沈臻懿

近期以來，復興航空GE235、亞航QZ8501、馬航MH17、MH370等航班頻頻發(fā)生的航空器失事事件，令世人為之欷歔不已。通常情形下，空難事故一旦發(fā)生后，航空器往往即會解體，甚至被烈火所燒毀。人們在趕到空難現(xiàn)場積極展開援救的同時，亦從第一時間起開始搜尋航班上一件極為重要的物證，這就是被稱為航空器飛行事故“見證者”的“黑匣子”。這一重要物證的存在，不僅可以為空難調(diào)查人員提供關鍵證據(jù)，亦可幫助其了解飛行事故的真相。

搜尋亞航“黑匣子”

2014年12月28日上午7時17分，亞洲航空公司一架航班號為QZ8501的客機，自印度尼西亞飛往新加坡的途中失去聯(lián)系。失聯(lián)事件發(fā)生后，印度尼西亞、新加坡、馬來西亞、澳大利亞等國相繼派出船只、飛機與人員前往失聯(lián)區(qū)域進行搜救。12月30日，多國搜救隊伍在失聯(lián)相關海域發(fā)現(xiàn)首批遺體與客機殘骸，確認了亞航QZ8501航班在印尼爪哇海域墜毀的事件。搜救船只、飛機在持續(xù)搜索遇難者遺體與客機殘骸的同時，亦在第一時間啟動了對于客機“黑匣子”的搜尋與打撈工作。

2015年1月11日，印尼三艘參與搜救的船只在距離發(fā)現(xiàn)失事客機尾翼海域大約3.5公里的海底探測到兩個從不同方位所發(fā)出的脈沖信號。印尼交通部隨后發(fā)表的一份聲明中稱，根據(jù)探測到的信號源，亞航失事客機的“黑匣子”已鎖定，其位于東經(jīng)109度42分42秒、南緯3度37分21秒的海域。1月12日上午7點11分，搜救人員打撈出了亞航QZ8501失事航班的第一個“黑匣子”，即客機飛行數(shù)據(jù)記錄儀。印尼搜救行動協(xié)調(diào)中心負責人稱，第一個打撈出水的“黑匣子”狀況較佳，且沒有損壞。與此同時，該負責人亦表示，失事客機的第二個“黑匣子”也已鎖定，其距離第一個“黑匣子”位置不遠，并被壓在一塊機翼的殘骸之下。1月13日，印尼搜救人員再次打撈出了亞航QZ8501失事航班的第二個“黑匣子”，即客機駕駛艙話音記錄器。由此，失事客機的兩個“黑匣子”均被發(fā)現(xiàn)并成功打撈。印尼國家運輸安全委員會航空安全調(diào)查員桑多索表示，“黑匣子”一旦打撈出水后，將即刻送往雅加達予以數(shù)據(jù)檢測與分析，通常需兩周時間來對“黑匣子”的數(shù)據(jù)資料予以下載。若“黑匣子”損壞程度較輕的話，一般僅需兩天左右時間即可讀取“黑匣子”中記錄的飛行數(shù)據(jù)與駕駛艙對話語音?！昂谙蛔印眱?nèi)記錄的信息，可以為空難調(diào)查人員提供客機失事前一段時間以及失事瞬間的飛機飛行狀況、機上設備運行情況以及駕駛艙內(nèi)機師對話內(nèi)容等，從而為客機失事原因的判斷提供重要依據(jù)。

“黑匣子”的前世今生

“黑匣子”（Black Box）作為飛行記錄儀的俗稱，已成為現(xiàn)代航空器的標配電子設備之一。其雖名為“黑匣子”，但實際顏色卻為明亮的橘紅色，以強化其醒目程度且便于搜尋?！昂谙蛔印边@一俗稱的由來，最初源于1954年所提出的在航空器駕駛艙內(nèi)安裝聲音記錄器的設想。彼時航空器內(nèi)所有的電子設備均放置于大小、形狀完全統(tǒng)一的黑色方形盒內(nèi)。而作為聲音記錄器的設備則安置于最為堅固的一個黑色方盒中。上世紀60年代起，為了便于搜尋與發(fā)現(xiàn)空難現(xiàn)場中的“黑匣子”，世界上幾乎每一家航空公司都使用了涂成橘紅色的飛行記錄儀。一旦客機不幸失事后，外觀醒目的“黑匣子”即相對容易被發(fā)現(xiàn)。此外，部分“黑匣子”的外殼表面還會標注“FLIGHT RECORDER， DO NOT OPEN”（飛行記錄儀，不能打開）的字樣，并粘貼有反光標識，以增加其在夜間被尋獲的幾率。

隨著航空器制造水準的不斷提升以及對于飛行安全的迫切需求，“黑匣子”從誕生至今，亦經(jīng)歷著數(shù)次的更新?lián)Q代。20世紀50年代初所誕生的第一代 “黑匣子”，系在航空器試飛記錄設備的基礎上所研發(fā)的。其主要依靠針頭在金屬箔上所刻畫的痕跡來顯示數(shù)據(jù)曲線，通常僅能記錄為數(shù)不多的飛行基本參數(shù)。至上世紀50年代末至60年代初，經(jīng)過更新后的第二代“黑匣子”，主要借助于磁帶機工作原理，并在機器外側(cè)加裝了具有耐火、耐撞的保護外罩。同時，第二代“黑匣子”已能滿足抗靜態(tài)擠壓、抗穿透、耐海水以及腐蝕液體浸泡的要求。在具體功能上，第二代“黑匣子”中出現(xiàn)了駕駛艙話音記錄器，且記錄的飛行參數(shù)也增加至了數(shù)十個。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，上世紀90年代起誕生了第三代的“黑匣子”。其采用半導體材料來作為數(shù)據(jù)記錄的儲存設備，所記錄的參數(shù)已上升至數(shù)百個，且功能已從單純的飛行事故調(diào)查，外延至日常飛行監(jiān)控以及飛行維護與故障診斷。隨著對于航空器墜毀時“黑匣子”破壞情形研究的不斷深入，第三代“黑匣子”的抗強沖擊指標已提升至3400g重力加速度，而在1100攝氏度高溫下的耐火時間達到60分鐘，耐海水浸泡時間則為30天，且新增了耐6000米深海壓力標準。當前，新一代的“黑匣子”也已出現(xiàn)，其不僅可以對視頻數(shù)據(jù)予以記錄，且記錄的參數(shù)也高達數(shù)千個，并能通過衛(wèi)星定期傳輸“黑匣子”的關鍵信息數(shù)據(jù)。此外，新型“黑匣子”的拋放式功能，令其在航空器墜毀時能夠自動與機體分離，且具備無線電、衛(wèi)星定位及水面漂浮功能，最大限度地提升了“黑匣子”的生存能力。

從現(xiàn)代“黑匣子”的工作原理而言，航空器在通電后，“黑匣子”即自動開啟工作狀態(tài)，并不受人為影響與控制。其能夠?qū)崟r記錄航空器各系統(tǒng)的運行狀態(tài)、飛行員對于航空器的操作情況以及航空器上相關音頻信息，且“黑匣子”記錄的數(shù)據(jù)信息不可刪節(jié)或更改。根據(jù)民航業(yè)要求，“黑匣子”所采集的實時信息，必須保存斷電前至少25小時以上的飛行數(shù)據(jù)以及最后2小時的音頻信息。因此，“黑匣子”是航空器失事后查明事故緣由最為科學、可靠且有效的方式。

現(xiàn)代“黑匣子”的組成

當前客機上所安裝的“黑匣子”均由兩個設備所組成。其一為客機飛行數(shù)據(jù)記錄儀；另一個則為客機駕駛艙話音記錄器?？蜋C上所有電子儀器儀表以及各個機械部位均安裝有傳感器并與“黑匣子”相連。組成現(xiàn)代“黑匣子”的客機飛行數(shù)據(jù)記錄儀以及客機駕駛艙話音記錄器，能夠?qū)⒖蜋C失事墜毀或停止工作前兩小時的飛行航向、高度、速度、加速、耗油、爬升、下降、格林威治時間、客機系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、發(fā)動機工作數(shù)據(jù)等飛行參數(shù)以及前半小時的駕駛艙語音對話全部予以記錄，以供隨后分析事故之用。

飛行數(shù)據(jù)記錄儀

英語簡稱為FDR的飛行數(shù)據(jù)記錄儀，主要用于記錄航空器的各種飛行數(shù)據(jù)。飛行數(shù)據(jù)記錄儀在開啟后，即在實時記錄飛行當時的各類飛行參數(shù)，并可保留25小時，一旦飛行時間超過這一限度，數(shù)據(jù)記錄儀就會自動予以更新，原先保留在內(nèi)的舊數(shù)據(jù)將被新數(shù)據(jù)所覆蓋。由于機上的各個儀器儀表與機械部位均安裝有傳感器。航空器在通電后，各項傳感器即從不同區(qū)域連接至飛行數(shù)據(jù)獲取單元，進而再連接至飛行數(shù)據(jù)記錄儀。

駕駛艙話音記錄器

簡稱為CVR的駕駛艙話音記錄器，其實則為一個無線電通話記錄器。利用這一設備，“黑匣子”可以對客機內(nèi)的各種通話予以實時記錄。駕駛艙話音記錄器所擁有的四條音軌，可分別對正、副駕駛員之間的對話、飛行員與地面指揮中心的通話、機長、空姐對乘客的講話以及爆炸、威脅等各類異常聲音予以記錄。

駕駛艙話音記錄器的工作原理，類似于普通的磁帶錄音機，其內(nèi)部磁帶在周而復始的運行過程中，舊的音頻內(nèi)容不斷被新的音頻內(nèi)容所取代。因而記錄器所保留的音頻，均為客機失事墜毀或停止工作前半小時的各種聲音。

通常情況下，每次飛行需經(jīng)歷起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、開始進場、最后進場以及著陸等八個階段。而每一個階段中所產(chǎn)生的各種聲音，均無法逃脫駕駛艙話音記錄器的“耳朵”。對于飛行事故而言，有時突如其來的空難令飛行員與全部乘務人員同時遇難。這對事故原因的調(diào)查與分析往往帶來極大困難。而駕駛艙話音記錄器的存在，能夠幫助調(diào)查人員根據(jù)機上人員的對話內(nèi)容，來分析事故原因，從而正確做出事故調(diào)查結(jié)論。

“黑匣子”的定位搜尋

通常情況下，作為飛行數(shù)據(jù)記錄儀的“黑匣子”安裝于飛機的尾部，這一安放位置能夠?qū)w機墜毀對“黑匣子”的毀損程度降至最低；而作為駕駛艙話音記錄器的“黑匣子”則安裝于飛機前部，其安放位置有利于音頻信號的采集與記錄。在設計構(gòu)造時，“黑匣子”直接與飛機應急供電電源相連接，其能夠保障“黑匣子”正常工作至最后一刻。當航空器不幸失事并墜毀時，存在于“黑匣子”內(nèi)的緊急定位發(fā)射器將向各個方向發(fā)出特定頻率，且類似于心跳般有節(jié)律的無線電信號。以此對外告知其所處的方位，并便于搜尋人員跟蹤無線電信號進行尋找。

當前，搜尋人員對于掉落在陸地上的“黑匣子”定位，主要依賴于人工目力搜索。當搜尋人員發(fā)現(xiàn)并找到飛機殘骸后，其即利用“黑匣子”具有外表鮮明且?guī)в蟹垂鈽俗R的特性進行搜尋。不過，某些飛行事故發(fā)生后，飛機殘骸連同“黑匣子”往往墜毀于海域之中。在此情形下，對于“黑匣子”的水下定位與搜尋，則主要依靠水下定位信標。其系一個安裝在“黑匣子”外部，且由電池供電的水下超聲波脈沖發(fā)射器。當“黑匣子”墜入水面后，信標上的開關即隨即開啟，并將頻率為37.5kHz的超聲波信號發(fā)射到水域四周。根據(jù)“黑匣子”的設計要求，定位信標中的內(nèi)置電池可持續(xù)工作不少于30天。當30天過后，信標內(nèi)電池的電量將逐漸耗盡，超聲波信號也將趨于微弱直至停止發(fā)射。

通常，定位信標可在6000米深的水下發(fā)出超聲波信號，并可在距信號1800米至3600米的范圍內(nèi)為探測儀器所感知。但附近的石油管道、海洋生物、往來船只、海水狀態(tài)以及其他因素所造成的噪音，均會影響水下定位信標的被探尋范圍。搜尋人員在對水下定位信標所發(fā)出的超聲波信號進行探尋時，可通過專用的聲吶探測儀進行定位。不過，信號所發(fā)出的信號的可探測范圍，對于茫茫大海而言簡直是滄海一粟。因而，搜尋人員首先需要對航空器殘骸的大概范圍進行定位，進而使用拖拽式聲吶探測器來縮小定位區(qū)域。最后，搜尋人員可使用水下傳聲器，以便于對定位信號的方向及來源予以精確鎖定。

搜尋人員如鎖定“黑匣子”的所在區(qū)域，并確認其沉于淺海范圍內(nèi)，即可派出專業(yè)潛水員進行打撈，但如果“黑匣子”沉入的海域超過人工潛水的深度范圍后，搜尋人員即需要采用專門的搜尋、打撈裝備。通常情況下，搜尋人員可在船只上放下水下操控機器人。搜尋人員利用船上的綜合控制臺，操控機器人利用自身攜帶的海底聲吶探測裝備、水下信標定位器以及深海攝像頭來對“黑匣子”進行定位，進而使用專門的機械手來將“黑匣子”打撈出水面。

“黑匣子”的發(fā)展趨勢

誠然，現(xiàn)代航空器上所安裝的“黑匣子”均帶有水下定位信標。但定位信標的信號發(fā)射距離僅為數(shù)千米，且在航空器墜毀過程中，定位信號亦有可能從“黑匣子”表面脫落。加之定位信標內(nèi)的電池僅可維持30天，此后因電池耗盡而造成的信號消失，亦將造成“黑匣子”定位困難。

為了有效解決航空器墜毀于陸地后“黑匣子”生存率較低以及墜毀于水下后定位打撈困難的難題，“黑匣子”的設計已朝著拋放式的方式發(fā)展。對于這一新型的拋放式“黑匣子”，可以通過其自帶的墜毀感知傳感器來探測航空器事發(fā)發(fā)生后墜地或墜海瞬間的異常變化，并迅速控制其與機體的拋放與分離。航空器如墜毀在陸地上，經(jīng)拋放后的“黑匣子”可有效避免受到飛機殘骸的沖撞和燃燒等破壞；而航空器如墜毀在海上時，經(jīng)拋放后的“黑匣子”則可避免其隨機體而一同墜入海底。拋放后“黑匣子”的專門設計，還可保證其以一定的姿態(tài)漂浮于水面之上，進而通過無線電與衛(wèi)星自動發(fā)送定位的信號?；谇笆鎏攸c可見，拋放式“黑匣子”與目前通用的“黑匣子”比較而言，其不僅便于事故發(fā)生后的搜尋與打撈，亦可因其生存率的大幅提升而進一步提升事故調(diào)查的準確性與可靠性。

編輯：黃靈 yeshzhwu@foxmail.com