黑匣子的秘密

黑匣子的秘密

墜機現(xiàn)場

飛機的快捷、方便，已成為人們出行的首選交通工具，但機器就是機器，有時免不了要出故障。2014年7月17日，一架屬于馬來西亞航空公司的MH17從阿姆斯特丹飛往吉隆坡，卻在烏克蘭東部墜毀，280名乘客和15名機組成員無人生還；2014年7月23日，臺灣澎湖空難造成48人罹難10人受傷；2014年7月24日，一架由西班牙Swift Air運營的阿爾及利亞航空MD83客機AH5017航班，在從西非國家布基納法索首都瓦加杜古飛往阿爾及利亞首都阿爾及爾的途中，在起飛50 min之后失聯(lián)，經(jīng)確認已墜毀。

上述幾起空難，不論是人為因素、機械故障或不可抗拒的惡劣自然條件造成，都給人們帶來巨大的傷亡和不可估量的財產(chǎn)損失。空難事故發(fā)生后，飛機自身攜帶的黑匣子是解開秘密的重要物證，那么黑匣子究竟是什么？下面小編帶大家一探究竟。

黑匣子的定義

“黑匣子”，是飛機專用的電子記錄設(shè)備之一，俗稱飛參記錄器，簡稱“飛參”，主要是由采集器和記錄器組成。一般民航客機上會同時安裝兩個黑匣子，分別為飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和座艙音頻記錄系統(tǒng)。飛機各機械部位和電子儀器儀表都裝有傳感器與之相連。它能把飛機停止工作或失事墜毀前半小時的語音對話和兩小時的飛行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間，還有飛機系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來，需要時把所記錄的內(nèi)容解碼，供飛行實驗、事故分析之用。

黑匣子的外表并不是黑色的，而是醒目的橙色，表面還貼有方便夜間搜尋的反光標識。因為飛參記錄器記錄的數(shù)據(jù)必須通過專用的下載設(shè)備和回放軟件才能解讀和分析，加上事故記錄器存儲的數(shù)據(jù)非常關(guān)鍵和神秘，另外在一些事故中記錄器經(jīng)過火燒后變成了黑色，所以人們將飛參記錄器稱為“黑匣子”。 黑匣子作為一種事關(guān)飛行安全的重要航空電子設(shè)備，具有抗強沖擊、抗穿透、抗高溫火燒、抗深海壓力、耐海水浸泡、耐腐蝕性液體浸泡等特種防護能力，能在各種飛機事故中保存其內(nèi)部存儲的信息。在飛機通電后，黑匣子將會自動啟動，記錄飛機相關(guān)信息，不受任何人員控制。根據(jù)民航要求，黑匣子的數(shù)據(jù)信息是實時采集于飛機傳感器和相關(guān)系統(tǒng)，必須保留斷電前至少25 h的飛行數(shù)據(jù)和2 h的音頻數(shù)據(jù)，并且記錄的數(shù)據(jù)不可更改。一般來說,飛行數(shù)據(jù)黑匣子安裝在飛機尾部，以保證飛機墜毀時對其的破壞降到最低；座艙音頻黑匣子安裝在飛機前部，有利于語音信號的采集和記錄。黑匣子連接飛機的應(yīng)急供電電源，確保能工作到最后時刻。作為飛機飛行數(shù)據(jù)客觀、真實、全面的記錄者，黑匣子是飛機失事后查明事故原因的最可靠、最科學、最有效的手段。伴隨著航空事業(yè)的發(fā)展，黑匣子在飛機日常安全維護、飛行狀態(tài)監(jiān)測、消除事故隱患以及故障定位方面也發(fā)揮著越來越重要的作用，甚至可以說充當著飛行過程中不可或缺的角色。

黑匣子

黑匣子的誕生

1905年，當萊特兄弟制造的“飛行者1號”飛機騰空而起之后，人類終于擺脫了重力的束縛，開始了征服天空的旅程。然而，就像任何戰(zhàn)爭總會有犧牲一樣，人類的飛天之路也付出了巨大的代價，飛行的先驅(qū)者中有很多都血灑長空，后來的客機也不時有失事的事故發(fā)生。

當一架飛機墜毀之后，怎樣才能分析出事故的原因呢？

我們可以找飛機殘骸，之后再把所有碎片拼合在一起來尋找線索。但是，隨著飛機越來越龐大、結(jié)構(gòu)越來越復雜，僅靠碎片拼合已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)問題所在。更何況有些飛機墜毀在茫茫大海中，要到哪里去找殘骸呢？為解決這個問題，法國航空工程師弗朗西斯·于斯諾和保羅·博杜安于1939年發(fā)明了一種記錄裝置：把飛機飛行時的速度、高度等幾項最重要的信息記錄下來，用類似拍照的原理記錄在88 mm膠卷上。這樣，只要降落后拿出膠卷，就能還原出飛行時的狀態(tài)了。但是這種裝置的膠片是一次性使用的，成本太高。況且這種裝置只適用于順利降落的飛機，如果飛機摔了……還是等于零啊。所以也只是用在新型號飛機的試飛上。

第二次世界大戰(zhàn)期間，英國工程師改進了這一裝置，以銅箔作 “紙”，用鋼針為筆，持續(xù)地“畫”下各種參數(shù)的變化曲線。這樣哪怕飛機著火、墜毀，也能搶回珍貴的數(shù)據(jù)了。不過，銅箔比較笨重，記錄的數(shù)據(jù)量有限，價錢也不便宜，所以只用在了軍用飛機上。1956年，首個用于民航客機的飛行數(shù)據(jù)記錄裝置（FDR）在澳大利亞誕生。而它的發(fā)明者戴維·瓦倫博士，其實本來是個研究航空燃油的化學家，只是在研究過程中發(fā)現(xiàn)了這個問題，就“順道”設(shè)計出了FDR。在瓦倫的裝置里，用“磁帶”代替了銅箔。這里說的磁帶，實際是帶有磁性的鋼絲，有點像是后來曾廣泛使用的盒式磁帶（將磁性粉末涂在薄薄的塑料帶上）。它比膠片耐火耐沖擊，和銅箔相比則更輕便，最重要的是：這種磁帶是可以重復使用的，成本很低，這就讓FDR具備了實際應(yīng)用的基礎(chǔ)。之后，瓦倫再次提出新的問題：FDR只能告訴我們，飛機在出事之前的姿態(tài)、高度、速度等參數(shù)，但很多飛行事故實際上是人為造成的，也就是飛行員的錯誤操作引發(fā)，F(xiàn)DR是沒法記錄下這種人為因素的。因此，瓦倫又發(fā)明了另一個裝置：座艙音頻記錄（CVR）。說白了，這個裝置就是一個錄音機，忠實地記錄下駕駛艙里的任何聲音，無論是飛行員之間、機組和空中管制員之間的對話，還是儀表發(fā)出的各種報警音、引擎的轟鳴聲，甚至是爆炸聲，都能被它記錄下來，作為核實事故原因的重要參考。這樣FDR和CVR分別封裝起來，就成為兩個“黑匣子”，為事故調(diào)查提供重要依據(jù)。

黑匣子的結(jié)實程度

凡有墜機事故發(fā)生，無論陸地還是海里，飛機基本上都會被摔得七零八落，有時還會引發(fā)熊熊烈火，黑匣子里記錄的數(shù)據(jù)要如何保存？

為此，瓦倫和同事們想出了一個簡單粗暴的辦法：把記錄儀結(jié)實地包裹起來。具體來說，就是用非常堅固的厚鋼板，把FDR、CVR都密封在里頭，如同保險柜一般，只留下幾個數(shù)據(jù)接口。為了應(yīng)對大火灼燒的可能，鋼板內(nèi)層還襯有很厚的絕熱層，可以確保黑匣子在大火中燒上七八個小時后，其中的記錄依然完好。另外，整個黑匣子的外殼做到了高度密封，除了數(shù)據(jù)什么都進不去，這樣，哪怕是長期浸泡在海水里也不打緊。同時，兩個黑匣子分別固定在機頭和機尾，這樣，哪怕是發(fā)生了爆炸，也不容易將它們同時摧毀，至少有一個能幸存下來提供信息。并且，黑匣子是完全自主工作的，飛行員無法干預，杜絕了人為阻礙黑匣子記錄數(shù)據(jù)的可能。有了多重的保護措施，黑匣子在空難中幸存下來的概率大增，成為事故的見證者。

聲吶探測儀

黑匣子的定位打撈

黑匣子在陸地的定位主要依靠人工目視，找到飛機的殘骸后，利用黑匣子外表明亮、獨特的顏色和反光標識進行搜尋。

黑匣子在水下定位主要依靠水下定位信標（ULB）。它是一個依靠電池供電的水下超聲波脈沖發(fā)生器，牢固地安裝在黑匣子外部。一旦黑匣子入水，信標上的水敏開關(guān)啟動信標工作，通過信標的金屬外殼把頻率為37.5 kHz的超聲波信號發(fā)射到周圍水域，每秒一個脈沖。其內(nèi)置電池可連續(xù)工作至少30天，30天后，隨著電量逐漸耗盡，超聲波信號將越來越微弱，直至停止工作。信標可以在6 096 m的深度內(nèi)發(fā)出超聲波，但在距離信標1 800～3 600 m的范圍內(nèi)才能夠被儀器探測到，海水的狀態(tài)、周圍的船只、海洋動物、石油管道以及其他因素造成的噪音都會影響信標的被探測范圍。水下定位信標發(fā)出信號時，可以通過專用聲吶探測儀進行定位。由于信標信號的可探測范圍相對于大海而言極其有限，一般先要進行殘骸大致范圍定位，然后再通過拖曳式聲吶縮小定位范圍，最后再使用可以定位信號來源方向的水聽器，定位黑匣子的方位。如果黑匣子沉入淺海，可由潛水員進行打撈。如果黑匣子沉入深海，超過人工潛水深度時，需要使用專門的搜索、打撈設(shè)備。一般可使用輪船放下水下線控機器人，操作人員在船上通過綜合顯示控制臺，控制機器人攜帶的海底聲吶掃描設(shè)備、信標方位定位器、深海攝像頭定位黑匣子，通過機械手打撈黑匣子。

黑匣子未來的研發(fā)

迄今為止，至少在14起民航空難中，黑匣子沒有發(fā)揮它們應(yīng)有的作用。原因是多種多樣的：有的是飛機摔進了大海，盡管全力搜索，最終也沒能找到黑匣子；有的是知道黑匣子的大致方位，但水深已超過了當時的技術(shù)條件而無法打撈出水；有的則是黑匣子實在承受不了巨大的沖擊力而摔成了碎片。實踐證明，即便設(shè)計時考慮得再周到，在極端惡劣的條件下，黑匣子依然可能被損壞。為了解決水上事故后定位打撈黑匣子的困難以及陸地事故后黑匣子存活率達不到100%的難題，拋放式黑匣子應(yīng)運而生。

實際上，這一技術(shù)已被美國海軍所使用。當飛機遭遇不測時，飛機上的傳感器會在瞬間檢測到這種變化（如速度、高度急劇下降或劇烈的爆炸等），然后將黑匣子整個彈射出去。隨即，一個小小的降落傘將會保護著黑匣子緩慢下墜；如果是落入水中，還會自動打開一個充氣閥讓它漂浮在水面上。這樣，無論是經(jīng)歷高空墜落，還是飛機本身發(fā)生大爆炸，都不會危及黑匣子的安全，也能為搜救人員贏得寶貴的緩沖時間。

隨著科學技術(shù)的進步，黑匣子的設(shè)計也在不斷改進，但無論怎樣，最根本的還是杜絕人為事件、降低空難發(fā)生的概率。