|
馬航MH370航班的失蹤事件讓黑匣子搜尋工作再次成為媒體關注的焦點，但該航班可能的失蹤地點大部分位于大洋上，這又給黑匣子的搜尋工作增加了難度，因此設計一種能利用衛星導航系統進行有源定位、可靠性更高的飛行數據記錄儀成為下一代黑匣子的發展方向。 黑匣子是飛行事故的第一“見證者”
圖為早期的磁帶飛行數據記錄器。但是磁帶式所面臨的問題居多，比如磁頭、磁帶、滾動裝置存在磨損導致記錄不全的可能性，墜毀或者高溫中磁帶記錄器的固定部分可能會松動。 黑匣子為橙色 可承受超4000米水壓 自1957年，前美國聯邦航空管理局規定起飛重量在9噸以上的飛行器必須安裝經過耐高溫高壓強化的飛行記錄儀，1965年之后，全球航空公司都安裝了外表為橙色的飛行記錄器，按照歐洲制定的標準，黑匣子在2.25噸撞擊力沖擊下可以保持完好，并且可抵抗1100攝氏度以上的高溫，260攝氏度環境中10個小時內不會損壞，這樣可以應對飛行器墜落時的接地速度和爆炸產生的高溫環境，制作黑匣子的工藝也在不斷提高，比如黑匣子制作工序中需要進行貫穿測試，模擬空難時黑匣子所面對的惡劣環境。如果飛機墜入海中，黑匣子上的水下定位信標會自動激活，最大工作深度可以超過4000米，可以認為黑匣子技術發展至今已經取得了較大的進步，尤其是隨著高性能材料的問世，使得黑匣子真正變成“刀槍不入”的“暗箱”。 黑匣子可工作30天 記錄25小時數據 作為飛行事故的“見證者”，黑匣子主要有飛行數據記錄儀（FDR）和座艙語音記錄器（CVR）兩個部分，其中座艙語音記錄器由記錄磁帶盒與控制裝置組成，控制部分安裝在駕駛艙內，其功能是收集客機駕駛艙的語音，并形成電信號傳送到記錄磁帶上，磁帶部分位于機尾，當然磁帶記錄方式應該算是第二代的記錄器，保留時間在最后30分鐘，包括正副機長、飛行工程師的全部駕駛艙內語音都會被記錄下來，主要機型為波音747、DC-10和空中客車A300DENG。而飛行數據記錄儀則是自動記錄飛行參數的儀器，可通過編碼形式記錄飛行過程主系統工作情況，比如飛行高度、速度、襟翼和副翼位置、發動機轉速等，記錄時間在25個小時，4秒刷新一次數據，其同樣也安裝在客機尾部，盒外有超聲波信標，一接觸海水就可以發送超聲信號，連續工作30天。 固態記錄器解決了磁帶式諸多問題 但是磁帶式所面臨的問題居多，比如磁頭、磁帶、滾動裝置存在磨損導致記錄不全的可能性，墜毀或者高溫中磁帶記錄器的固定部分可能會松動，這樣就導致無法記錄，因此第三代的固態記錄器解決了大部分的麻煩，把全部的數據存儲在半導體裝置中，不需要磁帶記錄保存數據，而且也節省了維護的成本，在這項技術出現后，飛行數據記錄儀和座艙語音記錄器都改為固態記錄式，存儲能力更強，達到2個小時以上，三軸向2.2噸壓力連續試壓5分鐘可保持形狀不變，最大加速度3400個g，海底工作深度超過6000米。 黑匣子的缺點是可能損壞與打撈難度大
圖為安裝在飛機尾部的飛行數據記錄器。飛行數據記錄儀則是自動記錄飛行參數的儀器，可通過編碼形式記錄飛行過程主系統工作情況，比如飛行高度、速度、襟翼和副翼位置、發動機轉速等。 大連空難在淺灘尋找黑匣子已困難重重 然而黑匣子的缺點也非常明顯，那就是在每次空難發生后都需要去打撈黑匣子，即便是有醒目的橙色和信標發生器，但黑匣子仍然不太好找，尤其是落入深海后打撈難度更大，這一問題在2002年的五·七空難中尤其突出，當時CJ6136麥道82客機在大連海域失事，雖然這里只是一個小海灣，水深在10多米，淤泥在1至2米，而黑匣子的打撈工作并不順利，到了5月12日，美專家攜帶黑匣子信標定向儀加入打撈，第二天聽到黑匣子的信標信號，這并不是說聽到信號就可以知道位置，由于打撈船在風海流的影響下出現位移，用于定向的磁羅盤還存在誤差，這些因素都導致近在咫尺的黑匣子卻無法精確定位，直到14日才打撈起信標發射器，最后發現黑匣子已經和信標發射器分離，因此還要再次尋找黑匣子，幸好這里的海流環境并不復雜，幾米外也發現了座艙語音記錄器。 黑匣子信標發射器較易脫離 增加難度 黑匣子雖然有著較高的抗撞擊、高溫和抗海水侵蝕性能，但是仍然存在許多問題，除了需要人工定位聲脈沖頻率外，黑匣子信標脫落也是一大難題，如果在客機空中解體后信標與數據記錄儀分離，那無疑就增加的尋找的難度，大連灣的水深較淺，允許潛水員使用拉網搜索，甚至可以說是一米一米地找，這與由巴西里約熱內盧飛往巴黎戴高樂機場失事的法航447航班黑匣子所處環境相比已經非常理想了，447航班失事地點位于大洋中脊海底山脈兩側，也就是說兩邊都是海底懸崖，平均水深4000米，接近黑匣子的極限，如果這種情況下信標發射器與數據記錄部分分離，很可能只找回信標，而記錄數據的部分落入更深的海底。嚴峻的打撈環境加上監聽信標信號、磁羅盤定位都存在較大的誤差，因此尋找黑匣子終究不是個辦法，需要有替代的方案。 飛機通信尋址報告系統是潛在替代方案
圖為ACARS系統的工作原理示意圖。 空客A380配備飛機通信尋址報告系統 目前已經有一些方案可用于替代黑匣子，比如使用衛星導航系統與飛參系統連接，可實時監控每架客機的飛行狀態，客機的飛行參數會上傳給衛星，地面能做到對客機了如指掌，事實上這個提案在2009年法航空難時就已經炒的沸沸揚揚，連空客的首席執行官馬斯·恩德斯 都出來聲明已經正在研究其他數據收集途徑，這就是空客A380目前所使用的ACARS系統，全稱為飛機通信尋址報告系統，可將飛機與地面控制中心通過數據鏈連接起來，并自動發送故障報告，是空客A380安全性的基石之一。 其實ACARS系統很早就有了，只是沒有大規模應用，主要構成是一個航電計算機和控制單元，航電計算機的任務就是與地面建立連接，通過甚高頻傳輸飛行參數，實現地空雙向數據暢通還需要一個數據鏈的供應商，這樣地面就可以獲得來自飛機通信尋址報告系統的下行參數，其中包括飛機位置、目前的飛行狀態、發動機轉速，甚至是否存在故障都可以了解。同時，航空公司的地勤在獲得來自飛機通信尋址報告系統網的飛參后，就可以提前給出診斷建議和方法，這就提高了飛機故障的及時排除效率，目前一些民航客機的地勤需要等飛機降落后到飛機上去獲得相關數據，顯然ACARS將整個系統的工作效率都提升了。此外，ACARS系統可以對飛行軌跡進行辨別，對于異常的飛行軌跡可以做出警告，使得客機的動態得到更多的[url=]健康[/url]管理。 ACARS系統可獲取飛機確切位置信息 ACARS系統的運行主要涉及三大塊內容，第一個是機載設備、第二個為通信服務商、第三個就是地面控制系統，機載設備相對而言會簡答一些，做飛參傳輸鏈路的下傳起點，同時連接飛行管理系統、計算機和駕駛艙等；通信服務商主要提供數據鏈業務，建立飛機與地面之間的消息通道，目前美國航空無線電通信公司和國際航空電訊集團已經提供了相關網絡服務，飛機上飛行參數可以借助甚高頻或者衛通下傳給地面站，并且通過相關網絡進一步傳遞給地勤人員；地面處理系統配置為一些處理能力較強的[url=]服務器[/url]，能對ACARS系統的信息進行在處理，事實上ACARS幾種報文中較為關鍵的就是發動機參數、飛機位置、剩余的油耗等，可以認為客機使用ACARS系統后有助于獲取飛機的確切位置信息，使地面對空中航班的動態進行實時跟蹤。
圖為基于全球定位系統的黑匣子是個潛在替代方案想象圖。 ACARS系統系統成熟度不夠費用較高 當然ACARS系統并非神乎其神，在平時一些航空公司的應用中也遇到過問題，比如下傳位置信息過于頻繁，一般情況下10分鐘左右下傳一次位置信息，故障時幾秒鐘就有一次，這就會造成地面出現數據堆積，從這一情況可以看出，ACARS系統還存在一些需要改進的地方，這也是沒有進行大規模推廣的原因之一，而且飛行員對ACARS系統的掌握程度也是其能否發揮作用的重要因素，有些飛行員不喜歡開太多的甚高頻，或者會將其頻率搞錯，如果下行的報文太多，那么通信費用就要增加，而這是一個不小的開支。 GPS與北斗導航可建立黑匣子定位系統 除了ACARS系統外，還可以使用全球定位系統技術來尋找黑匣子，鑒于GPS不具備雙向報文通信的特點，因此可以嵌入北斗導航系統，可有效對高亞音速空中飛行目標進行定位捕獲，未來動態響應速度接近2倍音速，因此建立在此基礎上的黑匣子已經具備了取代傳統黑匣子的能力。尤其是當我國正大力發展北斗全球定位系統之時可以推出使用GPS和北斗兩種導航定位手段的黑匣子，不僅對國防建設有著積極的意義，同時也可有一定的機會躋身黑匣子供應商的行列。 結語 黑匣子在空難事故調查中扮演著重要作用，但由于搜索、打撈的過程難度較大，有些時候即便找到黑匣子也因為其損壞而失去了使用價值，因此尋找一種成熟、可承受的飛參記錄數據系統是未來的發展方向。 參考資料：《航空器通信尋址報告系統技術》《飛機實時監控系統》 |
