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“黑匣子”进化史

时间:2014-04-15 07:29:39  来源:新民周刊  作者:

马航MH370失联航班最终被马来西亚政府宣布为坠毁的消息,让关注此事件的人们一时很难接受。而我国搜救舰船刚发现了疑似这架飞机的黑匣子线索,让人们看到解开MH370从失联到坠毁的一线希望。

那么,黑匣子究竟是什么东西,又是从何而来呢?

黑匣子诞生记

1905年,当莱特兄弟制造的“飞行者1号”飞机腾空而起之后,人类终于摆脱了重力的束缚,开始了征服天空的旅程。然而,就像任何战争总会有牺牲一样,人类的飞天之路也付出了巨大的代价,飞行的先驱者中有很多都是血洒长空,后来的客机也不时有失事的事故发生。

人类不怕牺牲,但总希望从先者的牺牲中吸取教训,避免重蹈覆辙。于是,一个问题就产生了:

一架飞机坠毁之后,怎么才能分析事故原因呢?

当然,我们可以找到飞机残骸之后,再把所有碎片拼合在一起来寻找线索。但是,随着飞机越来越庞大、结构越来越复杂,仅靠碎片拼合已经很难发现问题所在。更何况有些飞机是坠毁在茫茫大海上,去哪里找残骸呢?

最早回答这个问题的,是法国航空工程师弗朗西斯·于斯诺和保罗·博杜安。1939年,他们发明了一种记录装置,可以把飞机飞行时的速度、高度等几项最重要的信息,用类似拍照的原理记录在88毫米胶卷上。这样,只要降落后拿出胶卷,就能还原出飞行时的状态了。

当然,这种装置的缺陷也很明显:胶片是一次性使用的,成本太高。况且这种装置只适用于顺利降落的飞机,如果飞机摔了……还是等于零啊。所以也只是用在新型号飞机的试飞上。

二战期间,英国工程师改进了这一装置,以铜箔作 “纸”,用钢针为笔,持续地“画”下各种参数的变化曲线。这样哪怕飞机着火、坠毁,也能抢回珍贵的数据了。不过,铜箔比较笨重,记录的数据量有限,价钱也不便宜,所以只用在了军用飞机上。

1956年,首个用于民航客机的飞行数据记录装置(FDR)在澳大利亚诞生。而它的发明者戴维·瓦伦博士,其实本来是个研究航空燃油的化学家,只是在研究过程中发现了这个问题,就“顺道”设计出了FDR。

瓦 伦的装置里,用“磁带”代替了铜箔。这里说的磁带,实际是带有磁性的钢丝,有点像是后来曾广泛使用的盒式磁带(将磁性粉末涂在薄薄的塑料带上)。它比胶片 耐火耐冲击,和铜箔相比则更轻便,最重要的是:这种磁带是可以重复使用的,成本很低,这就让FDR具备了实际应用的基础。

另外,瓦伦还想到了另一个问题:FDR只能告诉我们,飞机在出事之前的姿态、高度、速度等等参数,但很多飞行事故实际上是人为造成的,也就是飞行员的错误操作引发,FDR是没法记录下这种人为因素的。

因 此,瓦伦又发明了另一个装置:驾驶舱语音记录仪(CVR)。说白了,这个装置就是一个录音机,忠实地记录下驾驶舱里的任何声音,无论是飞行员之间、机组和 空中管制员之间的对话,还是仪表发出的各种报警音、引擎的轰鸣声,甚至是爆炸声,都能被它记录下来,作为核实事故原因的重要参考。

而FDR和CVR分别封装起来,就成为两个“黑匣子”,为事故调查提供重要依据。

关于“黑匣子”这个名词的由来,有人说是因为它是个只记录信息而不向外发送信息的“黑盒”,也有说它从烧焦的飞机残骸中扒出来的就是黑糊糊的样子,不一而足。但有一点可以肯定的是,从被发明那天起,它们的外壳就不是黑色的——而是醒目的鲜红色,便于被搜救人员发现。

它有多结实?

然而,但凡是坠毁事故,飞机基本上都摔得七零八落,有的还会引发熊熊烈火,黑匣子如果也坏了,记录了数据又能如何?

为此,瓦伦和同事们想出了一个简单粗暴的办法:把记录仪结实地包裹起来。

具体说来,是用非常坚固的厚钢板,把FDR、CVR都密封在里头,只留下几个数据接口,像是个保险柜,就很难摔破了。而为了应对大火灼烧的可能,钢板内层还衬有很厚的绝热层,可以确保黑匣子在大火中烧上七八个小时后,其中的记录依然完好。

另 外,整个黑匣子的外壳做到了高度密封,除了数据什么都进不去,这样,哪怕是长期浸泡在海水里也不打紧。同时,两个黑匣子分别固定在机头和机尾,这样,哪怕 是发生了爆炸,也不容易将它们同时摧毁,至少有一个能幸存下来提供信息。并且,黑匣子是完全自主工作的,飞行员无法干预,杜绝了人为阻碍黑匣子记录数据的 可能。

有了多重的保护措施,黑匣子在空难中幸存下来的概率大增,成为事故的见证者。

随着技术的进步,黑匣子也在不断改进设计。今天的黑匣子,已经采用闪存储存卡来代替磁带,这样就允许它储存更多的数据(比如,可以录下长达两小时内的驾驶舱声音);用钛合金板来代替钢板,让它的抗冲击能力更加强大。

另外,两个黑匣子上都装有无线电发射信标,一旦脱离飞机上的原来位置后,就会按照预定频率主动发出信号,引导搜救人员找到黑匣子。形象地说,今天的黑匣子就是一个结实的大U盘,里头装着飞行的各种参数和驾驶舱里的各种声音,还能在掉落之后大声嚷嚷通报自己的位置。

另外,美国运输安全委员会还推荐在飞机上安装第三个黑匣子:除了记录飞行参数和驾驶舱声音外,通过一个摄像头,把驾驶舱内的实时画面记录下来,以便更好地分析事故原因。

说了这么多好话,反过来说,黑匣子是不是一定牢不可破,万无一失呢?

很遗憾,答案是否定的。迄今为止,至少在14起民航空难中,黑匣子没有发挥它们应有的作用。

原因是多种多样的:有的是飞机摔进了大海,尽管全力搜索,最终也没能找到黑匣子;有的是知道黑匣子的大致方位,但水深已超过了当时的技术条件而无法打捞出水;有的则是黑匣子实在承受不了巨大的冲击力而摔成了碎片。

实践证明,即便设计时考虑得再周到,在极端恶劣的条件,黑匣子依然可能损坏。当然,上述案例在所有空难中只是极少数,大多数情况下,黑匣子还是可靠的。

那么,有没有更好的解决方案呢?答案是现成的——弹射式黑匣子。

实 际上,这一技术已经被美国海军所使用。当飞机遭遇不测时,飞机上的传感器会在瞬间检测到这种变化(如速度、高度急剧下降或剧烈的爆炸等),然后将黑匣子整 个弹射出去。随即,一个小小的降落伞将会保护着黑匣子缓慢下坠;如果是落入水中,还会自动打开一个充气阀让它漂浮在水面上。这样,无论是经历高空坠落,还 是飞机本身发生大爆炸,都不会危及黑匣子的安全,也能为搜救人员赢得宝贵的缓冲时间。

还有一种思路,似乎更值得一试,那就是不去加固黑匣子本身,而是把黑匣子记录的数据实时地传给卫星,再由卫星传回地面控制中心备份保存。这样,哪怕是黑匣子损坏或找不到,数据依然是安全的。

这种方式在技术上并无困难,海事卫星已经完全能够承担这种任务;问题在于费用太高了。黑匣子每一分钟记录下来的数据量都是很大的,如果完全通过卫星传输则非常昂贵,恐怕没几个航空公司愿意花这个钱。

在征服自然的道路上,人类从未停下脚步;而每一次灾难,都会换来无价的经验或教训。这次MH370航班事故,无论最终结果如何,也都让各国航空业者重新审视黑匣子的可靠性问题。

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