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黑匣子,怎样助力空难调查?

环球时报 2022-03-29 10:08:52

黑匣子外表其实是橘红色。

黑匣子是飞行信息记录系统(或称飞行参数记录器)的俗称。但其实它们并不是黑色的,为了便于事故后搜寻,黑匣子的外表为橘红色,表面还贴有方便夜间搜寻的反光标识。在飞机上安装黑匣子的构想是上世纪50年代首度提出,由于当时飞机上的电子设备都被存放在一个个大小统一的黑盒子里面,再加上黑匣子记录的数据主要用于航空事故调查,具有很强的神秘感。同时,事故发生后,有些黑匣子遭遇火烧,外观呈现熏黑色,因此被称为“黑匣子”。不过,目前它的功能已从飞行事故调查,逐渐延伸到日常飞行员监控、飞机故障诊断与维护等方面。

国际民用航空组织(ICAO)要求大型商用飞机携带2个飞行记录器:分别是飞行数据记录器(FDR)和驾驶舱语音记录器(CVR)。FDR至少记录过去25小时运行的各类飞行参数。CVR记录飞行机组人员在最后2小时操作中的通信和驾驶舱的环境声音。一些较新的飞行记录设备将FDR和CVR的功能组合成一个单元,这些装置被称为驾驶舱语音与数据记录仪(CVDR)或组合记录仪。

通常而言,FDR需要记录至少88个参数,但大多数现代飞机的黑匣子记录的数据远比这个最低要求多得多。例如,波音737-800飞机上携带的FDR可记录超过1500个参数,空中客车A380飞机上携带的FDR可记录2800多个参数。CVR通常记录4个音频通道:机长麦克风、副驾驶麦克风、供其他机组人员使用的备用通道以及驾驶舱背景通道(CAM)。前3个频道记录机组人员的对话和无线电通话,CAM记录声音警告和警报,以及驾驶舱的环境声音。在飞行中关闭CVR是非法的。波音737飞机的FDR和CVR安装在飞机尾部,以尽量减少飞机坠毁时对其造成的破坏。而此次事故搜索过程中,率先被找到的正是 CVR。

27日发现第二个黑匣子之前,在26日下午举行的“3·21”东航飞行事故国家应急处置指挥部第六场新闻发布会上,有关人员表示,已搜寻到与第二个黑匣子安装位置较近的一部紧急定位发射仪(ELT)。那么,这个ELT和黑匣子是什么关系呢?顾名思义,这就是一种飞机在发生紧急情况后,用于向外界报告自身位置的装置。ICAO要求载客19人以上的商用飞机必须装备至少一部ELT,发生事故后通过无线电发送定位信号,这样便于定位飞机。由于波音737的ELT安装位置和FDR安装位置接近,且ELT也为橘红色,撞击损毁后,非专业人士可能不容易将其和黑匣子进行区分。

水下和陆地寻找黑匣子各有哪些难点?

正是由于黑匣子是破解飞行事故之谜的钥匙,飞行事故发生后,如何尽快找到黑匣子往往受到外界密切关注。寻找、打捞黑匣子,首先要确认坠机的第一现场,也就是说要确定坠机的精确区域。

相比海上坠机,坠毁到陆地上的飞机黑匣子的搜索,有其有利的一面,也有不利的一面。有利的一面,就是坠机撞击点相对容易确定,特别是在客机撞地前没有解体的情况下。以撞击点为中心,确定一定半径进行搜索,找到黑匣子只是时间问题。不利的一面则是坠机时发生的碰撞较为剧烈,巨大的冲击可能会导致黑匣子解体、损毁。紧急定位发射仪也同样容易损毁,所以陆地上搜寻、定位黑匣子基本上只能靠目视,找到飞机残骸后,利用黑匣子外表明亮、独特的颜色和反光标识进行搜寻。

27日上午,“3·21”东航飞行事故客机第二个黑匣子已找到,被当天13时的航班顺利送回北京。据央视报道,第二个黑匣子发现点位于撞击点正东偏南5度,距离撞击点40米,距地表深度1.5米。据报道,被找到的第二个黑匣子罐体较为完整。现场工作人员介绍称,第二个黑匣子的发现位置与安装在它附近的紧急定位发射仪的发现位置较近。

通常而言,陆上寻找撞击点相对容易,而发生海上坠机事故,确定撞击点就复杂得多。往往需要从发现飞机残骸开始。由于发现残骸的海域多数情况下并非飞机坠海的第一现场,因此在发现残骸碎片之后,便需要通过数学模型来确定飞机主体坠海更为精确的区域。在明确撞击点后,再在以撞击点为中心的相关区域进行搜索。如果落入水中,黑匣子上的水下定位信标(ULB)会以每秒一次的频率发送载频为37.5KHz的音频信号。在2014年7月1日之后制造的飞机上,信标工作约90天(之前为30天)。在90天内,可利用专门的被动声呐搜索。

黑匣子在水下定位主要依靠水下定位信标。它是一个电池供电的水下超声波脉冲发生器,安装在黑匣子外部。一旦黑匣子入水,信标上的水敏开关启动信标工作,通过信标的金属外壳把频率为37.5kHz的超声波信号发射到周围水域,每秒一个脉冲。信标可以在6096米的深度内发出超声波,但在距离信标1800-3600米的范围内才能被仪器探测到,海水的状态、周围的船只、海洋动物、石油管道等都会影响信标的被探测范围。

如果90天过后仍未找到黑匣子,并不意味着已丝毫没有希望。因为黑匣子通常距离残骸主体不远,甚至多数情况下会位于飞机的主体残骸上。2009年6月1日失事的法航客机的黑匣子,实际上就是通过打捞飞机的主体残骸找到的。因此,如果能确定客机主体残骸坠落区域,那么搜索工作就要以主动声呐和水下电视为主,并通过对客机主体残骸的搜索带动对黑匣子的探测。

读取黑匣子数据非常关键

找到黑匣子之后,如何从中读取记录的数据是极为重要的一个环节。由于空难造成的严重撞击,如何保证数据不被损坏?数据读取这个步骤又需要哪些环节呢?

由于黑匣子经常作为飞行事故调查的重要证据,所以必须具有抗强冲击、抗穿透、抗高温火烧、抗深海压力、耐海水浸泡、耐腐蚀性液体浸泡等能力,能在飞行事故中保存其内部存储的信息。

根据欧洲民用航空设备组织(EUROCAE)于2013年9月发布的ED-112A文件确定的黑匣子防撞国际技术标准,抗坠毁的机载记录系统最低运行性能规范必须符合以下“生存能力标准”:承受3400G冲击;承受5000磅(约2268公斤)静态压力;承受1100摄氏度高温时间1小时;承受260摄氏度高温持续10小时。同时每个飞行记录仪必须有一个水下定位信标(ULB)。当记录仪浸入水中时,ULB会自动激活,并发送90天的信号,以帮助定位黑匣子。

据民航局民航事故调查中心主任毛延峰介绍,黑匣子主要由数据存储单元、电路板、水下定位信标组成。数据记录在数据存储单元内的存储芯片中,绝大多数记录器的数据存储单元里都是固态存储芯片。黑匣子需要具备供电条件和使用专用下载设备和软件才能下载数据。

黑匣子数据下载通常会遇到三种情况:一是数据完全没有受损;二是黑匣子受损,但数据存储单元状态完好;三是黑匣子存储芯片受损。不同的情况,处理的方法也不同。对于完全不受损的黑匣子,需先将其与专用下载设备及电源连接,再次确认连接无误后给黑匣子通电;通电后需使用专用下载设备进行数据下载,再用专用译码软件对下载成功的数据进行分析。如果黑匣子破损,无论是外观还是电路板等部件受损,但数据存储单元状态完好,那么数据下载需要先将数据存储单元拆下,进行清理和检查后,取出并检查存储芯片。若存储芯片外观完好,再将存储芯片安装到另一个完好的同型号记录器中,才能按照正常记录器数据下载步骤执行。若发现黑匣子存储芯片受损,通常按照生产厂家的建议,需将存储芯片返回厂家进行芯片修复处理。

毛延峰表示,之前在事故现场发现的驾驶舱语音记录器已严重受损。数据下载所需的时间难以确定,要根据记录器的状态来决定。

调查事故原因还有哪些方法

《航空知识》杂志主编王亚男27日对《环球时报》记者表示,考虑到搜救现场的复杂性,尤其是连续降雨、地面泥泞松软,加之飞机残骸深入到地下20米深,可以说此次黑匣子搜寻进度算是比较快的。“在如此复杂的环境下能快速找到黑匣子,现场搜救团队工作效率很高。而且现场搜救团队还要负责在整个中心点范围内搜索飞机残骸以及遇难者遗骸,工作强度非常大。”

两个黑匣子的发现对于事故调查进展有至关重要的作用。王亚男举例说,2018年10月29日,印尼狮航610航班在从雅加达起飞13分钟后坠入海中,飞机上的黑匣子在位于海床泥土下方8米多的位置被发现。最后依靠飞行数据记录器,调查人员才发现事故原因:飞机的一个迎角传感器出了问题,让飞行控制系统不断下偏水平尾翼压低机头,飞行员试图拉杆制止这一趋势,拉杆动作有26次之多,但最终未能挽救飞机。

两个数据记录器的作用孰轻孰重呢?王亚男认为,对于事故调查人员而言,两个同等重要,因为它们记录的是不同的数据类型,能够在不同维度上还原现场。“语音记录器还原的是飞行员之间的信息交流等信息,飞行数据记录器记录所有的重要飞行参数,两者之间互相支撑,互相印证。比如,两名飞行员在交流中提及飞机可能出现了一些问题,飞行数据记录器则通过真实数据验证或确认飞机是否出现了飞行员交谈中所提及的问题。”至于为什么说飞行数据记录器更重要一些,王亚男表示,因为其记录了大量真实飞行参数,这些参数来自飞机各关键部位,可以帮助调查人员从数据角度还原飞机的飞行状态。

除黑匣子外,还有其他方法能帮助还原事故原因吗?王亚男表示,飞行事故调查从三个方面展开:首先是现场黑匣子的提取,数据的使用。其次是对现场飞机残骸及现场其他证据和线索的提取,还原飞机坠机前的一些状态。第三方面是围绕飞行事故外围展开相关信息的搜集和调查,包括此前飞机的飞行档案和记录、驾驶及维修过该飞机相关人员的口述和记录等,这些外围信息也能对事故原因调查有一定的帮助。

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