黑匣子这么重要,为什么数据不能云同步?

  每当有空难发生,事故调查组最重要的任务之一就是找到飞机上的“黑匣子”。

  这个长度半米左右小盒子里保存着飞机失事前最后的信息,是判断事故原因最直接的证据。

  黑匣子包括两套仪器:一套是飞行数据记录器(FDR),能实时记录飞机的飞行参数,飞机的速度、高度、航向、推力、加速度等重要数据都包含在内,记录时间范围是最近的25小时。另一套是驾驶舱通话记录器(CVR),飞行开始后,仪器上的四条音轨就开始分别记录飞行员与航空管制员的通话,正、副驾驶员之间的对话,机组员对乘客的广播,以及驾驶舱内各种声音(引擎声、警报声)。记录的时间约2小时,录满后会自动倒带从头录起。

  在分秒必争的事故调查中,寻找黑匣子的过程显得过于漫长。而且黑匣子并非无坚不摧,可能被爆炸摧毁,被海水泡坏,甚至可能像马航MH370的黑匣子那样不知所终。

  那么,为什么不把黑匣子数据实时同步到云端,方便调查人员快速提取呢?

  黑匣子数据能不能实时云同步?

  比起发明黑匣子的年代,如今的通信技术已经大大发展,飞机上都能连上Wi-Fi了。我们还能从网上看到东航客机最后一段时间的速度和高度数据,这些信息已经实现了实时共享。

  但是,要让黑匣子实现所有数据云同步,没那么简单。

  黑匣子最主要的任务是保存数据,其他方面的性能很差,无法搭载实现数据同步所需的操作环境。

  在过去几十年中,存储技术有了极大的提升。早先的黑匣子配备的是磁盘,如今大部分飞机都用上了固态飞行数据记录器(SSFDR)。

  为了抵抗强大的物理冲击,黑匣子不能使用一般的硬盘、SD卡这些大容量存储设备。实际上,黑匣子的数据存储能力还不到一般笔记本电脑的百分之一,它通常只有1~4G的存储空间来保管所有的系统文件,无法执行运算等任务。

  其次,在硬件方面,黑匣子的重量、尺寸、能耗都有严格的限制

  黑匣子的设计要求它能够用有限的电量运作足够长的时间。黑匣子配备独立的电源,以确保在飞机发生异常的时候记录仪器能够继续工作;一旦黑匣子落水,这个电源还要维持水下定位信标工作至少30天。这样一来,黑匣子内部仪器的能耗就要尽可能降低,加装一个数据发射模块实在太费电了。

  最后,同步保存这么关键的数据需要一个非常稳定的网络环境,但目前飞机上的网络还做不到。这可能是最重要的一个原因。

  如果你用过飞机上的Wi-Fi,你会发现它网速慢,连接也不稳定。飞机上的Wi-Fi主要依靠两种技术接入互联网,分别是地面的基站网络和天上的卫星网络。卫星的位置、地形、天气状况等因素都会影响网络的稳定。然而黑匣子需要确保数据记录连续、完整,无论飞机上的Wi-Fi,还是无线电、雷达、卫星电话等系统,都无法做到这点。

  此外,还有专家在接受媒体采访时提到,实时同步每一台飞机的海量数据并无必要。

  当前的民航系统已经能够实时监控飞机的速度、高度等数据,飞机也能通过卫星电话与地面沟通重要信息;但如果把所有飞机的详细飞行数据、驾驶舱对话这样的信息都实时同步,数据量就太大了,对管理也没有帮助。

  其实绝大多数的飞行事故都发生在飞机的起飞和降落阶段,飞机损毁程度比较轻。在这样的情况下,找到黑匣子提取数据就很简单了。

  哪怕飞机解体,黑匣子都还在

  虽然名字叫黑匣子,但它实际上是醒目的鲜橙色,并配备了反光条,以便搜救人员发现。为了确保数据安全,航空业对黑匣子的安装位置、供电模式、防冲击和耐高温的能力都做了细致的规定。

  黑匣子一般安装在飞机尾部,根据统计数据,这里是飞机失事后最不容易损坏的部位。它的外层包裹厚重的不锈钢钢板和隔热层,可以经受高达3400个重力加速度的冲击、上千摄氏度的高温和6000米水深的压力,保护数据存储元件不被损坏。

  为了落水后更容易被找到,黑匣子还配备了反射条水下定位信标。水下定位信标可以不断发送超声波,至少持续工作三十天,方便搜救人员在水中定位。但在少数情况下,定位信标会因为空难时的冲击而脱落。

  黑匣子的诞生

  黑匣子的发明,源自民用航空起步时期一系列惨痛的事故。

  1949年,英国的一家航空公司推出了全世界第一架喷气式民航客机,德·哈维兰“彗星”(De Havilland Comet)。但是接下来,从1952年到1954年,7架“彗星”号先后坠机,导致110人死亡。

  为调查事故原因,英国民用航空局在澳大利亚(当时仍为英国殖民地)组建了一个专家团队,其中就有28岁的大卫·沃伦(David Warren),一位研究飞机燃料的化学家。在调查过程中,沃伦遇到了一个重大的困难:可用的数据实在太少了。

  在当时,一些军用测试飞机上已经装备了飞行数据记录仪,但这并没有被应用到民用航空领域。亲历者的讲述也能提供不可替代的重要信息,但空难通常很少有人生还。要想知道机组和乘客们在事故前的最后时刻经历了什么,还需要在机舱内安装一台录音机。于是,沃伦将飞行数据记录仪与驾驶舱录音机结合起来,包上一个牢固的外壳,希望通过这种方式,为空难之后的调查提供宝贵的信息。

  大卫·沃伦和第一代黑匣子原型机|National Museum Australia

  一开始,沃伦的上级对这个想法不感兴趣,沃伦只好用周末在自家车库里研发原型机。但随着时间的推移,黑匣子的价值得到了认可,开始被逐渐投入应用。现代的黑匣子虽然有一些技术升级,但大体上保留了沃伦的设计。

  有了黑匣子的帮助,航空业才能更好地从每一次事故中吸取教训,变得越来越安全。但恰好是在一些特别重大的空难中,黑匣子一直无法找到,例如马航MH370空难。希望技术的发展能带来黑匣子的进一步改进,让每一起事故都能找到答案,让悲剧不再重演。

  参考文献

  [1]https://www.nma.gov.au/defining-moments/resources/black-box-invented

  [2] https://www.britannica.com/technology/flight-recorder

  [3]https://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/black-box.htm

  [4]https://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/black-box-data-stored-in-cloud.htm

  [5] Wiseman Y。 Can flight data recorder memory be stored on the cloud?[J]。 Journal of Aviation Technology and Engineering, 2016, 6(1): 3。

  [6] 《运输类飞机适航标准》(CCAR25),中国民用航空局。

  作者:玛雅蓝

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