｜探索发现Exploration & Discovery
黑匣子的秘密
飞机的快捷、方便，已成为人们出行的首选交通工具，但机器就是机器，有时免不了要出故障。2014年7月17日，一架属于马来西亚航空公司的M H17从阿姆斯特丹飞往吉隆坡，却在乌克兰东部坠毁，280名乘客和15名机组成员无人生还；2014年7月23日，台湾澎湖空难造成48人罹难10人受伤；2014年7月24日，一架由西班牙Swift Air运营的阿尔及利亚航空M D83客机A H5017航班，在从西非国家布基纳法索首都瓦加杜古飞往阿尔及利亚首都阿尔及尔的途中，在起飞50 min之后失联，经确认已坠毁。
上述几起空难，不论是人为因素、机械故障或不可抗拒的恶劣自然条件造成，都给人们带来巨大的伤亡和不可估量的财产损失。空难事故发生后，飞机自身携带的黑匣子是解开秘密的重要物证，那么黑匣子究竟是什么？下面小编带大家一探究竟。
黑匣子的定义
“黑匣子”，是飞机专用的电子记录设备之一，俗称飞参记录器，简称“飞参”，主要是由采集器和记录器组成。一般民航客机上会同时安装两个黑匣子，分别为飞行数据记录系统和座舱音频记录系统。飞机各机械部位和电子仪器仪表都装有传感器与之相连。它能把飞机停止工作或失事坠毁前半小时的语音对话和两小
时的飞行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林尼治时间，还有飞机系统工作状况和发动机工作参数等飞行参数都记录下来，需要时把所记录的内容解码，供飞行实验、事故分析之用。
黑匣子的外表并不是黑的，而是醒目的橙，表面还贴有方便夜间搜寻的反光标识。因为飞参记录器记录的数据必须通过专用的下载设备和回放软件才能解读和分析，加上事故记录器存储的数据非常关键和神秘，另外在一些事故中记录器经过火烧后变成了黑，所以人们将飞参记录器称为“黑匣子”。 黑匣子作为一种事关飞行安全的重要航空电子设备，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特种防护能力，能在各种飞机事故中保存其内部存储的信息。在飞机通电后，黑匣子将会自动启动，记录飞机相关信息，不受任何人员控制。根据民航要求，黑匣子的数据信息是实时采集于飞机传感器和相关系统，必须保留断电前至少25 h的飞行数据和2 h的音频数据，并且记录的数据不可更改。一般来说，飞行数据黑匣子安装在飞机尾部，以保证飞机坠毁时对其的破坏降到最低；座
坠机现场
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
科学之友 |48
舱音频黑匣子安装在飞机前部，有利于语音信号的采集和记录。黑匣子连接飞机的应急供电电源，确保能工作到最后时刻。作为飞机飞行数据客观、真实、全面的记录者，黑匣子是飞机失事后查明事故原因的最可靠、最科学、最有效的手段。伴随着航空事业的发展，黑匣子在飞机日常安全维护、飞行状态监测、消除事故隐患以及故障定位方面也发挥着越来越重要的作用，甚至可以说充当着飞行过程中不可或缺的角。
黑匣子的诞生
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血洒长空，后来的客机也不时有失事的事故发生。
当一架飞机坠毁之后，怎样才能分析出事故的原因呢？
我们可以飞机残骸，之后再把所有碎片拼合在一起来寻线索。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。更何况有些飞机坠毁在茫茫大海中，要到哪里去残骸呢？为解决这个问题，法国航空工程师弗朗西斯·于斯诺和保罗·博杜安于1939年发明了一种记录装置：把飞机飞行时的速度、高度等几项最重要的信息记录下来，用类似拍照的原理记录在88
mm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。但是这种装置的胶片
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。
第二次世界大战期间，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（F D R）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F D R。在瓦伦的装置里，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F D R具备了实际应用的
基础。之后，瓦伦再次提出新的问题：
F D R只能告诉我们，飞机在出事之前的
姿态、高度、速度等参数，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，F D R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：座舱音频记录（C V R）。
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
飞机黑匣子能记录多项关键数据是飞行员之间、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。这样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。
黑匣子的结实程度
凡有坠机事故发生，无论陆地还
是海里，飞机基本上都会被摔得七零八
黑匣子
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
49 | 科学之友
｜探索发现Exploration & Discovery
落，有时还会引发熊熊烈火，黑匣子里记录的数据要如何保存？
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。具体来说，就是用非常坚固的厚钢板，把FDR、CVR都密封在里头，如同保险柜一般，只留下几个数据接口。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。
黑匣子的定位打捞
黑匣子在陆地的定位主要依靠人工目视，到飞机的残骸后，利用黑匣子外表明亮、独特的颜和反光标识进行搜寻。
黑匣子在水下定位主要依靠水下定
位信标（U L B）。它是一个依靠电池供
电的水下超声波脉冲发生器，牢固地安
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37.5 k H z的超
声波信号发射到周围水域，每秒一个脉
冲。其内置电池可连续工作至少30天，
30天后，随着电量逐渐耗尽，超声波信
号将越来越微弱，直至停止工作。信标
可以在6 096 m的深度内发出超声波，但
在距离信标1 800~3 600 m的范围内才
能够被仪器探测到，海水的状态、周围
的船只、海洋动物、石油管道以及其他
因素造成的噪音都会影响信标的被探测
范围。水下定位信标发出信号时，可以
通过专用声呐探测仪进行定位。由于信
标信号的可探测范围相对于大海而言极
其有限，一般先要进行残骸大致范围定
位，然后再通过拖曳式声呐缩小定位范
围，最后再使用可以定位信号来源方向
的水听器，定位黑匣子的方位。如果黑
匣子沉入浅海，可由潜水员进行打捞。
如果黑匣子沉入深海，超过人工潜水深
度时，需要使用专门的搜索、打捞设
备。一般可使用轮船放下水下线控机器
人，操作人员在船上通过综合显示控制
台，控制机器人携带的海底声呐扫描设
备、信标方位定位器、深海摄像头定位
黑匣子，通过机械手打捞黑匣子。
黑匣子未来的研发
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
下，黑匣子依然可能被损坏。为了解决水
上事故后定位打捞黑匣子的困难以及陆
地事故后黑匣子存活率达不到100%的难
题，抛放式黑匣子应运而生。
实际上，这一技术已被美国海军
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。
随着科学技术的进步，黑匣子的设
计也在不断改进，但无论怎样，最根本
的还是杜绝人为事件、降低空难发生的
概率。
声呐探测仪
Copyright©博看网 www.bookan. All Rights Reserved.
科学之友 |50
发布评论