神奇的飛機(jī)黑匣子

2022年3月21日，東航墜機(jī)事件牽動(dòng)無數(shù)國人的心，尋找失事飛機(jī)黑匣子的過程，更是成為新聞的焦點(diǎn)。

黑匣子究竟是什么呢？一般而言，黑匣子指不明白其工作原理的機(jī)器，在電子技術(shù)中，把只注重其輸入和輸出的信號(hào)而不關(guān)注其內(nèi)部情況的儀器統(tǒng)統(tǒng)稱為黑匣子。現(xiàn)實(shí)生活中能被稱為黑匣子的東西有很多，比如電腦就是一個(gè)不折不扣的黑匣子，因?yàn)橐话闳硕疾幻靼纂娔X的內(nèi)部工作原理是什么。

對(duì)飛機(jī)來說，黑匣子（英文black box）是航空飛行記錄器的俗名。空難事故發(fā)生后，飛機(jī)往往解體，甚至被烈火燒毀。現(xiàn)場(chǎng)救援中，搜尋被譽(yù)為“空難見證者”的黑匣子是重要一環(huán)。黑匣子可以給調(diào)查人員提供證據(jù)，幫助他們了解事故的真相，是破解事故發(fā)生原因的關(guān)鍵。

大多數(shù)的客機(jī)、軍用飛機(jī)上安裝的黑匣子都是一整套系統(tǒng)，包括兩種不同的類型。

一種是被稱為飛機(jī)數(shù)據(jù)記錄器（FDR）的黑匣子，專門記錄飛行中的各種數(shù)據(jù)，如飛行的時(shí)間、速度、高度、飛機(jī)舵面的偏度、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以及溫度等，共有30多種數(shù)據(jù)，并可累計(jì)記錄25小時(shí)。起飛前，只要打開黑匣子的開關(guān)，飛行過程中的上述種種數(shù)據(jù)就都被收錄在黑匣子內(nèi)。一旦發(fā)生空難，這些飛行參數(shù)就可以通過專用設(shè)備重新提取出來，供飛行實(shí)驗(yàn)、事故分析使用。

另一種是被稱為飛行員語言記錄器（CVR）的黑匣子，它借助安放在駕駛艙及座艙內(nèi)的揚(yáng)聲器，可以記錄駕駛艙內(nèi)的各種聲音，包括機(jī)組成員之間的對(duì)話、陸空通話和駕駛艙內(nèi)的各種背景音，如發(fā)動(dòng)機(jī)聲音等。它的記錄時(shí)長(zhǎng)為30分鐘，超過30分鐘又會(huì)重新開始錄音，因此黑匣子內(nèi)錄存的是空難30分鐘前機(jī)內(nèi)的重要信息。

黑匣子為長(zhǎng)方體密封金屬容器，長(zhǎng)約40厘米，高與寬約為20厘米，外形并不像匣子，更像個(gè)小的流線型集裝箱，每個(gè)重20千克到30千克，內(nèi)部實(shí)際上是一臺(tái)收發(fā)信機(jī)。在飛機(jī)飛行過程中，黑匣子能將收集到的各種信息及時(shí)接收下來，并自動(dòng)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)連續(xù)進(jìn)行記錄;當(dāng)飛機(jī)失事后，黑匣子的緊急定位發(fā)射機(jī)能夠自動(dòng)向四面八方發(fā)射出特定頻率，“宣告”自己所處的方位。這是一種有規(guī)律的類似心跳的無線電信號(hào)，搜尋者可溯波尋找。

早期飛機(jī)內(nèi)所有電子儀器都放置在大小、形狀統(tǒng)一的黑色方盒里，飛行記錄器也是如此，而且存放的盒子更加堅(jiān)固，所以早期叫“黑匣子”名副其實(shí)。現(xiàn)在的黑匣子則并不是黑色的，一般被漆成明亮的橘紅色。這種顯眼的顏色以及記錄儀外部的反射條帶，能幫助搜尋者很快找到記錄儀。

為了承受飛機(jī)墜毀時(shí)的猛烈撞擊和高溫烈焰，黑匣子通常是用鐵和一些高性能耐熱材料做成，外殼是厚鋼板和多層絕熱防沖擊保護(hù)材料，具有極強(qiáng)的抗火、耐壓、耐沖擊振動(dòng)、耐海水浸泡，以及抗磁干擾等性能，記錄介質(zhì)也從磁帶式改進(jìn)成能承受更大沖擊的靜態(tài)存儲(chǔ)記錄儀，類似于計(jì)算機(jī)里的存儲(chǔ)芯片，能防止黑匣子在空難中遭到損壞。

出于安全考慮，兩個(gè)黑匣子通常被安裝在飛機(jī)尾部最安全的部位，也就是失事時(shí)最不易損壞的部位，如后客艙、后廚房、飛機(jī)尾艙、后貨艙側(cè)壁，以及后機(jī)組休息艙側(cè)壁等部位。

飛機(jī)墜毀后，黑匣子在1100℃的火焰中能經(jīng)受30分鐘的燒烤，能承受2.25噸重的物體擠壓5分鐘，能夠在汽油、機(jī)油、酒精、電池酸液，以及海水中浸泡幾個(gè)月，總之，它能在許多惡劣的條件下安然無恙。

世界上大部分空難原因都是通過黑匣子找出來的。例如，波音777客機(jī)上的黑匣子是帶有水下信標(biāo)的，黑匣子在遇水后，水下信標(biāo)就被激活，每秒會(huì)發(fā)出一次頻率為37.5kHz的水聲脈沖信號(hào)，并能從深度為14 000英尺（約4.27千米）的水下傳遞聲音，持續(xù)30天。這種脈沖可以被聲吶和聲學(xué)定位儀探測(cè)到。黑匣子作為客機(jī)沉入海底后唯一還可能發(fā)出信號(hào)的部件，若能憑借水聲信號(hào)定位黑匣子，就可以縮小對(duì)客機(jī)殘骸的搜索范圍，對(duì)黑匣子的搜索猶為重要。

1908年，美國發(fā)生了第一起軍用飛機(jī)事故。以后，隨著飛行事故增加，迫切需要有一種研究事故原因的儀器。二戰(zhàn)時(shí)，飛行記錄儀正式在軍用飛機(jī)上使用，戰(zhàn)后則進(jìn)一步用到民航飛機(jī)上。早期的記錄方式比較落后，用的是機(jī)械記錄的方法，記錄在照相紙上。先進(jìn)的磁記錄方式發(fā)明以后，才變得方便可靠了。

黑匣子不斷更新?lián)Q代。20世紀(jì)60年代問世的黑匣子只能記錄5個(gè)參數(shù)，誤差較大。70年代開始使用數(shù)字記錄磁帶，能記下100多個(gè)參數(shù)，保存最后25小時(shí)的飛行數(shù)據(jù)。90年代后出現(xiàn)了集成電路存儲(chǔ)器，像電腦的內(nèi)存條那樣，可記錄2小時(shí)的CVR聲音和25小時(shí)的FDR飛行數(shù)據(jù)，大大提高了空難分析的準(zhǔn)確度。

盡管黑匣子功能很強(qiáng)大，但是它也有很多缺點(diǎn)。比如，即使它采用醒目的橘紅色，也仍然不太好找到，因?yàn)閺母呖諌嬄洌茉业降叵?0米深處，萬一落到深海中更是名副其實(shí)的大海撈針;有些時(shí)候，黑匣子被找到但因?yàn)閾p壞嚴(yán)重而失去使用價(jià)值;信標(biāo)發(fā)射器本身容易脫落，所以信號(hào)存在誤差，無法精確定位等。

很多人問，既然黑匣子這么重要，又存在不好找的缺點(diǎn)，為什么它的信息沒有衛(wèi)星同步備份？

其實(shí)，當(dāng)前的民航系統(tǒng)已經(jīng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控飛機(jī)的速度、高度等數(shù)據(jù)，而飛機(jī)自身也能通過衛(wèi)星電話與地面實(shí)時(shí)溝通，不過，如果真的把各種飛行數(shù)據(jù)、駕駛艙對(duì)話等信息都實(shí)時(shí)同步，數(shù)據(jù)量實(shí)在太大，成本也高。另一個(gè)原因是，無論是飛機(jī)上的Wi-Fi，還是衛(wèi)星電話、雷達(dá)等系統(tǒng)，都沒辦法保證網(wǎng)絡(luò)信號(hào)穩(wěn)定，要做到同步保存所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)，技術(shù)上還做不到。

可見，尋找一種成熟、可承受的飛行參數(shù)記錄系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的飛速發(fā)展，這一天也許并不遙遠(yuǎn)。