黑匣子为什么难成为“云匣子”?

脑极体

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· 3月30日

云匣子的“天梯”。

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黑匣子为什么难成为“云匣子”?

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文丨脑极体

空难发生后,所有的目光都会集中在黑匣子上。黑匣子是航空飞行器中重要的组件,记录着有关飞行过程的大量数据。一旦飞机失事,黑匣子可以作为主要的数据支撑,还原空难事件的成因。

在东航飞行事故发生后,大家都期待尽快寻找到黑匣子的踪影。经过六天掘地三尺地寻找,两个黑匣子都得以重见天日,目前已经被送到北京去译码解析。

寻找失事飞机的黑匣子,一直都不是一件容易的事情。空难的发生意味飞机可能面临爆炸、高温、坠海等情况,黑匣子面对着许多苛刻的损毁条件,甚至也有失踪的可能。马航的黑匣子至今也没有踪影。在爆炸的现场、深海中、山林里,寻找一小块黑匣子太困难了。

很多人会有疑问,AI、5G、物联网等技术飞快发展,有些飞机已经连上Wi-Fi了,为什么黑匣子不升级实时传输数据的技能呢?这样可以帮助专家尽快解析事故原因。如果想要回答这个问题,就需要回到黑匣子的设计与特征上。

“金刚不坏”之身

很多人都听说过飞机上的黑匣子,但是估计大部分都不知道,飞机上竟然有两个黑匣子。目前的民用航空业普遍使用的黑匣子有两种,包括飞行数据记录器(Flight Data Recorder,FDR)和驾驶舱话音记录器(Cockpit Voice Recorder,CVR)。

FDR,顾名思义,记录的正是有关飞机操纵、发动机、速度、航向等工作状态的数据参数,它至少能记录 25 小时的飞行数据。而CVR则记录的是驾驶舱内的声音,包括驾驶员之间的对话,驾驶舱机器的各类背景声音,如语音警告、操纵声音、襟翼和起落架手柄操作声音、航空器遭遇气象环境(雷电、大雨、冰雹)声音等。 CVR 至少能记录 2小时的驾驶舱话音。两个小时的录音录满后,它就会自动倒带重头录音,如果发生空难的情况,之前两小时的录音会被完整保留。

黑匣子的启用背后,意味着空难,飞机会发生快速的降落,撞击地面会产生较大的冲击力,引起爆炸和大火。因此为了保护黑匣子,其外壳必须耐强力撞击和高温。黑匣子的外壳通常使用的是钛钢金属,能承受3400g(g指重力加速度)的巨大压力,外壳的保护层可以在1100℃高温下保持30分钟。

空难也不排除落在深海的可能性,因此对于防水性和抗水压方面,黑匣子的需求也比较苛刻。一般需要外壳能够承受20000英尺水深处的水压。

无论飞机落在深海还是山区或是树林中,为了能够使地面搜救人员第一时间找到黑匣子,失事后掉落的黑匣子会自动发射无线电信号。即使坠入水中,黑匣子也设定了在水下会发射信号的功能。黑匣子信标每秒钟发射一次信号,发射时长可达 30 天。搜寻人员可使用信号接收装置来探测黑匣子的位置。

我们可以看到,黑匣子的性能与需求指标都较高,如果在黑匣子上面搭载一些实时传输数据的模块,丰富其功能,是不是事故的调查会更加便捷?

云匣子的“天梯”

黑匣子在勾勒事故全貌上的作用不可或缺,如果飞机在空中就能够实时跟地面进行信息交互,从黑匣子升级成“云匣子”,摆脱黑匣子的局限,事故的调查无疑是最便捷的。很多人都在呼吁改进黑匣子的设计,提升飞机的监控系统等。但是让黑匣子实现这样的升级,并不是一件简单的事情。

黑匣子自打诞生后,其最基础的要求就是保存数据,这也是它最重要的功能。从硬件设备层面来看,黑匣子在尺寸、能耗都有较为严格的限制。如果搭载实时传递信号数据的模块,对于黑匣子来说太费电了。我们知道,基于设定需求,黑匣子需要配备单独的电源。在飞机发生事故后,需要其具备至少工作三十天的电量来发射信号,对于内部的一些仪器需求,能耗尽可能的要降到最低。如果加装耗电量巨大的数据发射模块,无法保障后续搜救人员搜寻的便利性。一旦落入深海,短暂的发射信号窗口,对于搜寻黑匣子来说是真正的大海捞针。

如果不考虑其耗电的属性,在飞机上传输数据也是一大难关。飞机上网络的连接信号不稳定,在一些国航航班上,如果体验Wi-Fi的话,会发现其网络的信号与网速都较差。无论飞机是通过基站,还是卫星来提供网络信号,都会因为跨越的地形、天气状况、卫星的位置等因素限制,目前并没有成熟的技术可以让飞机实时联网传输数据,并且传输这么大量的数据。如果想要通过搭载一些信号处理的模块,也就如前文所述,就会陷入耗电量巨大的恶性循环中。

对于航空公司来说,空难的概率很小,如果真的花费资源来投入同步传输或者云存储,全世界每天上千个航班在飞行,这么多的飞机与数据,并且这些数据在大部分情况下都用不上,对于航司来说,也是很难推进。

在伦理层面,涉及到数据传输的话,也会有安全与隐私的争议。一些涉及飞机的信息有被黑客侵入和操纵的空间,无论是商业安全还是飞行安全都会多了一层威胁。

无论是成本、还是黑匣子本身的特性原因,黑匣子的同步传输和云存储的障碍太多。黑匣子是一个事后响应的重要部件,对于大多数情况下的正常飞行,记录的数据都没有意义,失事后的黑匣子,才是最珍贵的存在。

假设需要投入巨额资源的情况,相同条件下,可能直接将这些成本与资源用于飞行安全方面,会是一个更加容易被选择的选项。

避免悲剧重演

飞行事故的调查在有黑匣子的情况下,也不是一件容易的事情,解密黑匣子、调查事故原因,需要一个过程和一定时间。具体空难的情况不同,解密、公布原因的时间长短也会不同。我们可以从之前空难事故的分析调查时间看出,有几个月出调查结果的,也有以年为单位的,甚至也会出现没有结果的情况。

离我们时间线近一点的2020年科比的坠机空难事件,调查花费了一年才有结论;2010年,国内伊春“8·24”空难事故,调查了近两年才发布了公告。2014年马航失联航班MH370至今飞机和黑匣子都没有踪迹,空难调查结果更是无从谈起,遥遥无期。

找到黑匣子只是第一步,后续的提取、解析数据需要花很长的时间。事故的原因分析,黑匣子的数据提供的信息也只是一部分。

对于一些没有传感器和监测的情况,黑匣子也不会记录这些情形:飞机上的鸟击或外来物撞击和打击、机翼蒙皮分离、水平尾翼表面脱离、垂直安定面表面脱离、飞机外部部件分离等。这些都是没有传感器和监控信号来实时监控,黑匣子中不会有这些情况的记录。如果没有机组特别的描述,就很难推测事故原因。

黑匣子的数据与现场的调查一起组合,才会得出逻辑严密、完整的调查结论。黑匣子在进入破译的阶段后,事故现场的继续挖掘与研究不会停下脚步。例如对现场残骸的分布研究等调查,有助于了解飞机落地时的姿态、撞击的角度等;也可以通过飞机的残骸分析出操纵面的位置等信息,与黑匣子记录的数据可以进行交叉比对,为事故调查提供证据。

我们知道空难的大多数现场情况,都比较惨烈,大型客机残骸数量甚至可以达到十万件,对这些残骸的研究就跟拼高阶困难级别的拼图一般,空难的调查也是一项侦查破案的过程。在爆炸变形的残骸中去确认部件,检查其状态是否存在反常,在万千的碎片中寻找真相。这个过程注定艰难与耗时长久。

特别是当黑匣子遭受一定程度的损毁时,对黑匣子数据的修复、解读,对误码的校正,这些过程都会延长与影响调查结果。

黑匣子在设计之初,考虑的就是最严苛的环境,但也会发生一些小概率的事件,比如黑匣子的重重保护措施和大量数据安全冗余失效。这种极端的情况,对于事故的调查来说,就完全没有参考的价值,最终有没有调查结果都不好说了。

黑匣子是空难调查的基础,有了黑匣子的数据,一切的结论才有迹可循。详尽明确的空难原因,可以让航空公司有机会去亡羊补牢,我们也能够在这些惨烈的事故中吸取教训,让航空安全天数持续的增加。

在飞行活动中,没有人想看到黑匣子,毕竟黑匣子的面世,意味着空难的发生。但是在灾难发生后,人们又无比期盼着快速找到黑匣子,快速解码信息,以告慰逝者。我们也无比地希望,黑匣子可以在技术的发展中进一步改进,让真相避免悲剧的轮回。

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