黑匣子

　　1、簡介

　　空難事故發(fā)生后，飛機往往解體，甚至被烈火燒毀。人們到現(xiàn)場救援的時候，總是會尋找一個東西，它的名字就是被譽為空難“見證人”的黑匣子。它可以給調查人員提供證據(jù)，幫助他們了解事故的真相。實際上，黑匣子是飛機上的記錄儀器，是一種飛行數(shù)據(jù)記錄儀。它能將飛機的高度、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。另一種是座艙話音記錄儀。它實際上就是一個無線電通話記錄器。為了承受飛機墜毀時的猛烈撞擊和高溫烈焰，黑匣子的外殼具有很厚的鋼板和許多層絕熱防沖擊保護材料。而且為了盡可能的安全，黑匣子通常安裝在飛機尾部最安全的部位，也就是失事時最不易損壞的部位，在飛機墜毀時，黑匣子在1100℃的火焰中能經受30分鐘的燒烤，能承受2噸重的物體擠壓5分鐘，能夠在汽油、機油、油精、電池、酸液、海水中浸泡幾個月，總之，它能在許多惡劣的條件安然無恙。就算這樣的保護，仍然在有些空難中黑匣子遭到了損壞，所以國際航空機構又規(guī)定了更加嚴格的標準，而且記錄介質也從磁帶式改進成為能承受更大沖擊的靜態(tài)存儲記錄儀，類似于計算機里的存儲芯片。

　　外形

　　黑匣子外殼堅實，為長方體，約等于四、五塊磚頭壘在一起一般大。內部凈是些電氣器件，實質上是一臺收發(fā)信機。在飛機飛行過程中，它能將機內傳感器所收集到的各種信息及時接收下來，并自動轉換成相應的數(shù)字信號連續(xù)進行記錄；當飛機失事時，依靠黑匣子的緊急定位發(fā)射機自動向四面八方發(fā)射出特定頻率（例如37．5千赫），類似心跳般有規(guī)律的無線電信號，“宣告”自己所處的方位，以便搜尋者溯波尋找。

　　黑匣子實際上被漆成明亮的桔紅色。這種明亮顯眼的顏色，以及記錄儀外部的反射條件，都使得事故調查員們可以在飛機失事后很快的找到記錄儀，特別是當飛機墜落在水上時。

　　根據(jù)歐洲的標準，黑匣子必須能夠抵受2.25噸的撞擊力，在1100℃高溫下10小時仍不會受損。要符合以上的標準。黑匣子通常是用鐵金屬和一些高性能的耐熱材料做成。具有極強的抗火、耐壓、耐沖擊振動、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干擾等能力，即便飛機已完全損壞黑匣子里的記錄數(shù)據(jù)也能完好保存。

　　種類

　　大多數(shù)的客機、軍用飛機上安裝的黑匣子有兩種。[2]　一是稱為飛機數(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)，如飛行的時間、速度、高度、飛機舵面的偏度、發(fā)動機的轉速、溫度等，共有30多種數(shù)據(jù)，并可累計記錄25小時。起飛前，只要打開黑匣子的開關，飛行時上述的種種數(shù)據(jù)都將收入黑匣子內。一旦出現(xiàn)空難，整個事故過程中的飛行參數(shù)就能從黑匣子中找到，人們便可知道飛機失事的原因。另一種稱為飛行員語言記錄器的黑匣子（CVR），就像錄音機一樣，它通過安放在駕駛艙及座艙內的揚聲器，錄下飛行員與飛行員之間以及座艙內乘客、劫機者與空中小姐的講話聲，它記錄的時間約為2個小時，錄完后，會自動倒帶從頭錄起，若發(fā)生空難，之前的兩個小時會被完整保留，并持續(xù)發(fā)出訊號，直到斷電為止。

　　隨著科技的迅速發(fā)展，黑匣子也在不斷更新?lián)Q代。20世紀60年代問世的黑匣子（FDR）只能記錄5個參數(shù)，誤差較大。70年代開始使用數(shù)字記錄磁帶，能記下100多種參數(shù)，保存最后25小時的飛行數(shù)據(jù)。90年代后出現(xiàn)了集成電路存貯器，像電腦中的內存條那樣，可記錄2小時的CVR聲音和25小時的FDR飛行數(shù)據(jù)，大大提高了空難分析的準確度。每架飛機上，黑匣子通常有兩個，它們的學名分別叫“飛行數(shù)據(jù)記錄儀”和“機艙話音記錄器”。前者主要記錄飛機的各種飛行數(shù)據(jù)。機艙話音記錄器主要記錄機組人員和地面人員的通話、機組人員之間的對話以及駕駛艙內出現(xiàn)的各種音響（包括飛機發(fā)動機的運轉聲音）等。

　　2、歷史由來

　　“黑匣子”是一位墨爾本工程師在1958年的發(fā)明。1908年，美國發(fā)生了第一起軍用飛機事故。此后，隨著飛行事故不斷發(fā)生，需要有一種追憶事故發(fā)生過程原因的儀器。二戰(zhàn)期間，飛行記錄裝備儀器在軍用飛機上應用，后來又用到民航飛機上。飛行記錄儀之所以被稱為“黑匣子”可追溯到1954年，當時飛機內所有的電子儀器都是放置在大小、形狀都統(tǒng)一的黑色方盒里。

　　由于現(xiàn)代電子技術飛速發(fā)展，對于飛機而言,人們開始主張直接通過向地面無線傳輸數(shù)據(jù)信號并記錄，而不再使用飛行記錄儀,因此今后黑匣子的名字將回到地面。例如汽車數(shù)據(jù)黑匣子。1987年（巴倫支海上空手術刀事件），挪威上空一架軍用飛機發(fā)生爆炸，飛機墜毀，飛行員身亡。挪威當局趕到出事現(xiàn)場，從飛機殘骸和飛行員的尸體中，辨認出這是一架某大國的軍用偵察機。挪威向某大國提出抗議，某大國矢口否認。后來，挪威找到了飛機上的黑匣子，從黑匣子記錄的數(shù)據(jù)進行分析，揭露了真相。蘇聯(lián)在鐵的證據(jù)面前只好認錯。

　　黑匣子到底是什么東西呢？實際上，“黑匣子”是俗名，它的真名很普通：飛行數(shù)據(jù)記錄儀。它是一種將飛機飛行的情況儲存下來的儀器，當以后需要了解飛行情況時，可以通過重放設備把它們放出來。

　　在一個匣子里，裝上磁記錄設備，它可以實時地把飛行員說的話，飛行員機外通訊及飛行數(shù)據(jù)記錄下來。一般在飛機出事前30分鐘的各種信息，它都可以保留下來。這樣，就為事后分析故障提供了方便。最早利用黑匣子的是軍用飛機。1908年，美國發(fā)生了第一起軍用飛機事故。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，飛行記錄儀正式在軍用飛機上使用。戰(zhàn)后，開始用到民航飛機上。早期的記錄方式比較落后，用的是機械記錄的方法，記錄在照相紙上。磁記錄方式發(fā)明后，才變得方便可靠了。

　　3、信息記錄

　　懷特兄弟公司曾第一次使用L-3通訊公司的這種黑匣子儀器來記錄飛機螺旋槳的旋轉。然而，直到第二次世界大戰(zhàn)以后，航空記錄儀才得到更為廣泛的使用。從那以后，為得到更多的關于飛機工作的信息，黑匣子的記錄媒介得到了很大發(fā)展。大多數(shù)的飛機黑匣子使用兩種記錄媒介，一種是磁帶，發(fā)明于20世紀60年代；另一種是電晶存儲板，發(fā)明于90年代。磁帶工作起來就像是磁帶錄音機。聚酯薄膜磁帶牽引電磁頭，磁頭在磁帶上記錄數(shù)據(jù)。由于航空公司開始全面轉向電子技術，黑匣子制造商已不再制造磁帶記錄儀。

　　黑匣子制造商Honeywell的發(fā)言人Ron Crotty表示，電子記錄儀的可靠性要遠遠高于磁帶記錄儀。電子記錄儀使用堆疊排列的內存芯片，所以它們沒有任何的可移動裝置，這樣也就減少了日常的維護工作和事故發(fā)生過程中突然中斷的幾率。

　　CVR和FDR采集的數(shù)據(jù)都記錄在墜毀生存記憶單元（CSMU）中的堆疊內存片中。根據(jù)L-3通訊公司制造的記錄儀，CSMU呈圓柱體。堆疊內存片直徑大約1.75 英寸(4.45cm)，高1英寸(2.54cm)。

　　內存片具有足夠的數(shù)字存儲空間來記錄CVR提供的2小時的音頻信息和FDR提供的25小時的飛行數(shù)據(jù)。

　　飛機上安裝了采集數(shù)據(jù)的傳感器。這些傳感器探測飛機的加速度、空速、海拔高度、機翼設置、外界溫度、機艙溫度和壓力、發(fā)動機性能等等。磁帶記錄儀可以追蹤大約100個參數(shù)，而電子記錄儀則可以記錄更大的飛機上超過700個參數(shù)。

　　所有這些傳感器采集來的數(shù)據(jù)都被送到飛機前端的飛行數(shù)據(jù)獲取單元（FDAU）。這一儀器常常安放在駕駛員座艙下的電子設備隔離艙中。飛行數(shù)據(jù)獲取單元在整個數(shù)據(jù)記錄過程中起到中間管理者的作用，也就是從傳感器獲取信息，然后送往黑匣子。

　　黑匣子一般由一到兩個從發(fā)動機引擎獲取能源的動力發(fā)生器驅動。一個是28伏特的直流電源，另一個是115伏特、400赫茲的交流電源。L-3通訊公司的工程主管Frank Doran表示，這些都是標準的飛機電源配置。

　　4、記錄儀器

         CVR

　　座艙話音記錄儀（CVR）實際上就是一個無線電通話記錄器，可以記錄飛機上的各種通話。這一儀器上的4條音軌分別記錄飛行員與地面指揮機構的通話，正、副駕駛員之間的對話，機長、空中小姐對乘客的講話．威脅、爆炸、發(fā)動機聲音異常，以及駕駛艙內各種聲音。黑匣子能夠向調查者提供飛機出事故前各系統(tǒng)的運轉情況。因為空難發(fā)生在短暫的瞬間，有時飛行員和全部乘務員同時遇難，調查事故的原因會有很大困難，座艙語言記錄儀能幫助人們根據(jù)機上人員的各種對話分析事故原因，以便對事故作出正確的結論。

　　座艙話音記錄器主要記錄機組人員和地面人員的通話、機組人員之間的對話以及駕駛艙內出現(xiàn)的各種音響（包括飛機發(fā)動機的運轉聲音）等。它的工作原理類似普通磁帶錄音機，磁帶周而復始運行不停地洗舊錄新，總是錄留下最后半小時的各種聲音。一次飛行通常要經歷8個階段（起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、開始進場、最后進場、著陸），每一階段的情況，都逃不過黑匣子的“耳朵”。

　　FDR

　　飛行數(shù)據(jù)記錄儀（FDR）主要記錄飛機的各種飛行數(shù)據(jù)，包括飛行姿態(tài)、飛行軌跡（航跡）、飛行速度、加速度、經緯度、航向以及作用在飛機上的各種外力，如阻力、升力、推力等，共約200多種數(shù)據(jù)，可保留20多小時的飛行參數(shù)。超過這個時間，數(shù)據(jù)記錄儀就自動吐故納新，舊數(shù)據(jù)被新數(shù)據(jù)覆蓋。

　　飛行數(shù)據(jù)記錄儀可以向人們提供飛機失事瞬間和失事前一段時間里，飛機的飛行狀況、機上設備的工作情況等。它能將飛機的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林威治時間，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。

　　記錄飛機系統(tǒng)的運轉數(shù)據(jù)。傳感器從不同的區(qū)域連接到飛行數(shù)據(jù)獲取單元，再連接到FDR。當一個開關動作時，都將被FDR記錄下來。電子記錄儀由于數(shù)據(jù)傳輸快，從而比磁帶記錄儀記錄更多的參數(shù)。電子FDR可以記錄25小時的飛行數(shù)據(jù)。每一個FDR記錄的附加參數(shù)都可能提供調查員們事故的更多的線索。

　　在美國，聯(lián)邦航空管理局（FAA）要求商用航空公司根據(jù)飛機的大小，至少記錄11-29種參數(shù)。磁帶記錄儀可以記錄到100個參數(shù)，而電子記錄儀可以記錄超過700個參數(shù)。1997年7月17日，F(xiàn)AA出版了聯(lián)邦標準，標準要求在2002年8月19日以后制造的飛機至少要記錄88個參數(shù)。

　　5、安裝位置

　　黑匣子通常安裝在機尾。因為，科學家通過對多起飛行事故分析，發(fā)現(xiàn)飛行器的機尾部分

　　各種儀器安裝位置

　　不容易損壞，所以黑匣子安裝在機尾。

　　6、水下信標

　　除了顏料和反射條帶外，記錄儀還裝備了水下信標（ULB）。如果你看過黑匣子的照片，一定可以觀察到在盒體的一端有一個小的，圓柱體的物體。它看起來是黑匣子把手的兩倍大，實際上它就是信標。

　　當飛機墜入水中時，信標開始發(fā)送人耳聽不到的超聲波脈沖，這種脈沖可以被聲納和聲學定位儀探測到。在信標的一端有像公牛眼一樣的水下傳感器。當水接觸到傳感器，信標就會被激活而發(fā)出超聲波脈沖。

　　信標通常發(fā)送37.5kHz的脈沖信號，并能從深為14000英尺（4267m）的水下傳遞聲音。一旦信標開始工作，它會每秒發(fā)送一次信號并持續(xù)30天。信標由可以連續(xù)工作6年的電池驅動。在十分罕見的情況下，信標才可能被強大的力量沖擊而折斷。

　　在美國，當事故調查員們找到黑匣子后，它被立即送到NTSB的計算機實驗室中。為了避免對記錄媒介的任何損壞，在運輸過程中這種裝置受到特殊的保護。在發(fā)生水下事故時，記錄儀會被保存在冷水中以防止烘干。

　　“所作的一切都是為了保存記錄儀的狀態(tài)直到其被妥善的處理，”Daron說，“把記錄儀放置在一桶水中，通常是冷水，也就是保持黑匣子被找到的地方的環(huán)境，直到被送達可以充分分析黑匣子的地方。”

　　7、保存方法

　　在大多數(shù)的空難中，可以保存下來的裝置是飛行數(shù)據(jù)記錄儀和座艙聲音記錄儀的墜毀生存記錄單元（CSMU）。通常的，記錄儀底盤和內部裝置的其它部分都被撕裂了。CSMU是緊固在記錄儀的平臺部分的一個巨大的圓柱體。這種裝置能夠承受很高的壓力，非常大的撞擊和成噸的壓力。在老式的磁帶記錄儀中，CSMU安放在一個長方形的匣子中。

　　電子黑匣子的CSMU使用三層材料將存儲數(shù)字信息的內存片隔離和保存起來。下面我們來討論一下，先來從內到外看一下保護內存的材料。

　　鋁殼，環(huán)繞內存卡有一鋁薄層。高溫絕緣體，1英寸（2.54cm）的干石英材料提供高溫保護。其保護內存片防止事故后的火災。不銹鋼外殼，高溫絕緣體安放在0.25英(0.64cm)厚的不銹鋼外殼中，通常用鈦合金制成。

　　為了確保黑匣子的質量和生存能力，制造廠商對CSMU進行了徹底的測試。記住，在空難中只有CSMU可以生存下來――如果事故調查員能夠得到它，就可以獲得他們所希望得到的信息。為了測試CSMU，工程師們將數(shù)據(jù)存儲于CSMU的內存中。L-3通訊公司使用隨機模型將數(shù)據(jù)存儲于每一塊內存片中。這一模型可以由讀出器讀出以確定在墜毀后的沖擊，火災和壓力下數(shù)據(jù)是否被損壞。