一文讀懂“黑匣子”！黑匣子的發展曆史
描述
3月10日，埃塞俄比亞航空一架波音737-8飛機發生墜機空難，3月12日，埃塞俄比亞航空在其社交媒體上證實，失事客機的黑匣子已被找到，兩個黑匣子其中之一發現于搜索檢查過的廢品堆中，另一個是在地下約20米處找到的，已由埃塞航空工作人員帶回檢測。
3月16日，法國民航安全調查分析局宣布成功導出埃塞俄比亞航空公司失事客機其中一隻黑匣子存儲的數據，并移交埃塞方面調查人員。17日埃塞俄比亞交通部方面發布消息說，對10日失事的埃塞航空波音737-8客機黑匣子數據的分析顯示，這起空難與去年10月印尼獅航波音737-8客機空難有“很接近的相似之處”。
作為飛機數據客觀、真實、全面的記錄者，黑匣子是飛機失事後查明事故原因的最可靠、最科學、最有效的手段。伴随着航空事業的發展，黑匣子在飛機日常安全維護、飛行狀态監測、消除事故隐患以及故障定位方面也發揮着越來越重要的作用，甚至可以說充當着飛行過程中不可或缺的角色。
黑匣子的外表不是黑色的，而是醒目的橙色，表面還貼有方便夜間搜尋的反光标識。因為飛參記錄器記錄的數據必須通過專用的下載設備和回放軟件才能解讀和分析，加上事故的記錄器存儲的數據非常關鍵和神秘，再加上在一些事故中記錄器經過火燒後變成了黑色，所以人們将飛參記錄器稱為“黑匣子”。
飛機上飛行數據記錄系統(FDRS， Data )和座艙音頻記錄系統(CVR， Voice )簡稱為“飛參”，主要是由采集器和記錄器組成。“黑匣子”是飛參記錄器的俗稱。一般民航客機上會同時安裝一個記錄數據、一個記錄語音的兩個黑匣子。
黑匣子作為一種事關飛行安全的重要航空電子設備，具有抗強沖擊、抗穿透、抗高溫火燒、抗深海壓力、耐海水浸泡、耐腐蝕性液體浸泡等特種防護能力，能在各種飛機事故中保存其内部存儲的信息。
飛機通電後，黑匣子将自動啟動工作，記錄飛機相關系統運行和狀态信息、飛行人員操作信息以及機上相關音視頻信息，不受人員控制。根據民航要求，黑匣子的數據信息是實時采集于飛機傳感器和相關系統，必須保留斷電前至少25小時的飛行數據和2小時的音頻數據，記錄的數據不可更改。
一般來說,飛行數據黑匣子安裝在飛機尾部，使飛機墜毀時對其的破壞降到最低;座艙音頻黑匣子安裝在飛機前部，有利于語音信号的采集和記錄。黑匣子連接飛機應急供電電源，确保能工作到最後時刻。
按照黑匣子的用途，它被形象地稱為“法官”、“教官”和“醫生”。所謂法官，是基于飛行事故調查的用途，事故發生後通過找回黑匣子，對數據譯碼分析，可以判定事故真正原因，避免同類事故再次發生;所謂教官，是指在飛行員監控方面的功能，通過日常分析黑匣子的數據，糾正飛行員不良駕駛習慣，預防事故發生;所謂醫生，則是在飛機故障診斷與維護方面的作用，通過對黑匣子數據進行日常分析，監控、預測飛機主要部件的健康狀态，排查故障隐患，防止故障發展為事故。
為了事故調查時獲取客觀、全面的信息，黑匣子記錄數據的種類和數量不斷增加。數據種類從最初的飛行、音頻數據，拓展到了視頻和數據鍊數據;參數數量從最初的五個逐步發展到目前的幾百個甚至上千個。飛行數據一般包括飛機和發動機運行狀态、飛行員操縱情況、飛機外部信息等;音頻數據一般包括正、副駕駛員的通話、飛機與地面的通話、機組之間的通話以及駕駛艙環境聲音等;視頻數據一般包括駕駛艙儀表顯示、飛行員動作、飛機前方視景、起落架收放狀态等。通過專用數據回放軟件，可用黑匣子數據直觀真實地再現飛機飛行過程，自動分析飛機可能存在的故障隐患和人員操作異常，預防故障或事故發生，極大地提高了航空飛行安全水平。
黑匣子的發展曆史
黑匣子伴随着飛行安全的迫切需求以及飛機制造水平的不斷進步而快速發展，一般行業内比較認同将黑匣子從誕生到現在發展分為四代：
第一代黑匣子
第一代黑匣子誕生于上世紀50年代初，是在飛機設計試飛記錄設備的基礎上改進而來的，其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數據變化曲線，僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數。
第二代黑匣子
第二代黑匣子出現于上世紀50年代末，其工作原理類似于普通磁帶機，但在磁帶機外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護外殼，按照美國聯邦航空局當時頒布的第一個黑匣子标準TSO-C51，要求黑匣子能夠承受100g(重力加速度)、持續11ms的沖擊，以及1100℃、30分鐘的火燒。1966年标準更新為TSO-C51a，将抗強沖擊指标提高到1000g，并增加了抗穿透、靜态擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數，并同時出現了座艙音頻記錄器。
第三代黑匣子
第三代黑匣子出現于上世紀90年代。随着微電子技術的突飛猛進，黑匣子開始采用半導體存儲器記錄數據，随着對飛機墜毀時黑匣子破壞情況的不斷深入認識，黑匣子的抗墜毀能力标準更新為TSO-C124，抗強沖擊指标提高到3400g，1100℃高溫火燒時間提高到60分鐘，耐海水浸泡時間由36小時增加到30天，增加了耐6000米深海壓力要求。1996年，美國聯邦航空局發布了TSO-C124a标準，增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數一般在幾百個，功能已從飛行事故調查，逐漸延伸到日常飛行員監控、飛機故障診斷與維護。
第四代黑匣子
近年來出現的新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數數量也多達幾千個，并且能夠通過衛星等數據鍊定期傳輸黑匣子的關鍵數據。但由于通訊帶寬和信号盲點以及氣象環境等影響，數據實時傳輸方式無法完全取代傳統黑匣子的作用。此外，新型抛放式黑匣子也已經出現，它能夠在飛機墜毀時自動與機體分離，并具備水上漂浮和無線電、衛星定位功能。
黑匣子如何定位、打撈
當前黑匣子在陸地的定位主要依靠人工目視，找到飛機殘骸後黑匣子，利用黑匣子外表明亮、獨特的顔色和反光标識進行搜尋。
黑匣子在水下定位主要依靠水下定位信标(ULB， )。它是一個電池供電的水下超聲波脈沖發生器，牢固地安裝在黑匣子外部。一旦黑匣子入水，信标上的水敏開關啟動信标工作，通過信标的金屬外殼把頻率為37.5kHz的超聲波信号發射到周圍水域，每秒一個脈沖。其内置電池可連續工作至少30天，30天後随着電量逐漸耗盡，超聲波信号将越來越微弱直至停止工作。
信标可以在6096米的深度内發出超聲波，但在距離信标1800~3600米的範圍内才能夠被儀器探測到，海水的狀态、周圍的船隻、海洋動物、石油管道以及其他因素造成的周圍噪音都會影響信标的被探測範圍。
水下定位信标發出信号時，可以通過專用聲呐探測儀進行定位。由于信标信号的可探測範圍相對于大海而言極其有限，一般先要進行殘骸大緻範圍定位，然後再通過拖曳式聲呐縮小定位範圍，最後再使用可以定位信号來源方向的水聽器，定位黑匣子的方位。
如果黑匣子沉入淺海，可由潛水員進行打撈。如果黑匣子沉入深海，超過人工潛水深度時，需要使用專門的搜索、打撈設備，一般可使用輪船放下水下線控機器人，操作人員在船上通過綜合顯示控制台，控制機器人攜帶的海底聲呐掃描設備、信标方位定位器、深海攝像頭定位黑匣子，通過機械手打撈黑匣子。
抛放式黑匣子
2009年6月1日黑匣子，法國航空公司一架從裡約熱内盧飛往巴黎的航班在大西洋上空失事，由于黑匣子沉入4000米海底，調查人員曆時兩年才打撈出黑匣子，耗費巨大。
該法航飛機安裝的黑匣子帶有水下定位信标，但由于信标作用距離僅為幾千米，墜毀時可能與黑匣子分離，一旦打撈時間超過30天，定位信号可能消失，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、時間長、費用高，甚至無法打撈等問題。據統計，1970~2009年，大型民用航空器在公海墜毀的36起事故中有4起未找到飛機殘骸、9起未找到黑匣子，反映出水下定位信标定位方式存在一定的局限性。
除了黑匣子能夠在飛機事故後發出定位信号，民航規章要求載客19人以上的飛機必須至少裝備一台應急定位發射機(ELT， )，其在事故後通過無線電和衛星方式發送定位信号。但如果在水面失事時幸存人員來不及攜帶和打開ELT，或ELT與殘骸一同沉入水下，其就會失去作用。據統計，近年來飛行事故中ELT發揮了作用的僅為29%。從目前得到的信息看，MH370航班的多個ELT設備均還沒有發揮作用。
此外，雖然傳統黑匣子的抗墜毀性能标準在不斷提高，然而在一些嚴重事故中，黑匣子損壞的情況仍時有發生。據統計，陸地墜毀的飛機中黑匣子存活率僅為82%。
為了解決水上事故後定位打撈黑匣子困難以及陸地事故後黑匣子存活率達不到100%的難題，抛放式黑匣子應運而生。此類黑匣子可通過其墜毀感知傳感器監控飛機事故時觸地或墜海瞬間的特征參數異常變化，迅速控制其與機體抛放分離，原理與汽車在撞擊瞬間釋放安全氣囊相似。
黑匣子在事故瞬間離機後，如果落在陸地，可避免機體殘骸的沖擊和火燒等破壞;如果落在海上，可避免随機體墜入海底，其設計還可保證以預定的姿态漂浮在海面上。之後，黑匣子通過無線電和衛星自動發送定位信号。定位抛放黑匣子的過程首先是通過搜救衛星頻率初步确定搜尋範圍，然後再通過121.5MHz頻率的無線電定位儀完成定位，衛星可實現全球定位，無線電定位範圍通常為幾十到幾百千米。
由于具有以上特點，抛放式黑匣子不但便于事故後搜尋和打撈，同時可作為傳統黑匣子的備份提高數據存活率。
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