黑匣子

　　1、簡(jiǎn)介

　　空難事故發(fā)生后，飛機(jī)往往解體，甚至被烈火燒毀。人們到現(xiàn)場(chǎng)救援的時(shí)候，總是會(huì)尋找一個(gè)東西，它的名字就是被譽(yù)為空難“見(jiàn)證人”的黑匣子。它可以給調(diào)查人員提供證據(jù)，幫助他們了解事故的真相。實(shí)際上，黑匣子是飛機(jī)上的記錄儀器，是一種飛行數(shù)據(jù)記錄儀。它能將飛機(jī)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(shí)間，還有飛機(jī)系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來(lái)。另一種是座艙話音記錄儀。它實(shí)際上就是一個(gè)無(wú)線電通話記錄器。為了承受飛機(jī)墜毀時(shí)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(hù)材料。而且為了盡可能的安全，黑匣子通常安裝在飛機(jī)尾部最安全的部位，也就是失事時(shí)最不易損壞的部位，在飛機(jī)墜毀時(shí)，黑匣子在1100℃的火焰中能經(jīng)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(jī)油、油精、電池、酸液、海水中浸泡幾個(gè)月，總之，它能在許多惡劣的條件安然無(wú)恙。就算這樣的保護(hù)，仍然在有些空難中黑匣子遭到了損壞，所以國(guó)際航空機(jī)構(gòu)又規(guī)定了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，而且記錄介質(zhì)也從磁帶式改進(jìn)成為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。

　　外形

　　黑匣子外殼堅(jiān)實(shí)，為長(zhǎng)方體，約等于四、五塊磚頭壘在一起一般大。內(nèi)部?jī)羰切╇姎馄骷?，?shí)質(zhì)上是一臺(tái)收發(fā)信機(jī)。在飛機(jī)飛行過(guò)程中，它能將機(jī)內(nèi)傳感器所收集到的各種信息及時(shí)接收下來(lái)，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)失事時(shí)，依靠黑匣子的緊急定位發(fā)射機(jī)自動(dòng)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(wú)線電信號(hào)，“宣告”自己所處的方位，以便搜尋者溯波尋找。

　　黑匣子實(shí)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(diào)查員們可以在飛機(jī)失事后很快的找到記錄儀，特別是當(dāng)飛機(jī)墜落在水上時(shí)。

　　根據(jù)歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，黑匣子必須能夠抵受2.25噸的撞擊力，在1100℃高溫下10小時(shí)仍不會(huì)受損。要符合以上的標(biāo)準(zhǔn)。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(qiáng)的抗火、耐壓、耐沖擊振動(dòng)、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干擾等能力，即便飛機(jī)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(jī)、軍用飛機(jī)上安裝的黑匣子有兩種。[2]　一是稱為飛機(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、發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、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(kāi)黑匣子的開(kāi)關(guān)，飛行時(shí)上述的種種數(shù)據(jù)都將收入黑匣子內(nèi)。一旦出現(xiàn)空難，整個(gè)事故過(guò)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(jī)失事的原因。另一種稱為飛行員語(yǔ)言記錄器的黑匣子（CVR），就像錄音機(jī)一樣，它通過(guò)安放在駕駛艙及座艙內(nèi)的揚(yáng)聲器，錄下飛行員與飛行員之間以及座艙內(nèi)乘客、劫機(jī)者與空中小姐的講話聲，它記錄的時(shí)間約為2個(gè)小時(shí)，錄完后，會(huì)自動(dòng)倒帶從頭錄起，若發(fā)生空難，之前的兩個(gè)小時(shí)會(huì)被完整保留，并持續(xù)發(fā)出訊號(hào)，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(jì)60年代問(wèn)世的黑匣子（FDR）只能記錄5個(gè)參數(shù)，誤差較大。70年代開(kāi)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(shí)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(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。每架飛機(jī)上，黑匣子通常有兩個(gè)，它們的學(xué)名分別叫“飛行數(shù)據(jù)記錄儀”和“機(jī)艙話音記錄器”。前者主要記錄飛機(jī)的各種飛行數(shù)據(jù)。機(jī)艙話音記錄器主要記錄機(jī)組人員和地面人員的通話、機(jī)組人員之間的對(duì)話以及駕駛艙內(nèi)出現(xiàn)的各種音響（包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音）等。

　　2、歷史由來(lái)

　　“黑匣子”是一位墨爾本工程師在1958年的發(fā)明。1908年，美國(guó)發(fā)生了第一起軍用飛機(jī)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(guò)程原因的儀器。二戰(zhàn)期間，飛行記錄裝備儀器在軍用飛機(jī)上應(yīng)用，后來(lái)又用到民航飛機(jī)上。飛行記錄儀之所以被稱為“黑匣子”可追溯到1954年，當(dāng)時(shí)飛機(jī)內(nèi)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(shù)飛速發(fā)展，對(duì)于飛機(jī)而言,人們開(kāi)始主張直接通過(guò)向地面無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)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(shù)刀事件），挪威上空一架軍用飛機(jī)發(fā)生爆炸，飛機(jī)墜毀，飛行員身亡。挪威當(dāng)局趕到出事現(xiàn)場(chǎng)，從飛機(jī)殘骸和飛行員的尸體中，辨認(rèn)出這是一架某大國(guó)的軍用偵察機(jī)。挪威向某大國(guó)提出抗議，某大國(guó)矢口否認(rèn)。后來(lái)，挪威找到了飛機(jī)上的黑匣子，從黑匣子記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，揭露了真相。蘇聯(lián)在鐵的證據(jù)面前只好認(rèn)錯(cuò)。

　　黑匣子到底是什么東西呢？實(shí)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(jī)飛行的情況儲(chǔ)存下來(lái)的儀器，當(dāng)以后需要了解飛行情況時(shí)，可以通過(guò)重放設(shè)備把它們放出來(lái)。

　　在一個(gè)匣子里，裝上磁記錄設(shè)備，它可以實(shí)時(shí)地把飛行員說(shuō)的話，飛行員機(jī)外通訊及飛行數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。一般在飛機(jī)出事前30分鐘的各種信息，它都可以保留下來(lái)。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(jī)。1908年，美國(guó)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，開(kāi)始用到民航飛機(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。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(lái)記錄飛機(jī)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)。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(guān)于飛機(jī)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(jī)黑匣子使用兩種記錄媒介，一種是磁帶，發(fā)明于20世紀(jì)60年代；另一種是電晶存儲(chǔ)板，發(fā)明于90年代。磁帶工作起來(lái)就像是磁帶錄音機(jī)。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(kāi)始全面轉(zhuǎn)向電子技術(shù)，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(yuǎn)遠(yuǎn)高于磁帶記錄儀。電子記錄儀使用堆疊排列的內(nèi)存芯片，所以它們沒(méi)有任何的可移動(dòng)裝置，這樣也就減少了日常的維護(hù)工作和事故發(fā)生過(guò)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(nèi)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(nèi)存片直徑大約1.75 英寸(4.45cm)，高1英寸(2.54cm)。

　　內(nèi)存片具有足夠的數(shù)字存儲(chǔ)空間來(lái)記錄CVR提供的2小時(shí)的音頻信息和FDR提供的25小時(shí)的飛行數(shù)據(jù)。

　　飛機(jī)上安裝了采集數(shù)據(jù)的傳感器。這些傳感器探測(cè)飛機(jī)的加速度、空速、海拔高度、機(jī)翼設(shè)置、外界溫度、機(jī)艙溫度和壓力、發(fā)動(dòng)機(jī)性能等等。磁帶記錄儀可以追蹤大約100個(gè)參數(shù)，而電子記錄儀則可以記錄更大的飛機(jī)上超過(guò)700個(gè)參數(shù)。

　　所有這些傳感器采集來(lái)的數(shù)據(jù)都被送到飛機(jī)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(shè)備隔離艙中。飛行數(shù)據(jù)獲取單元在整個(gè)數(shù)據(jù)記錄過(guò)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(gè)從發(fā)動(dòng)機(jī)引擎獲取能源的動(dòng)力發(fā)生器驅(qū)動(dòng)。一個(gè)是28伏特的直流電源，另一個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)電源配置。

　　4、記錄儀器

         CVR

　　座艙話音記錄儀（CVR）實(shí)際上就是一個(gè)無(wú)線電通話記錄器，可以記錄飛機(jī)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(jī)構(gòu)的通話，正、副駕駛員之間的對(duì)話，機(jī)長(zhǎng)、空中小姐對(duì)乘客的講話．威脅、爆炸、發(fā)動(dòng)機(jī)聲音異常，以及駕駛艙內(nèi)各種聲音。黑匣子能夠向調(diào)查者提供飛機(jī)出事故前各系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。因?yàn)榭针y發(fā)生在短暫的瞬間，有時(shí)飛行員和全部乘務(wù)員同時(shí)遇難，調(diào)查事故的原因會(huì)有很大困難，座艙語(yǔ)言記錄儀能幫助人們根據(jù)機(jī)上人員的各種對(duì)話分析事故原因，以便對(duì)事故作出正確的結(jié)論。

　　座艙話音記錄器主要記錄機(jī)組人員和地面人員的通話、機(jī)組人員之間的對(duì)話以及駕駛艙內(nèi)出現(xiàn)的各種音響（包括飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)聲音）等。它的工作原理類似普通磁帶錄音機(jī)，磁帶周而復(fù)始運(yùn)行不停地洗舊錄新，總是錄留下最后半小時(shí)的各種聲音。一次飛行通常要經(jīng)歷8個(gè)階段（起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、開(kāi)始進(jìn)場(chǎng)、最后進(jìn)場(chǎng)、著陸），每一階段的情況，都逃不過(guò)黑匣子的“耳朵”。

　　FDR

　　飛行數(shù)據(jù)記錄儀（FDR）主要記錄飛機(jī)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(jīng)緯度、航向以及作用在飛機(jī)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(shí)的飛行參數(shù)。超過(guò)這個(gè)時(shí)間，數(shù)據(jù)記錄儀就自動(dòng)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(jī)失事瞬間和失事前一段時(shí)間里，飛機(jī)的飛行狀況、機(jī)上設(shè)備的工作情況等。它能將飛機(jī)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(shí)間，還有飛機(jī)系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動(dòng)機(jī)工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來(lái)。

　　記錄飛機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)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(dāng)一個(gè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，都將被FDR記錄下來(lái)。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(shí)的飛行數(shù)據(jù)。每一個(gè)FDR記錄的附加參數(shù)都可能提供調(diào)查員們事故的更多的線索。

　　在美國(guó)，聯(lián)邦航空管理局（FAA）要求商用航空公司根據(jù)飛機(jī)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(gè)參數(shù)，而電子記錄儀可以記錄超過(guò)700個(gè)參數(shù)。1997年7月17日，F(xiàn)AA出版了聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)要求在2002年8月19日以后制造的飛機(jī)至少要記錄88個(gè)參數(shù)。

　　5、安裝位置

　　黑匣子通常安裝在機(jī)尾。因?yàn)?，科學(xué)家通過(guò)對(duì)多起飛行事故分析，發(fā)現(xiàn)飛行器的機(jī)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(jī)尾。

　　6、水下信標(biāo)

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

　　當(dāng)飛機(jī)墜入水中時(shí)，信標(biāo)開(kāi)始發(fā)送人耳聽(tīng)不到的超聲波脈沖，這種脈沖可以被聲納和聲學(xué)定位儀探測(cè)到。在信標(biāo)的一端有像公牛眼一樣的水下傳感器。當(dāng)水接觸到傳感器，信標(biāo)就會(huì)被激活而發(fā)出超聲波脈沖。

　　信標(biāo)通常發(fā)送37.5kHz的脈沖信號(hào)，并能從深為14000英尺（4267m）的水下傳遞聲音。一旦信標(biāo)開(kāi)始工作，它會(huì)每秒發(fā)送一次信號(hào)并持續(xù)30天。信標(biāo)由可以連續(xù)工作6年的電池驅(qū)動(dòng)。在十分罕見(jiàn)的情況下，信標(biāo)才可能被強(qiáng)大的力量沖擊而折斷。

　　在美國(guó)，當(dāng)事故調(diào)查員們找到黑匣子后，它被立即送到NTSB的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室中。為了避免對(duì)記錄媒介的任何損壞，在運(yùn)輸過(guò)程中這種裝置受到特殊的保護(hù)。在發(fā)生水下事故時(shí)，記錄儀會(huì)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(shuō)，“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(dá)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(lái)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(nèi)部裝置的其它部分都被撕裂了。CSMU是緊固在記錄儀的平臺(tái)部分的一個(gè)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(gè)長(zhǎng)方形的匣子中。

　　電子黑匣子的CSMU使用三層材料將存儲(chǔ)數(shù)字信息的內(nèi)存片隔離和保存起來(lái)。下面我們來(lái)討論一下，先來(lái)從內(nèi)到外看一下保護(hù)內(nèi)存的材料。

　　鋁殼，環(huán)繞內(nèi)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(hù)。其保護(hù)內(nèi)存片防止事故后的火災(zāi)。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(zhì)量和生存能力，制造廠商對(duì)CSMU進(jìn)行了徹底的測(cè)試。記住，在空難中只有CSMU可以生存下來(lái)――如果事故調(diào)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(cè)試CSMU，工程師們將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于CSMU的內(nèi)存中。L-3通訊公司使用隨機(jī)模型將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于每一塊內(nèi)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(zāi)和壓力下數(shù)據(jù)是否被損壞。