอนไฟเบอร์ วิศวกรต้องคิดวิธีใหม่ในการรับมือกับฟ้าผ่า เพราะวัสดุเหล่านี้ไม่นำไฟฟ้าได้ดีเท่าโลหะ หากปล่อยให้ฟ้าผ่ากระแทกโดยตรง อาจเกิดความร้อนสูงจนพื้นผิวเสียหายได้ ดังนั้นเครื่องบินรุ่นใหม่จึงถูกออกแบบให้มีชั้นตาข่ายโลหะหรือเส้นใยนำไฟฟ้าฝังอยู่ใต้พื้นผิว เพื่อช่วยกระจายกระแสไฟฟ้าออกไปอย่างปลอดภัย หลายคนไม่เคยรู้เลยว่าภายใต้สีขาวเรียบเนียนของเครื่องบินยุคใหม่ มีโครงสร้างซับซ้อนที่ถูกออกแบบมาเพื่อต่อสู้กับพลังงานระดับหลายแสนแอมแปร์ซ่อนอยู่

     ถึงแม้กระแสไฟฟ้าจากฟ้าผ่าจะรุนแรงมาก แต่ระยะเวลาของมันสั้นอย่างไม่น่าเชื่อ บางครั้งกินเวลาเพียงไม่กี่ไมโครวินาที กระแสไฟจึงเคลื่อนผ่านอย่างรวดเร็ว ความเสียหายส่วนใหญ่ที่เกิดขึ้นกับเครื่องบิน จึงมักเป็นเพียงรอยไหม้ รอยจุดดำ หรือ โลหะละลายเล็กน้อยบริเวณจุดเข้าและจุดออกของฟ้าผ่า หลังจากเครื่องลงจอด ช่างซ่อมบำรุงจะตรวจสอบบริเวณเหล่านี้อย่างละเอียด เพื่อให้มั่นใจว่าไม่มีรอยแตกร้าวหรือความเสียหายที่ซ่อนอยู่ โดยระบบการบินสมัยใหม่ ถูกกำหนดมาตรฐานอย่างเข้มงวด ทุกครั้งที่เครื่องบินถูกฟ้าผ่า จะมีขั้นตอนตรวจสอบที่ชัดเจนว่าจุดใดต้องดู จุดใดต้องเปลี่ยนอะไหล่ หรือ จุดใดต้องทดสอบระบบไฟฟ้าเพิ่มเติม ไม่มีสายการบินใดอยากเสี่ยงกับความปลอดภัย เพราะอุตสาหกรรมนี้ เรียนรู้จากอุบัติเหตุในอดีตมามากแล้ว

     โดยหนึ่งในเหตุการณ์สำคัญที่เปลี่ยนมาตรฐานการออกแบบเครื่องบินทั่วโลก คือ อุบัติเหตุของ "แพน แอม ไฟล์ท 214" ในปี ค.ศ. 1963 เครื่องบินลำนี้ถูกฟ้าผ่าแล้วเกิดการระเบิดของถังเชื้อเพลิงจนตกลงมา เหตุการณ์ครั้งนั้นทำให้วงการการบินตระหนักว่า ภัยอันตรายที่แท้จริงไม่ได้อยู่ที่ผู้โดยสารถูกไฟช็อต แต่อยู่ที่ประกายไฟเล็กๆภายในระบบเชื้อเพลิง เพราะไอระเหยของเชื้อเพลิงติดไฟได้ง่ายมาก หลังจากนั้นกฎด้านความปลอดภัยถูกยกระดับครั้งใหญ่ ทุกจุดที่เกี่ยวข้องกับถังเชื้อเพลิง ต้องมีระบบป้องกันประกายไฟ ช่องต่อ ฝาปิด วาล์ว และ ชิ้นส่วนต่างๆ ต้องถูกออกแบบให้เชื่อมต่อทางไฟฟ้าอย่างสมบูรณ์ เพื่อไม่ให้เกิดการอาร์กของกระแสไฟภายในถังเชื้อเพลิงอีก

     เครื่องบินสมัยใหม่ไม่ได้พึ่งเพียงโครงสร้างภายนอกเท่านั้น แต่ยังมีระบบป้องกันทางอิเล็กทรอนิกส์จำนวนมาก เช่น ระบบควบคุมการบิน ระบบนำร่อง คอมพิวเตอร์ และ เครื่องยนต์ ซึ่งถูกออกแบบให้มีการป้องกันคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าและแรงดันกระชากจากฟ้าผ่า สายไฟจำนวนมากถูกหุ้มฉนวนและแยกเส้นทางอย่างพิถีพิถัน เพื่อป้องกันการเหนี่ยวนำทางแม่เหล็กไฟฟ้า หลายระบบมีความซ้ำซ้อน เช่น หากระบบหนึ่งล้มเหลว ยังมีอีกระบบเข้ามาทำงานแทนทันที หลักการนี้เรียกว่า "ริดันเดินซี" ซึ่งเป็นหัวใจสำคัญของความปลอดภัยทางการบิน ซึ่งวิศวกรไม่ได้ออกแบบโดยหวังว่าเหตุร้ายจะไม่เกิดขึ้น แต่พวกเขาออกแบบโดยสมมุติว่า เหตุร้ายจะเกิดขึ้นแน่นอน แล้วทำอย่างไรให้เครื่องบินยังบินต่อและลงจอดได้อย่างปลอดภัย?

     ก่อนเครื่องบินรุ่นใหม่จะได้รับอนุญาตให้นำผู้โดยสารขึ้นบิน มันต้องผ่านการทดสอบฟ้าผ่าอย่างเข้มงวด ห้องทดลองบางแห่งสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าจำลอง ที่มีพลังใกล้เคียงกับฟ้าผ่าจริง แล้วปล่อยเข้าใส่ส่วนต่างๆของเครื่องบิน วิศวกรจะตรวจสอบว่าโครงสร้างละลายหรือไม่ ระบบคอมพิวเตอร์รวนหรือไม่ ถังเชื้อเพลิงปลอดภัยหรือไม่ การทดสอบเหล่านี้มีค่าใช้จ่ายมหาศาล แต่ถือเป็นเรื่องจำเป็น เพราะหากเกิดความผิดพลาดกลางอากาศ ความเสียหายอาจหมายถึงชีวิตของผู้โดยสารหลายร้อยคน

     นักบินเองก็ไม่ได้เพิกเฉยต่อฟ้าผ่า แม้เครื่องบินจะถูกออกแบบให้ทนได้ แต่พายุฝนฟ้าคะนองยังคงเป็นสิ่งที่นักบินพยายามหลีกเลี่ยงเสมอ เหตุผลไม่ได้มีแค่ฟ้าผ่า แต่รวมถึงกระแสอากาศปั่นป่วน ลูกเห็บ ลมเฉือน และ น้ำแข็งเกาะปีก ซึ่งล้วนเป็นอันตรายต่อการบิน เรดาร์ตรวจอากาศบนเครื่องบินสามารถตรวจจับกลุ่มเมฆพายุได้ โดยนักบินจะพยายามเปลี่ยนเส้นทางบินเพื่ออ้อมพายุ แม้ต้องใช้เชื้อเพลิงเพิ่มหรือใช้เวลาเดินทางนานขึ้นก็ตาม เพราะความปลอดภัยสำคัญที่สุด อย่างไรก็ตาม ในบางสถานการณ์ เช่น ช่วงขึ้นบินหรือลงจอดที่ต้องผ่านชั้นเมฆ เครื่องบินอาจหลีกเลี่ยงฟ้าผ่าได้ยาก จึงมีโอกาสถูกฟ้าผ่าเกิดขึ้นเป็นครั้งคราว

     หลายคนเข้าใจผิดว่าเครื่องบินลอยอยู่กลางอากาศ จึงไม่มีทางเป็นส่วนหนึ่งของวงจรไฟฟ้า ความจริงแล้วฟ้าผ่าไม่จำเป็นต้องมีสายดินแบบปลั๊กไฟในบ้าน มันเพียงต้องการเส้นทางให้ประจุเคลื่อนที่จากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง เครื่องบินที่บินผ่านบริเวณสนามไฟฟ้าสูง สามารถกลายเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดฟ้าผ่าได้ด้วยซ้ำ มีงานวิจัยหลายชิ้นพบว่า "เครื่องบินบางครั้งไม่ได้เป็นเหยื่อของฟ้าผ่า แต่เป็นตัวจุดชนวนให้เกิดฟ้าผ่าเอง" เมื่อปลายปีกหรือจมูกเครื่องบินรบกวนสนามไฟฟ้าในอากาศ กระแสไฟอาจเริ่มก่อตัวจากตัวเครื่องแล้วพุ่งออกไปยังเมฆหรือพื้นดิน นี่จึงเป็นเหตุผลว่าทำไมเครื่องบินถึงถูกฟ้าผ่าบ่อยกว่าที่คนส่วนใหญ่คิด

     หากผู้โดยสารนั่งอยู่ในเครื่องบินแล้วเกิดฟ้าผ่า สิ่งที่อาจสังเกตได้คือแสงวาบนอกหน้าต่าง เสียงดังปัง หรือ ไฟในห้องโดยสารกระพริบชั่วครู่ บางครั้งอาจได้กลิ่นไหม้อ่อนๆจากอากาศที่ถูกเผาไหม้ แต่โดยทั่วไปเครื่องบินยังสามารถบินต่อได้ตามปกติ นักบินจะตรวจสอบระบบต่างๆ และ รายงานเหตุการณ์ให้ศูนย์ควบคุมทราบ เมื่อถึงสนามบินก็จะมีทีมช่างเข้าตรวจสอบอย่างละเอียด ความจริงแล้วผู้โดยสารจำนวนมากอาจเคยอยู่บนเที่ยวบินที่ถูกฟ้าผ่าโดยไม่รู้ตัวเลยด้วยซ้ำ ซึ่งสิ่งที่น่าสนใจอีกอย่างคือ "แม้ฟ้าผ่าจะมีอุณหภูมิสูงกว่า 27,000 องศาเซลเซียส ซึ่งร้อนกว่าพื้นผิวดวงอาทิตย์เสียอีก แต่เครื่องบินกลับไม่ละลายทั้งลำ" เพราะพลังงานนี้กระจุกตัวอยู่ในช่วงเวลาสั้นมาก และ ไหลไปตามพื้นผิวอย่างรวดเร็ว จึงไม่ได้ถ่ายเทความร้อนเข้าสู่โครงสร้างทั้งหมดเหมือนการเผาไหม้ต่อเนื่อง ถึงอย่างนั้นวิศวกรก็ยังต้องคำนึงถึงผลกระทบจากความร้อนเฉพาะจุด เช่น บริเวณปลายปีกหรือจมูกเครื่อง ซึ่งอาจเกิดรอยหลอมละลายเล็กๆได้

     โลกของการบินเป็นตัวอย่างสำคัญ ของการที่มนุษย์เรียนรู้จะอยู่ร่วมกับธรรมชาติแทนที่จะเอาชนะมัน เราไม่สามารถห้ามไม่ให้เกิดฟ้าผ่าได้ แต่เราสามารถเข้าใจหลักฟิสิกส์ของมัน แล้วออกแบบเครื่องบินให้รับมือกับมันได้อย่างปลอดภัย ทุกวันนี้เครื่องบินพาณิชย์จึงไม่ใช่เพียงท่อโลหะติดปีกที่ลอยอยู่บนฟ้า แต่มันคือผลรวมขององค์ความรู้ด้านอากาศพลศาสตร์ วิศวกรรมไฟฟ้า วัสดุศาสตร์ และ บทเรียนจากอุบัติเหตุในอดีตที่ถูกนำมาพัฒนาอย่างต่อเนื่องนั่นเอง...

เขียนโดย : ผู้แข็งแกร่งไร้เทียมทาน