文/李忠東

黑匣子是自飛機(jī)問(wèn)世以來(lái)，在不斷的飛機(jī)失事調(diào)查中慢慢發(fā)展起來(lái)的產(chǎn)物，它集中了許多工程師和飛行員的智慧。它的全稱叫作“飛行信息記錄系統(tǒng)”，它通常在飛機(jī)啟動(dòng)后開(kāi)始記錄和存儲(chǔ)最近一段時(shí)間的飛行數(shù)據(jù)及語(yǔ)音信息。新數(shù)據(jù)將不斷地覆蓋原有的數(shù)據(jù)，能最大限度地保存和還原整個(gè)飛行數(shù)據(jù)，以供分析事故原因。

早期的飛行記錄儀主要在軍用飛機(jī)上應(yīng)用，后來(lái)也應(yīng)用在民航飛機(jī)上。為了在空難事故發(fā)生后更好地發(fā)現(xiàn)黑匣子，它通常被安裝在比較醒目的橘色盒子里（外表涂有“飛行記錄器，請(qǐng)勿開(kāi)啟”的提示），表面還貼有方便夜間搜尋的反光標(biāo)識(shí)。黑匣子一般安裝在飛機(jī)尾部，因?yàn)樵诮^大多數(shù)的空難事故中，這一部位往往保存得較為完整。

每一架客機(jī)上都有駕駛艙話音記錄器和飛行數(shù)據(jù)記錄器兩個(gè)黑匣子。其中，駕駛艙話音記錄器又稱“座艙通話記錄器”。它實(shí)際上就是一個(gè)無(wú)線電通話記錄器，飛機(jī)通電時(shí)開(kāi)始記錄，斷電后停止記錄，記錄時(shí)長(zhǎng)2 至3 小時(shí)左右。它可以記錄4 個(gè)通道的聲音，分別為機(jī)長(zhǎng)通道、副駕駛通道、備用通道和環(huán)境聲音通道。而飛行數(shù)據(jù)記錄器主要記錄飛機(jī)高度、速度、加速度、航向、飛行時(shí)間、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和垂直速度，以及機(jī)組的操作如駕駛盤桿量、油門等1000 個(gè)左右的飛行參數(shù)，記錄的時(shí)間范圍至少是飛機(jī)斷電才停止，或失事墜毀前的最后25 小時(shí)。

黑匣子是飛機(jī)上最堅(jiān)固的部件之一，長(zhǎng)50 厘米，寬20 厘米，高15 厘米，重20～30 千克。它共有4 層，從外到內(nèi)分別是用耐腐蝕的鈦和不銹鋼制的雙層外殼、高溫絕緣層、防寒保溫層和儲(chǔ)存器，能夠抗撞擊擠壓、抗磁干擾、抗腐蝕、耐高溫和耐海水浸泡。聯(lián)合國(guó)國(guó)際民用航空組織對(duì)黑匣子的材質(zhì)有明確要求：能承受3400 克的加速度，相當(dāng)于重力加速度的3400 倍，大約相當(dāng)于以500 千米的時(shí)速發(fā)生撞擊；在1100℃高溫下的耐火時(shí)間能長(zhǎng)達(dá)60分鐘，耐海水浸泡時(shí)間為30 天，扛得住6000 米深海的壓力。

黑匣子除了能為重現(xiàn)空難當(dāng)時(shí)的情景提供最有力的佐證外，還具有其他功能。例如，可以用來(lái)監(jiān)控飛行員平日的駕駛情況，糾正其不良駕駛習(xí)慣。因?yàn)樵诟黝惪针y事故的原因分析中，飛行員操作失誤占事故數(shù)量的一半左右。再如，可以監(jiān)測(cè)飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)和部件健康狀態(tài)，以排除事故隱患。

黑匣子的更新?lián)Q代非常頻繁，大大提升了空難事故分析的精準(zhǔn)度。第一代黑匣子誕生于20 世紀(jì)50 年代初，是在飛機(jī)設(shè)計(jì)試飛記錄設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)的，其工作原理是通過(guò)在金屬箔帶上用針留下劃痕來(lái)反映數(shù)據(jù)變化曲線，僅能記錄航向、高度、空速、垂直負(fù)載和時(shí)間等5個(gè)飛行參數(shù)。第二代黑匣子誕生于20 世紀(jì)50 年代末，類似于普通磁帶機(jī)，但在磁帶機(jī)外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護(hù)外殼，一般可以記錄幾十個(gè)參數(shù)，并同時(shí)出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。第三代黑匣子出現(xiàn)于20 世紀(jì)90 年代。隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，黑匣子開(kāi)始采用半導(dǎo)體存儲(chǔ)器記錄數(shù)據(jù)，記錄參數(shù)一般為幾百個(gè)，功能已從飛行事故調(diào)查逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機(jī)故障診斷與維護(hù)等。

黑匣子——國(guó)際民航規(guī)定所有客機(jī)必須安裝的設(shè)備

最新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數(shù)多達(dá)幾千個(gè)，且能夠通過(guò)衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)。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)體分離。美國(guó)國(guó)家運(yùn)輸安全委員會(huì)還建議在飛機(jī)上安裝第三個(gè)黑匣子，除了記錄飛行參數(shù)和駕駛艙通話外，還可以通過(guò)一個(gè)攝像頭，把駕駛艙內(nèi)的實(shí)時(shí)畫面記錄下來(lái)，以便更好地分析事故原因。

搜尋與譯碼困難多

黑匣子的重要性不必贅言，硬核的防護(hù)措施一般可以保證黑匣子數(shù)據(jù)的安全。但在空難發(fā)生后，飛機(jī)墜毀于海洋中或陸地上，尋找黑匣子卻非常艱難。

在水中尋找黑匣子主要依靠“水下定位信標(biāo)”和“被動(dòng)聲吶信標(biāo)”兩套定位系統(tǒng)。黑匣子入水后，它的“水下定位信標(biāo)”就會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，連續(xù)不斷地發(fā)射信號(hào)，直到黑匣子的電量消耗完為止。一般情況下，電量可以保證“水下定位信標(biāo)”工作一個(gè)月。因此，救援人員最好要在30 天內(nèi)找到它，不然等電量消耗完，黑匣子便成了大海中的一根“針”了。

“水下定位信標(biāo)”發(fā)射的信號(hào)，分高頻和低頻兩種頻次。高頻段的“水下定位信標(biāo)”可以發(fā)射頻率為37500 赫茲的聲波，強(qiáng)度大，更易探測(cè)到。不過(guò)信號(hào)的范圍有限，一般只能在4 千米的范圍內(nèi)探測(cè)到，且更費(fèi)電，只能運(yùn)行30天。而低頻段的“水下定位信標(biāo)”采用的是8800 赫茲的聲波，在海面上可發(fā)射到20 千米之外的區(qū)域，人耳能夠聽(tīng)到。因?yàn)樗念l率比較低，所以比較省電，可以運(yùn)行90 天。而“被動(dòng)聲吶信標(biāo)”專門應(yīng)用于水下。由于純聲音信號(hào)在水下環(huán)境中會(huì)不斷衰減，因此可以利用拖拽聲吶進(jìn)行測(cè)距，然后不斷逼近，完成定位。

即便是這樣，在海上搜尋黑匣子也極為不易。相對(duì)于遼闊的海面，十幾千米的搜尋范圍實(shí)在是太小了，必然造成黑匣子定位困難。即使定位成功，深海打撈也存在難度大、時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高，甚至無(wú)法打撈等問(wèn)題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，從1970 年至2009 年，大型民用客機(jī)在公海墜毀的36 起事故中，有4 起迄今未找到飛機(jī)殘骸，9 起未找到黑匣子。

在陸地上尋找黑匣子，目前主要是利用其明亮的外表、獨(dú)特的顏色和反光標(biāo)識(shí)，依靠人工目視和搜救犬的鼻子進(jìn)行搜尋。如果黑匣子被埋入土中，那么救援人員可以使用金屬探測(cè)儀等探地工具進(jìn)行尋找。為了擴(kuò)大搜索范圍和避免遺漏，需要花費(fèi)巨大的人力進(jìn)行地毯式、拉網(wǎng)式的搜索。

即便救援人員能夠順利地搜尋到黑匣子，想要破譯其數(shù)據(jù)，揭開(kāi)空難的真相也決非易事。這是因?yàn)楹谙蛔訑?shù)據(jù)的下載和譯碼都需要一定時(shí)間。如果內(nèi)部存儲(chǔ)單元出現(xiàn)損壞，則可能耗時(shí)更久。黑匣子的解讀時(shí)間要根據(jù)其損毀嚴(yán)重情況而定，有可能幾天，也有可能數(shù)月。根據(jù)損傷情況來(lái)決定將它送往哪里，如果情況尚好，一般會(huì)將它送到政府指定的民航專業(yè)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行譯碼分析。倘若損傷情況較為嚴(yán)重，則需要先送到設(shè)備原制造廠進(jìn)行恢復(fù)處理。

駕駛艙話音記錄器

要獲取黑匣子的數(shù)據(jù)，需要用特殊的技術(shù)將其進(jìn)行物理恢復(fù)。民航安全專家在對(duì)它的外表進(jìn)行清洗和真空干燥后，將采用特殊設(shè)備進(jìn)行修復(fù)讀取和數(shù)據(jù)下載，解讀黑匣子內(nèi)的信息。駕駛艙話音記錄器多數(shù)是采用傳統(tǒng)的磁帶方式，一旦找到磁帶，可通過(guò)諸多辦法進(jìn)行破譯。如果磁帶沒(méi)有損壞，那么現(xiàn)有技術(shù)就可以順利提取錄制的聲音內(nèi)容。在磁帶損壞但磁條沒(méi)有遭到嚴(yán)重破壞的情況下，目前也仍有辦法解讀。最壞的情況是磁條也有損壞，但只要不是完全損壞，至少可以把未損壞的部分解讀出來(lái)。

對(duì)黑匣子的數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀后，還要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行核對(duì)，對(duì)誤碼進(jìn)行校正，才能破譯黑匣子內(nèi)的記錄內(nèi)容。譯碼完成后，民航安全專家可根據(jù)獲取的內(nèi)容和數(shù)據(jù)，結(jié)合之前掌握的飛機(jī)整體運(yùn)行過(guò)程以及調(diào)查結(jié)果，作一個(gè)初步的判斷。在整個(gè)過(guò)程中，最重要的就是找到異常情況，一旦發(fā)現(xiàn)疑點(diǎn)，就不放過(guò)任何蛛絲馬跡。

入“云”定位非易事

有人提出，如果把黑匣子升級(jí)成“云匣子”，那么飛機(jī)在空中就能夠?qū)崟r(shí)跟地面進(jìn)行信息交互，使空難事故的分析變得更加便捷。然而，要讓黑匣子實(shí)現(xiàn)所有數(shù)據(jù)云同步，卻沒(méi)有那么簡(jiǎn)單，同步傳輸和云存儲(chǔ)的障礙太多。首先，黑匣子的內(nèi)部很難搭載實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)同步所需的操作環(huán)境。黑匣子在質(zhì)量、尺寸和能耗上都有嚴(yán)格的限制，其最主要的任務(wù)是保存數(shù)據(jù)，其他方面的性能則很差。為了抵抗強(qiáng)大的物理沖擊，它不能使用一般的硬盤、SD 卡這些大容量存儲(chǔ)設(shè)備。黑匣子的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力還不到一般筆記本電腦的百分之一，通常只有1G～4G 的存儲(chǔ)空間來(lái)保存所有的系統(tǒng)文件，無(wú)法執(zhí)行運(yùn)算等任務(wù)。它的設(shè)計(jì)要求能夠用有限的電量運(yùn)作足夠長(zhǎng)的時(shí)間，因此配備獨(dú)立的電源，以確保在飛機(jī)發(fā)生異常時(shí)，記錄儀器能夠繼續(xù)工作。一旦落水，這個(gè)電源還要維持水下定位信標(biāo)工作至少30 天。這樣一來(lái)，儀器的能耗就要盡可能地降低。如果再加裝一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)射模塊，就實(shí)在太費(fèi)電了。

其次，黑匣子的內(nèi)部缺乏一個(gè)非常穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。目前，飛機(jī)上的Wi-Fi 信號(hào)不但網(wǎng)速慢，而且連接也不穩(wěn)定，難以做到同步保存黑匣子的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。飛機(jī)上的Wi-Fi 信號(hào)主要依靠?jī)煞N技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)，分別是地面的基站網(wǎng)絡(luò)和天上的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。天氣狀況、地形、衛(wèi)星的位置等因素都會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。雖然目前飛機(jī)上已經(jīng)有很多數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)傳回，但從實(shí)際來(lái)看，空地?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃赃€不高。實(shí)時(shí)傳遞與區(qū)域和傳輸信號(hào)有關(guān)，在空中會(huì)遇到信號(hào)干擾。黑匣子記錄的數(shù)據(jù)多達(dá)幾百種，需要確保數(shù)據(jù)記錄連續(xù)完整，全部實(shí)時(shí)傳回的數(shù)據(jù)量大。無(wú)論是飛機(jī)上的Wi-Fi信號(hào)，還是無(wú)線電、雷達(dá)、衛(wèi)星電話等系統(tǒng)，都無(wú)法做到這點(diǎn)。

最后，實(shí)時(shí)同步每一臺(tái)飛機(jī)的海量數(shù)據(jù)，并無(wú)必要。當(dāng)前的民航空管監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控飛行速度、高度等數(shù)據(jù)，飛機(jī)也能通過(guò)衛(wèi)星電話與地面溝通重要信息。如果把所有詳細(xì)的飛行數(shù)據(jù)、駕駛艙對(duì)話這樣的信息都實(shí)時(shí)同步，產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)對(duì)飛行管理并無(wú)幫助，更無(wú)必要。黑匣子是一個(gè)事后響應(yīng)的重要部件，發(fā)生空難事故是一個(gè)極小概率的事件，為此投入高昂的成本需要認(rèn)真考慮和權(quán)衡。在相同條件下，直接將這些成本和資源用于飛行安全方面無(wú)疑是更好的選擇。

黑匣子的研制者，被譽(yù)為“黑匣子之父”的戴維·沃倫，有著一段鮮為人知的人生經(jīng)歷。1925 年，他出生在澳大利亞，父母都是英國(guó)人。1934 年，父親因空難不幸去世，可惜沒(méi)有人知道飛機(jī)失事原因，因?yàn)槟菚r(shí)還沒(méi)有記錄飛機(jī)飛行情況的技術(shù)。從此，找到害死父親的“兇手”成了戴維·沃倫一生的夙愿。他從悉尼大學(xué)畢業(yè)后，在一個(gè)航空實(shí)驗(yàn)室當(dāng)工程師，研究飛行燃料的相關(guān)問(wèn)題。1953 年，世界上第一架噴氣式民航飛機(jī)“彗星號(hào)”墜毀，這次事故更加堅(jiān)定了他發(fā)明黑匣子的想法，成為他之后為之奮斗和努力的目標(biāo)。

一次偶然的機(jī)會(huì)，戴維·沃倫從錄音機(jī)的錄音功能中獲得靈感，并進(jìn)行了深入研究。1954 年，他發(fā)表了有關(guān)黑匣子設(shè)想的論文，描述了一個(gè)用于記錄飛機(jī)出事前的各種數(shù)據(jù)信息的儲(chǔ)存器，便于后續(xù)調(diào)查人員還原事故真相。戴維·沃倫和他的同事經(jīng)過(guò)一次次的試驗(yàn)，終于在1956 年成功研制出“飛行記憶匣”，并向澳大利亞航空局展示了他們的成果。飛行記憶匣可以保存4 小時(shí)的語(yǔ)音和飛行數(shù)據(jù)，是今天黑匣子的雛形。不過(guò)，澳大利亞的飛行組織拒絕使用這個(gè)數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，理由是這樣的監(jiān)控可能會(huì)被濫用，會(huì)引起飛行員群體的反感和不滿。戴維·沃倫并沒(méi)有因?yàn)楣俜降牟徽J(rèn)可而停止實(shí)驗(yàn)，依然堅(jiān)持完善飛行記憶匣的研究工作。他表示：“支撐我研究的是當(dāng)年父親空難時(shí)留下的遺憾，我不想再有人像自己一樣對(duì)親人的遇難原因毫不知情?！?/p>

1958 年的一天，英國(guó)前空軍中將羅伯特·哈丁漢來(lái)到了戴維·沃倫的實(shí)驗(yàn)室，戴維·沃倫為客人示范和講解了飛行記憶匣的性能。羅伯特·哈丁漢對(duì)這項(xiàng)發(fā)明產(chǎn)生了濃厚的興趣，認(rèn)為這是一個(gè)非常棒的主意，并相信日后將會(huì)成為航空事故調(diào)查的有力工具。之后，英國(guó)民用航空管理局首次在一架飛機(jī)上安裝了飛行記憶匣，來(lái)驗(yàn)證它的可靠性。戴維·沃倫受邀乘坐了這架飛機(jī)，從澳大利亞飛到英國(guó)，飛行記憶匣也首次得到媒體的關(guān)注。

在近50 年的時(shí)間里，戴維·沃倫在黑匣子方面的開(kāi)創(chuàng)性工作幾乎無(wú)人知曉。1960 年，荷蘭?？孙w機(jī)公司的一架飛機(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。至此，澳大利亞政府開(kāi)始重視黑匣子的作用。又過(guò)了3 年，澳大利亞政府才要求國(guó)內(nèi)所有飛機(jī)必須安裝黑匣子，然后黑匣子被推廣到全世界。2002 年，澳大利亞當(dāng)局為戴維·沃倫頒發(fā)了“澳大利亞國(guó)家勛章”，這是澳大利亞授予平民的最高榮譽(yù)。2008 年，澳大利亞航空公司還將一架空客A380 客機(jī)命名為“沃倫”。黑匣子成了國(guó)際民航組織規(guī)定所有客機(jī)必須安裝的設(shè)備，而擁有這項(xiàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的戴維·沃倫卻將這項(xiàng)技術(shù)無(wú)償捐獻(xiàn)，沒(méi)有拿過(guò)一分錢。他認(rèn)為新點(diǎn)子、新技術(shù)是無(wú)價(jià)的。