寒武

1988年12月21日，美國泛美航空公司的103號班機(jī)在英國蘇格蘭洛克比鎮(zhèn)上空爆炸并墜毀，機(jī)組人員和259名乘客全部遇難，同時(shí)造成地面11人死亡。

2010年7月19日，航空飛行記錄器（俗稱“黑匣子” ） 之父——澳大利亞科學(xué)家戴維·沃倫博士與世長辭，享年85歲。戴維·沃倫的一生飽受空難帶來的痛苦。1925年沃倫出生在澳大利亞北部的偏遠(yuǎn)山區(qū)。他9歲時(shí)父親死于一場空難，那是澳大利亞最早的空難之一。父親生前送給他的最后一件禮物是一臺晶體管收音機(jī)。從此以后，小沃倫最大的一個(gè)愛好就是在每晚熄燈之后用收音機(jī)聽節(jié)目，這激發(fā)了沃倫對電子和機(jī)械的濃厚興趣，也正是這份好奇心將他帶入了澳大利亞墨爾本航空研究實(shí)驗(yàn)室。

“黑匣子”之父

1953年， 世界上第一架噴氣式民航客機(jī)——“彗星”客機(jī)墜毀。當(dāng)時(shí)沃倫所在的墨爾本航空實(shí)驗(yàn)室參與了這起事故的調(diào)查。由于這次空難沒有客機(jī)的殘骸和生還者，因此無法提供任何線索。在上世紀(jì)50年代早期，噴氣式飛機(jī)上使用的新燃料比傳統(tǒng)的飛機(jī)燃料更容易在高空爆炸，這被認(rèn)為是“彗星”墜毀的一個(gè)可能的原因。在聽取有關(guān)墜機(jī)可能的原因爭論時(shí)，沃倫就意識到，如果飛機(jī)上有能夠記錄飛行過程的設(shè)備，問題就會變得更容易解決。

他想起不久前在墨爾本的一個(gè)商品交易會上看到的世界上第一款微型錄音機(jī)，心想：如果將這種設(shè)備安裝在飛機(jī)的駕駛艙內(nèi)，就能夠記錄下飛行員處理緊急事件的全過程。當(dāng)時(shí)，沃倫將這個(gè)想法告訴了他的主管，但是領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為這些事情并不屬于他的工作范疇，讓他繼續(xù)回去研究飛機(jī)的油箱是如何爆炸的。但是，沃倫并沒有放棄，他相信解開飛機(jī)失事之謎的關(guān)鍵，是記錄下駕駛艙中的一切聲音，使調(diào)查員可以通過錄音重現(xiàn)飛機(jī)墜毀前的最后幾分鐘的對話，以此可以知道失事前機(jī)艙內(nèi)發(fā)生了什么情況。

但是，普通的錄音機(jī)能經(jīng)受住飛機(jī)墜毀燃燒的高溫或水浸后仍能播放的可能性幾乎為零，沃倫放棄磁帶，改用金屬線作為錄音的載體。沃倫和他的同事經(jīng)過一次次的試驗(yàn)和一次次的失敗，終于在1956年研制成功了可保持4個(gè)小時(shí)語音和飛行數(shù)據(jù)的“黑匣子”雛形，并向澳大利亞航空局展示了他們的成果。但可惜的是，他再一次失望而返，因?yàn)榘拇罄麃喛哲娬J(rèn)為“這種設(shè)備并沒有多大用處，無助于解釋飛機(jī)失事的原因”，而且也并不是所有的同事都對沃倫的想法表示支持。這個(gè)原型機(jī)最主要的問題就是涉及個(gè)人隱私，對此飛行員聯(lián)合會做出了一些有趣的評價(jià)，例如，“感覺就像有一位間諜坐在自己的飛機(jī)上”。空軍則認(rèn)為磁帶記錄下的粗話恐怕比有用的信息更多，沃倫因此遭遇了很多敵意和冷眼。

“黑匣子”的發(fā)明者戴維·沃倫。

就在沃倫的發(fā)明成果即將夭折的時(shí)候，1958年的一天，一位來自英國的貴客來到了沃倫的實(shí)驗(yàn)室，他提出想要看一看沃倫的原型機(jī)。他就是曾經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)英國皇家空軍取得不列顛之戰(zhàn)勝利的前空軍中將羅伯特·哈丁漢。沃倫在實(shí)驗(yàn)室中為哈丁漢先生對自己的原型機(jī)進(jìn)行了簡單的示范和講解，哈丁漢先生隨即對這項(xiàng)發(fā)明產(chǎn)生了濃厚的興趣，他認(rèn)為這是一個(gè)非常棒的主意，并相信這項(xiàng)發(fā)明將會成為航空事故調(diào)查的有力工具。沃倫受邀與哈丁漢先生一同返回英國展示這項(xiàng)發(fā)明，為了方便沃倫研究，英國政府向他提供了一個(gè)工程隊(duì)供他差遣。英國航空部門宣稱，不久的將來，在飛機(jī)上安裝“黑匣子”將會成為強(qiáng)制性規(guī)定。

英國民用航空管理局開始著手讓沃倫發(fā)明的裝置成為民用航班的必備裝備。英國米德爾塞克斯的一家公司第一個(gè)拿到生產(chǎn)許可證，開始生產(chǎn)。1958年，第一批“黑匣子”走下流水線。它們的顏色不是黑色的，而是耀眼的橙色，并一直保持這個(gè)顏色至今。鮮艷的橙色也是為了飛機(jī)失事墜毀后便于尋找識別，那為什么被叫做“黑匣子”呢？沃倫回憶說，這還要怪英國廣播公司（BBC）的記者在采訪他時(shí)用了一個(gè)電子裝置的統(tǒng)稱“黑匣子”來介紹他的發(fā)明，“黑匣子”從此成為了飛行數(shù)據(jù)記錄儀的最廣為人知的俗名。

看到英國政府支持的態(tài)度，沃倫所在的澳大利亞航空實(shí)驗(yàn)室最終決定為這個(gè)項(xiàng)目投入資金。1960年，?？斯疽患茱w機(jī)在昆士蘭地區(qū)墜毀，機(jī)上29人全部遇難，事故調(diào)查員強(qiáng)烈要求在所有的飛機(jī)上安裝“黑匣子”。澳大利亞政府也開始重視“黑匣子”的作用，并將“黑匣子”的型號進(jìn)行了規(guī)范，使其適用于澳大利亞的所有飛機(jī)。3年后，澳大利亞政府頒布法律，成為世界上第一個(gè)強(qiáng)制要求安裝駕駛艙語音記錄器的國家。從這時(shí)起，戴維·沃倫發(fā)明的飛行記錄器被民航普遍采用，并成為調(diào)查、預(yù)防飛行事故的重要設(shè)備。

直到1977年，“黑匣子”才真正引起了全世界的關(guān)注。那一年，兩架波音747型客機(jī)在西班牙特內(nèi)里費(fèi)島機(jī)場的跑道上相撞，造成了583人喪生，數(shù)百人受傷，這是飛機(jī)航行史上最嚴(yán)重的空難之一。多虧了有“黑匣子”的記錄，這起事故很快就真相大白。通過回放“黑匣子”記錄的當(dāng)時(shí)駕駛艙內(nèi)的錄音，人們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這場災(zāi)難的主要原因是飛行員之間的誤會以及對塔臺給出指令的錯(cuò)誤理解。如果沒有“黑匣子”，人們也許永遠(yuǎn)無法獲得這些至關(guān)重要的信息，“黑匣子”為空難調(diào)查員提供了新的調(diào)查方向。

這項(xiàng)發(fā)明從來沒有給沃倫帶來任何收入，但在2002年，他終于被授予澳大利亞勛章。2008年，為了表示對沃倫的敬意，澳大利亞航空公司以他的名字命名了一架當(dāng)時(shí)世界上最大的空客A380客機(jī)。

“黑匣子”中的科技

隨著科技的發(fā)展、時(shí)代的進(jìn)步，“黑匣子”也在不斷進(jìn)步。近年來出現(xiàn)的新一代“黑匣子”，它可以記錄視頻信息，記錄的參數(shù)數(shù)量也多達(dá)幾千個(gè)，并且能夠通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸“黑匣子”的關(guān)鍵信息。但是受通信帶寬、信號盲點(diǎn)和氣象環(huán)境等影響，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方式無法完全取代傳統(tǒng)“黑匣子”的作用。此外，新型拋放式“黑匣子”也已經(jīng)出現(xiàn)，它能夠在飛機(jī)墜毀時(shí)自動(dòng)與機(jī)身分離，并且具備水上漂浮和無線電、衛(wèi)星定位功能。

那么在飛機(jī)發(fā)生事故后，“黑匣子”是怎么被人們找到的呢？當(dāng)前，“黑匣子”在陸地的定位主要依靠人工目視，找到飛機(jī)殘骸后，利用“黑匣子”鮮亮的外表、獨(dú)特的顏色和反光標(biāo)識進(jìn)行搜索?！昂谙蛔印痹谒露ㄎ恢饕揽克露ㄎ恍艠?biāo)（ULB，Underwater Locator Beacon）。這是一個(gè)電池供電的水下超聲波脈沖發(fā)生器，牢固地安裝在“黑匣子”外部。一旦“黑匣子”墜入水中，它外部的信標(biāo)上的水敏開關(guān)啟動(dòng)信標(biāo)工作，通過信標(biāo)的金屬外殼把頻率37.5kHz的超聲波信號發(fā)射到周圍水域，每秒一個(gè)脈沖。其內(nèi)置電池可連續(xù)工作至少30天，30天以后隨著蓄電池的電量逐漸耗盡，超聲波將越來越微弱直至停止工作。

這個(gè)信標(biāo)可以在6096米的深度發(fā)出超聲波，但在距離信標(biāo)1800—3600米的范圍內(nèi)才能被相關(guān)的探測儀檢測到，所以，水下定位信標(biāo)發(fā)出信號時(shí)，可以通過專用聲吶探測儀進(jìn)行定位。由于信標(biāo)信號的可探測范圍相對于大海而言極其有限，一般先要進(jìn)行殘骸大致范圍的定位，然后再通過聲吶縮小定位范圍，最后再使用可以定位信號來源方向的水聽器，定位“黑匣子”的方位。

但是，海水的狀態(tài)、周圍的船只、海洋動(dòng)物、石油管道等因素都會影響信標(biāo)被探測的范圍。如果“黑匣子”沉入淺海，可由潛水員進(jìn)行打撈;如果“黑匣子”沉入深海，超過人工潛水深度時(shí)，就需要專門的搜索、打撈設(shè)備——現(xiàn)在一般使用的是輪船上放下的水下線控機(jī)器人，操控人員通過機(jī)械手打撈“黑匣子”。

2009年6月1日，法國航空公司的一架從里約熱內(nèi)盧飛往巴黎的航班在大西洋上空失事，由于“黑匣子”沉入4000米的海底，調(diào)查人員歷時(shí)兩年才打撈出“黑匣子”，耗資巨大。這架飛機(jī)上的“黑匣子”雖然帶有水下定位信標(biāo)，但是由于信標(biāo)作用距離僅僅只有幾千米，打撈時(shí)間又超過了電池的工作時(shí)間、定位信號消失等原因，甚至出現(xiàn)了無法打撈的問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，1970—2009年發(fā)生的大型民用航空器在公海墜毀的36起事故中，有4起沒有找到飛機(jī)的殘骸、9起沒有找到“黑匣子”，反映出了水下定位信標(biāo)位置的方式存在一定的局限性。此外，雖然現(xiàn)在“黑匣子”的抗墜毀性能正在不斷提高，但是在一些嚴(yán)重的空難中，“黑匣子”損壞的事故還是經(jīng)常發(fā)生。

2018年11月1日，印尼雅加達(dá)的搜救人員展示印尼獅航墜毀的波音737飛機(jī)的“黑匣子”。

為了解決水上事故定位和打撈“黑匣子”困難以及陸地事故中“黑匣子”存活率達(dá)不到100%的難題，拋放式的“黑匣子”應(yīng)運(yùn)而生。這種“黑匣子”可以通過飛機(jī)上的墜毀感知傳感器，監(jiān)控飛機(jī)事故時(shí)觸地或者墜海瞬間的飛機(jī)參數(shù)的異常變化，迅速控制“黑匣子”與飛機(jī)的機(jī)身進(jìn)行分離，這個(gè)原理和汽車在撞車的瞬間會迅速彈出氣囊的方式相似。這樣，“黑匣子”在事故發(fā)生瞬間迅速脫離機(jī)身，如果落在陸地上，就可以避免“黑匣子”被破壞;如果落在海面上，就可以避免墜入海底，這樣的設(shè)計(jì)就可以保證“黑匣子”可以以預(yù)定的姿態(tài)漂浮在海面上。之后，“黑匣子”通過無線電和衛(wèi)星自動(dòng)發(fā)送定位信號。由于具有以上特點(diǎn)，拋放式“黑匣子”不但便于事故后搜尋和打撈，同時(shí)可作為傳統(tǒng)“黑匣子”的備份，提高數(shù)據(jù)存活率。

對“黑匣子”的反思

前一段時(shí)間特斯拉剎車失靈事件不斷爆出，但事故調(diào)查原因不能服眾。由此人們想到，自動(dòng)駕駛汽車上是不是也需要安裝相關(guān)的“黑匣子”呢？其實(shí)，各大汽車制造商上市的車輛已經(jīng)有類似的裝置，不過記錄的汽車數(shù)據(jù)只能由汽車制造商自己提取解析，一直缺乏很好的公信力。讓汽車制造商自己承認(rèn)自己的車輛有問題， 似乎是不可能的。在2020年底，我國出臺了汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)國家標(biāo)準(zhǔn)，這就意味著受法規(guī)約束的“黑匣子”它來了！這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)從法規(guī)層面詳細(xì)規(guī)定了汽車制造商應(yīng)該記錄哪些數(shù)據(jù)、以怎樣的格式記錄數(shù)據(jù)。雖然這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)在2022年1月1日起才開始強(qiáng)制執(zhí)行，但是現(xiàn)在不少主流汽車制造商在國標(biāo)發(fā)布之日起就已經(jīng)開始實(shí)施了。

汽車“黑匣子”是具有監(jiān)測、采集并記錄碰撞事件發(fā)生前、發(fā)生時(shí)和發(fā)生后車輛和乘員保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)功能的系統(tǒng)或裝置。通常汽車“黑匣子”的功能集成在安全氣囊控制器中，真正的名字叫事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)（EDR）。國標(biāo)中規(guī)定了60種碰撞數(shù)據(jù)，主要記錄的數(shù)據(jù)包括：車速、行車制動(dòng)、安全帶狀態(tài)、加速踏板位置、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、事件中上電周期、自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)等。如此，特斯拉與維權(quán)車主爭論的焦點(diǎn)問題，或許就能夠更好地查證了。