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黑匣子:空难“第一见证人”(组图)

  前天夜里,马来西亚官方宣布,马航MH370失联航班已确认坠毁在南印度洋。这一残酷的事实毁灭了无数人心中尚存的最后一丝侥幸。

  寻找失事飞机残骸,特别是寻找飞机黑匣子,仍然是目前搜索活动的重点。那么,到底什么是黑匣子?它又在空难调查中扮演着怎样的角色呢?

  从人类始祖抬起头来仰望天空的那一刻开始,像鸟儿一样在空中自由的飞翔就成为了深植入人类文化基因的一种强烈渴望。但没有翅膀的人类要想征服天空就必然会为此付出代价。

  古希腊神话中,伊卡洛斯用一双插满羽毛的蜡制翅膀飞上了天空。可当他飞近太阳的时候,蜡翅膀被太阳烤化。伊卡洛斯从天上跌落,摔死在地上,就此成为了人类中“第一个空难受害者”。

  在15世纪的中国,一个名叫万户的人,想要靠两只大风筝和绑着47枚火箭的木椅飞上天空。结果,火箭点燃后在地面上发生了爆炸,万户葬身火海。

  1903年,美国的莱特兄弟成功试飞了人类历史上的第一架动力飞机—飞行者1号。随后,他们又不断改进自己的发明,并希望将其推销给美国军方。1908年10月17日,弟弟奥维尔·莱特驾驶飞机搭载陆军中尉托马斯·塞普里金进行演示飞行时,飞机发生机械故障,一头栽到了地上。奥维尔左腿及肋骨骨折,在医院里躺了半个月。而塞普里金中尉就没这么幸运了,他因颅骨骨折伤重不治身亡,成为了死于飞机空难的第一人。

  塞普里金中尉之死虽然让莱特兄弟向美国军方推销飞机的计划泡汤,但却没能阻挡住航空工业的迅速发展。到了20世纪30年代,西方国家的航空工业已经形成规模。商业航班出现在各大洲的上空,不再是什么新鲜玩意儿。但随着航空飞行密度的增加,空难事故的消息也不断从世界各地传来。

  而对于国人来说,当时最为轰动的空难之一就是1931年11月的中国航空公司“济南号”邮政机撞山坠毁事件,机上两名飞行员和一名乘客遇难,而这唯一的乘客就是大诗人徐志摩。据说,徐志摩当时之所以选择搭乘这架没有什么安全保障的小飞机,是为了要赶上自己心目中的“女神”林徽因在北大的一次演讲。不想,这匆匆的旅途竟成了不归路。

  “济南号”空难最终被认定为在飞行途中遭遇大雾,飞行员操作失误所致。但事实上,当时能够像“济南号”空难这样能够较为准确地分析出事故原因的空难并不多。尤其是在飞机因自身故障而导致的空难中,往往只能靠幸存者证言和分析飞机残骸等间接方法查找空难原因。但在没有幸存者或关键部件彻底损毁的情况下,空难调查基本上就只能靠猜测,而且这种情况在当时的空难调查中是大多数。直到有一个人发明了一种神奇的装置,才彻底改变了这种局面。

  这个伟大改变的创造者就是“黑匣子之父”、澳大利亚人戴维·沃伦。沃伦之所以会想到要发明黑匣子,是因为他本人就是一个空难受害者之子。他的父亲老沃伦是一名传教士,在沃伦9岁时因空难身亡,而这次夺去众多人生命的空难却始终未能查出原因。这无疑是在幼年丧父的小沃伦伤口上又撒了一把盐。于是,年幼的沃伦立志将来长大后,要从事航空方面的工作,让曾经发生在父亲和自己身上的悲剧不再重演。

  从悉尼大学化学系毕业后,沃伦进入墨尔本航空研究实验室,成为一个航空燃料工程师。但是,在工作之余,沃伦却把所有的精力都放在了飞行记录系统的研发上,并想尽办法向他的上司推销自己的想法。可保守的管理层却警告沃伦,如果他继续不务正业的话,当心饭碗。沃伦只得无奈地将自己的研究转入地下。

  1954年,沃伦发表了一篇题为《一种有助于调查空难事故的设备》的学术论文。文中构想了一种记录装置,既能将飞行员的对话和飞机上的仪器数据信息保存下来,又能耐高温、抗挤压,可在飞机失事后保留证据。这是飞机黑匣子—也就是飞行记录仪构想的最早提出。尽管这篇论文在国际上反响热烈,但却没能改变沃伦面临的窘境,面对高昂的研制费用,沃伦仍然一筹莫展。

  1956年,沃伦倾尽积蓄,研制出了黑匣子的雏形—“航空研究实验室飞行记忆匣”。它可以保存4小时的语音和飞行数据。然而,澳大利亚的航空业界对此不屑一顾,一个飞行员组织甚至发表声明说:“我们不是间谍,不需要在飞机上安装这样的东西。而且,我们不希望自己在驾驶飞机时受到监视。”

  直到两年后的1958年,一个英国航空业代表团访问了墨尔本航空研究实验室,沃伦抓住机会,在午餐会上向英国航空注册部的书记官罗伯特展示了他的发明。罗伯特对此赞不绝口。

  不久后,沃伦的记忆匣就被装到了一架英国的飞机上。沃伦本人被邀请乘坐这架飞机,从澳大利亚绕道非洲飞行至英国,以验证这项新发明的作用。当飞机在伦敦降落后,英国各大媒体用大篇幅报道了沃伦和他的记忆匣,其中一家报社的记者为了制造轰动效应,便杜撰了“黑匣子”这个名称。不想,这个绰号不胫而走,日后竟然变得比飞行记录仪这个本名更广为人知。

  在此后的十余年间,黑匣子逐渐成为商业飞机乃至军用飞机的标配之一。而通过对黑匣子中的数据分析,飞行的安全性得到大幅提升,很多人的生命由此得到了保全。不过,这些并没有给“黑匣子之父”本人的生活带来多大的改变。1985年,沃伦从实验室退休,在家中安享天伦之乐。直到2002年,已经77岁高龄的戴维·沃伦才因其发明了黑匣子,获得了象征最高荣誉的“澳大利亚国家勋章”。2010年,沃伦与世长辞,澳大利亚国防部发表声明说:“沃伦以顽强的毅力和远见卓识,给人们谋福利,为世界航空飞行安全做出了难以估量的贡献。”

  如前所述,黑匣子只是一个绰号。真正的黑匣子非但不黑,反而会被漆成醒目的橘红色或火红色,这是为了便于能在空难事故发生后迅速找到黑匣子的需要。

  现代飞机尤其是商业飞机上装备的黑匣子通常指的是两个部件:舱音记录器(CVR)和飞行数据记录器(FDR)。这两个部件通常也不安装在一起,以波音客机为例,飞行数据记录器通常被安装在机位的顶端,舱音记录器则安装在飞机机尾右侧、距货舱门1米左右的位置。这样的位置设计,一来是利用机位尾部较为坚固的结构对黑匣子形成有效保护,二来通过安装在不同位置,降低两个部件同时受损的概率。

  舱音记录器实际上就是一个经过特殊设计的小型录音机,负责记录机舱内的声音信息。一般来说,舱音记录器会有四条音轨:第一条记录飞行员与地面航管人员的对话;第二条记录正、副驾驶员之间通过驾驶舱内部电话的对话;第三条通过驾驶舱内的一个记录舱内所有听到的声音,包括座舱内人员的对话或者发动机等部件声音异常等等;第四条记录机长和空乘人员对乘客的舱内广播。舱音记录器的最长录音时间为30分钟,每录完30分钟后又从头开始录音。虽然只有短短30分钟的声音,但通常情况下,这对于事故原因调查来说已经足够了。

  相比于舱音记录器,飞行数据记录器的功能就要复杂得多。飞行数据记录器根据飞机型号的不同,要记录16至32种不同的飞行数据,而且记录时间要求长达25小时之久。被记录的飞行数据主要包括:基本信息(如时间、飞机号码、航班号等);飞行参数(如速度、高度、加速度、迎角、俯仰角、航迹倾角、过载等);操纵机构及舵面位里(如驾驶杆位移量、油门位置、各种操纵开关的通断状态、升降舵偏角、方向舵偏角、副翼偏角、起落架位置、襟翼角度等);动力装置数据(如各台发动机高低压转子的转速、各段的温度、压力比、振动值、嫩油消耗率等);飞机系统、设备数据(如液压系统压力、燃油系统数据、电压、舱内气压、无线电通信设备发射状况等)。

  早期的飞行数据记录器主要采用机械记录方式,数据记录有限,而且精度较低。20世纪六七十年代开始,飞行数据记录器开始普遍以磁带作为记录介质,记录方式也经历了从模拟到数字化的转变。最近十多年间,闪存等纯数字化的记录介质开始被应用到最新型号的飞行数据记录器上。

  不过,对于黑匣子来说,可靠性远比先进性重要得多,毕竟除了例行检修之外,黑匣子一旦脱离机体,就必然要面对极端环境的残酷考验。所以,除了内部的精密记录设备外,黑匣子必须有一个超级强硬的外壳。黑匣子的外壳一般由高性能的特殊材料制成,要能承受巨大力量的冲击、2吨重的压力、30分钟1100℃的高温和耐30天的海水浸泡,还要求能经受多种油液、灭火剂的侵蚀。

  此外,一旦飞机在海上失事,安装在黑匣子内部的超声波定位信标就会开始工作,在内置电池的驱动下,能够在30天内不间断定位信号,以利于搜救人员的寻找。

  黑匣子的广泛应用,为准确寻找空难原因提供了捷径。20世纪90年代,俄国的一架商用运输机在爬升到万米高空后,在毫无征兆的情况下突然做了一个急速俯冲的动作,最终失事坠毁。起初,调查人员根本无法解释飞机的这个亚博国际官方网站信誉动作。直到通过对舱音记录器的分析才获知,原来是机长把自己年幼的儿子带进了驾驶舱,并允许他随意操纵驾驶杆,才导致了空难的发生。2009年发生在大西洋上空的法航447航班空难,最终也是靠对黑匣子中记录的飞行数据进行分析,才将失事原因锁定为空速管结冰导致飞行数据传输错误。

  尽管黑匣子对于保证飞行安全,调查空难事故起到了重要的作用,但不可否认的是,黑匣子也有其自身的局限性。

  首先,黑匣子的记录量有限,而且也并非绝对可靠。在1998年瑞士航空111航班空难中,由于该机的黑匣子中只记录了2%的电气数据,导致无法确判事故是否因为电线短路起火而造成。

  其次,黑匣子可能遭到彻底损坏而完全无法恢复数据。像1999年大韩航空麦道11坠机事件、西南航空图154坠机事件中,都出现过这种情况,导致事故调查陷入死胡同。

  为了弥补黑匣子的不足,航空科技工作者研制出了全新的“白匣子”系统—飞机通信寻址与报告系统(英文缩写为ACARS)。

  其实,白匣子本质上是一种空地即时通信系统,能在飞机和地面站之间以数字数据链的形式通过无线电或卫星传输短消息(报文)。通俗地讲,ACARS是一种有点类似手机短信的双向文字交互系统,它可以为空中与地面、地面与地面之间进行大流量的数据通信提供服务,实现各种信息的交换。它可以使飞行的飞机在无需机组成员干预的情况下自动向航空公司地面应用系统提供飞行动态、发动机参数等实时数据信息,同时也可以向地面传送其他各类信息,使航空公司运行控制中心在自己的应用系统上获得飞机的实时的、不间断的大量飞行数据及相关信息,及时掌握本公司飞机的动态,实现对飞机的实时监控,满足航务、运营、机务等各相关部门管理的实时数据需要。

  然而,尽管白匣子具有种种优势,但并不是所有的航空公司都愿意引进这一系统。最大的原因就是运营维护成本过高。对于众多第三世界国家的航空公司或者廉价航空公司来说,白匣子太过奢侈了。

  在此次马航MH370事件中,正是白匣子这一系统提供的数据,使人们得出了飞机在失联后仍在继续飞行了数小时的结论,从而彻底改变了搜救方向。相信在马航MH370事件之后,白匣子系统会得到更大的重视和更普遍的应用。

  汽车黑匣子,又称汽车行驶记录仪或汽车综合信息记录仪,有人将其形象地称为汽车电子警察。汽车黑匣子一般由传感器、记录器、显示器等组成,其功能是在汽车行驶中精确地记录下多种工作状态时的参数,能及时反映出汽车行驶的动态数据,供驾驶员及时了解车况并纠控,在汽车发生超速行驶时还会自动报警。汽车一旦发生事故,它的处理软件系统会根据记录器中所采集的各种参数,用图像形式再现发生事故时的行驶轨迹。

  火车黑匣子一般装配在车头部,又名“火车运行监控记录器”。除了跟飞机黑匣子类似的记录功能外,它还具有显示、提醒、报警、自动鸣笛、紧急制动等监控管理功能。当列车司机驾驶不当、机车发生故障等危及列车安全的问题出现时,黑匣子会用语音及时提醒司机采取措施;如果司机不能马上回应,它就会自动转为紧急停车或减速,确保列车运行的绝对安全。

  船舶黑匣子的学名叫船载航行数据记录仪(简称VDR),主要功能是记录、处理、压缩、储存和回放事故船舶在发生灾难事故前16小时内,船舶上的各种重要信息参数,其功能与飞机上的黑匣子差不多。但船舶黑匣子一般都不安装在船舱内,甚至有能在船难发生时自动与船舶主体分离的漂浮式黑匣子,这主要是出于便于打捞的考虑。

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