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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(guān)注的焦點(diǎn)，但該航班可能的失蹤地點(diǎn)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(jìn)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(fā)展方向。 黑匣子是飛行事故的第一“見(jiàn)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(wèn)題居多，比如磁頭、磁帶、滾動(dòng)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(huì )松動(dòng)。 黑匣子為橙色 可承受超4000米水壓 自1957年，前美國聯(lián)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(jīng)過(guò)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(huán)境中10個(gè)小時(shí)內不會(huì )損壞，這樣可以應對飛行器墜落時(shí)的接地速度和爆炸產(chǎn)生的高溫環(huán)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(jìn)行貫穿測試，模擬空難時(shí)黑匣子所面對的惡劣環(huán)境。如果飛機墜入海中，黑匣子上的水下定位信標會(huì )自動(dòng)激活，最大工作深度可以超過(guò)4000米，可以認為黑匣子技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)取得了較大的進(jìn)步，尤其是隨著(zhù)高性能材料的問(wèn)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(shí)數據 作為飛行事故的“見(jiàn)證者”，黑匣子主要有飛行數據記錄儀（FDR）和座艙語(yǔ)音記錄器（CVR）兩個(gè)部分，其中座艙語(yǔ)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(yǔ)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(shí)間在最后30分鐘，包括正副機長(cháng)、飛行工程師的全部駕駛艙內語(yǔ)音都會(huì )被記錄下來(lái)，主要機型為波音747、DC-10和空中客車(chē)A300DENG。而飛行數據記錄儀則是自動(dòng)記錄飛行參數的儀器，可通過(guò)編碼形式記錄飛行過(guò)程主系統工作情況，比如飛行高度、速度、襟翼和副翼位置、發(fā)動(dòng)機轉速等，記錄時(shí)間在25個(gè)小時(shí)，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(fā)送超聲信號，連續工作30天。 固態(tài)記錄器解決了磁帶式諸多問(wèn)題 但是磁帶式所面臨的問(wèn)題居多，比如磁頭、磁帶、滾動(dòng)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(huì )松動(dòng)，這樣就導致無(wú)法記錄，因此第三代的固態(tài)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(shù)出現后，飛行數據記錄儀和座艙語(yǔ)音記錄器都改為固態(tài)記錄式，存儲能力更強，達到2個(gè)小時(shí)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(gè)g，海底工作深度超過(guò)6000米。 黑匣子的缺點(diǎn)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(dòng)記錄飛行參數的儀器，可通過(guò)編碼形式記錄飛行過(guò)程主系統工作情況，比如飛行高度、速度、襟翼和副翼位置、發(fā)動(dòng)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(diǎn)也非常明顯，那就是在每次空難發(fā)生后都需要去打撈黑匣子，即便是有醒目的橙色和信標發(fā)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(wèn)題在2002年的五·七空難中尤其突出，當時(shí)CJ6136麥道82客機在大連海域失事，雖然這里只是一個(gè)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(zhuān)家攜帶黑匣子信標定向儀加入打撈，第二天聽(tīng)到黑匣子的信標信號，這并不是說(shuō)聽(tīng)到信號就可以知道位置，由于打撈船在風(fēng)海流的影響下出現位移，用于定向的磁羅盤(pán)還存在誤差，這些因素都導致近在咫尺的黑匣子卻無(wú)法精確定位，直到14日才打撈起信標發(fā)射器，最后發(fā)現黑匣子已經(jīng)和信標發(fā)射器分離，因此還要再次尋找黑匣子，幸好這里的海流環(huán)境并不復雜，幾米外也發(fā)現了座艙語(yǔ)音記錄器。 黑匣子信標發(fā)射器較易脫離 增加難度 黑匣子雖然有著(zhù)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(wèn)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(wú)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(wǎng)搜索，甚至可以說(shuō)是一米一米地找，這與由巴西里約熱內盧飛往巴黎戴高樂(lè )機場(chǎng)失事的法航447航班黑匣子所處環(huán)境相比已經(jīng)非常理想了，447航班失事地點(diǎn)位于大洋中脊海底山脈兩側，也就是說(shuō)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(fā)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(huán)境加上監聽(tīng)信標信號、磁羅盤(pán)定位都存在較大的誤差，因此尋找黑匣子終究不是個(gè)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(jīng)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(shí)時(shí)監控每架客機的飛行狀態(tài)，客機的飛行參數會(huì )上傳給衛星，地面能做到對客機了如指掌，事實(shí)上這個(gè)提案在2009年法航空難時(shí)就已經(jīng)炒的沸沸揚揚，連空客的首席執行官馬斯·恩德斯 都出來(lái)聲明已經(jīng)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(chēng)為飛機通信尋址報告系統，可將飛機與地面控制中心通過(guò)數據鏈連接起來(lái)，并自動(dòng)發(fā)送故障報告，是空客A380安全性的基石之一。 其實(shí)ACARS系統很早就有了，只是沒(méi)有大規模應用，主要構成是一個(gè)航電計算機和控制單元，航電計算機的任務(wù)就是與地面建立連接，通過(guò)甚高頻傳輸飛行參數，實(shí)現地空雙向數據暢通還需要一個(gè)數據鏈的供應商，這樣地面就可以獲得來(lái)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(tài)、發(fā)動(dòng)機轉速，甚至是否存在故障都可以了解。同時(shí)，航空公司的地勤在獲得來(lái)自飛機通信尋址報告系統網(wǎng)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(shí)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(guān)數據，顯然ACARS將整個(gè)系統的工作效率都提升了。此外，ACARS系統可以對飛行軌跡進(jìn)行辨別，對于異常的飛行軌跡可以做出警告，使得客機的動(dòng)態(tài)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(gè)是機載設備、第二個(gè)為通信服務(wù)商、第三個(gè)就是地面控制系統，機載設備相對而言會(huì )簡(jiǎn)答一些，做飛參傳輸鏈路的下傳起點(diǎn)，同時(shí)連接飛行管理系統、計算機和駕駛艙等；通信服務(wù)商主要提供數據鏈業(yè)務(wù)，建立飛機與地面之間的消息通道，目前美國航空無(wú)線(xiàn)電通信公司和國際航空電訊集團已經(jīng)提供了相關(guān)網(wǎng)絡(luò )服務(wù)，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(guò)相關(guān)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)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(wù)器[/url]，能對ACARS系統的信息進(jìn)行在處理，事實(shí)上ACARS幾種報文中較為關(guān)鍵的就是發(fā)動(dòng)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(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。
圖為基于全球定位系統的黑匣子是個(gè)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(shí)一些航空公司的應用中也遇到過(guò)問(wèn)題，比如下傳位置信息過(guò)于頻繁，一般情況下10分鐘左右下傳一次位置信息，故障時(shí)幾秒鐘就有一次，這就會(huì )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(jìn)的地方，這也是沒(méi)有進(jìn)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(fā)揮作用的重要因素，有些飛行員不喜歡開(kāi)太多的甚高頻，或者會(huì )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(gè)不小的開(kāi)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(shù)來(lái)尋找黑匣子，鑒于GPS不具備雙向報文通信的特點(diǎn)，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(jìn)行定位捕獲，未來(lái)動(dòng)態(tài)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(jīng)具備了取代傳統黑匣子的能力。尤其是當我國正大力發(fā)展北斗全球定位系統之時(shí)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(zhù)積極的意義，同時(shí)也可有一定的機會(huì )躋身黑匣子供應商的行列。 結語(yǔ) 黑匣子在空難事故調查中扮演著(zhù)重要作用，但由于搜索、打撈的過(guò)程難度較大，有些時(shí)候即便找到黑匣子也因為其損壞而失去了使用價(jià)值，因此尋找一種成熟、可承受的飛參記錄數據系統是未來(lái)的發(fā)展方向。 參考資料：《航空器通信尋址報告系統技術(shù)》《飛機實(shí)時(shí)監控系統》 |
