天使与魔鬼系列一：解密飞机的黑匣子

    天使与魔鬼系列，是大C推出的探究飞机和航空的一系列文章，包括飞机的构造、飞机的安全性、乘坐飞机的相关知识、周遭环境对飞机的影响等等。通过天使与魔鬼系列的文章，能够帮助大家全面的了解飞机和飞行安全知识，对大家乘坐飞机出行更有帮助。本次为大家带来天使与魔鬼系列文章的第一篇，解密飞机中最神秘的部分--黑匣子。

    飞机的构造很复杂，黑匣子只是其中很小很小的一个部件而已，但是它的作用却是巨大的。如果说飞机平安无事，正常的运作，那么黑匣子就是简单的作为一个记录设备存在于飞机中。一旦飞机出现故障，甚至严重到坠毁，那么黑匣子就是给大家研究飞机具体故障和失事原因的唯一途径了。所以说，黑匣子早期其实是“马后炮”，只有出事之后，才能发挥它应有的功用。现在很多未出事故飞机黑匣子中的数据都被复制出来，当做飞行训练的参考教程。

    那么说了这么多，大家一定很疑惑，什么是黑匣子？黑匣子其实是飞机专用的电子记录设备之一。一般黑匣子会有两个，一个是驾驶舱话音记录器，另一个是飞行数据记录器。飞机各机械部位和电子仪器仪表都装有传感器与黑匣子连接，所以黑匣子可以记录各种仪器的数据。

天使与魔鬼系列一：解密飞机的黑匣子

■ 黑匣子不是黑色的，为什么还叫黑匣子？

    虽然我们管这个飞行参数记录器称之为黑匣子，但是其表面并不是黑色，大部分都是红色、橙色等等非常鲜艳的颜色，有些黑匣子外壳会贴有反光条，并写有“FLIGHT RECORDER，DO NOT OPEN（飞行记录器，请勿开启）”。这是为了一旦发生空难坠机，大家能够通过鲜艳的外表颜色快速找到黑匣子。

    想要知道黑匣子的名称由来，我们就要看看黑匣子的发展。1954年，人们构想在驾驶座机舱内装设声音记录器，当时飞机内所有的电子仪器都是放置在大小、形状都统一的黑色方盒子里。美国联邦航空总署在1957年规定，凡是重量超过9.09公吨以上的飞机都必须装设这些加强保护的飞行纪录器。8年后，航空局决定将黑匣子漆成亮红色或橘色，这样在飞机失事的时候，外表醒目的黑匣子就会比较容易被找到。到了1965年，几乎全世界的每一家航空公司都改用颜色鲜艳的飞行纪录器，但是名字仍然是黑匣子。

■ 黑匣子的安装位置

黑匣子的位置在机尾

    黑匣子通常安装在机尾，具体位置是在最后垂直尾翼的下方。垂直尾翼这边有个辅助动力单元，黑匣子就安放在旁边。因为科学家通过对多起飞行事故分析，发现飞机的机尾部分不容易损坏，而且这边除了电缆很少有繁琐的仪器，所以黑匣子会安装在这里。一旦出现事故，黑匣子可以更高程度的保存下来，取出数据进行事故分析。

■ 黑匣子的重要性

    首先，黑匣子是记录飞行数据和驾驶舱通话的设备，它能够记录飞机停止工作前25小时的飞行数据以及30分钟到2小时不等的通信录音。飞行的数据包括飞行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林尼治时间、飞机系统工作状况和发动机工作参数等，通信录音主要是记录机舱内机长、副驾驶和机组人员间的通话信息。

    世界上所有的空难发生原因都是通过黑匣子分析出来的，因此它就成了空难事故的见证和“前车之鉴”，能够避免同样事故再次发生，更好地采取安全措施。黑匣子虽然在平时不起眼，但是却是飞机上一个非常重要的部件，也是飞机出事后唯一重要的部件。

    黑匣子在第二次世界大战期间被广泛的应用在军用飞机上。二战之后，黑匣子开始应用到民用航空飞机上。自此黑匣子正式成为了普及的记录设备。接着，我们来看看黑匣子已经更新换代成什么样了。

▲黑匣子出现之前

    1939年，法国航空工程师弗朗西斯·于斯诺和保罗·博杜安发明了一种记录装置，可以把飞机飞行时的速度、高度等几项最重要的信息用类似拍照的原理记录在88毫米胶卷上。降落后拿出胶卷，就能还原出飞行时的状态了。但是胶片是一次性使用的，成本非常高，并且这种装置只适用于顺利降落的飞机，如果飞机坠落就会毁坏胶片，所以这种记录方式只是用在新型号飞机的试飞上。

▲ 第一代黑匣子

    二战期间，英国工程师改进了改进了飞行参数记录装置，用钢针在铜箔上刻下各种参数的变化曲线。这样哪怕飞机着火、坠毁，也能寻回当时的数据。不过铜箔比较重，记录的数据量也十分有限，价钱不菲，所以只用在了军用飞机上。这就是第一代的黑匣子，它仅能记录航向、高度、空速、垂直过载和时间等5个飞行参数。

早期黑匣子的样貌

▲ 第二代黑匣子

    1956年，首个用于民航客机的飞行数据记录装置在澳大利亚诞生。它的发明者戴维·瓦伦博士在研究航空燃油的同时发明了第二代的改进型黑匣子。新版黑匣子的工作原理类似于普通磁带机，但在磁带机外面加装了具有抗冲击、耐火烧等能力的保护外壳。第二代黑匣子一般可以记录几十个参数，并同时出现了座舱音频记录器。

▲ 第三代黑匣子

    第三代黑匣子出现于上世纪90年代。随着微电子技术的突飞猛进，黑匣子开始采用半导体存储器记录数据。第三代黑匣子记录参数一般在几百个，功能已从飞行事故调查，逐渐延伸到日常飞行员监控、飞机故障诊断与维护。

新一代黑匣子的样貌

▲ 现代黑匣子

    新一代黑匣子可以记录视频信息，记录的参数数量也多达几千个，并且能够通过卫星等数据链定期传输黑匣子的关键数据。但由于通讯带宽和信号盲点以及气象环境等影响，数据实时传输方式无法完全取代传统黑匣子的作用。此外，新型抛放式黑匣子也已经出现，它能够在飞机坠毁时自动与机体分离，并具备水上漂浮和无线电、卫星定位功能。

    随着人们对航空飞行应用需求的不断提升，不管是军用飞机还是民航飞机，黑匣子这个装置的更新换代也非常频繁。短短的60余年时间中已经更新了四、五代的黑匣子。早期的黑匣子只能记录5个参数，误差很大，现在的黑匣子可以记录2小时的CVR声音和25小时的FDR飞行数据，已经显著的提升了空难和事故分析的精准度。

    另外，美国运输安全委员会还推荐在飞机上安装第三个黑匣子：除了记录飞行参数和驾驶舱声音外，通过一个摄像头，把驾驶舱内的实时画面记录下来，以便更好地分析事故原因。

▲ 发展仍在继续：“云”匣子是未来

    当然，黑匣子的发展仍然在继续中，而且黑匣子也接受了新的任务。黑匣子现在很多技术的应用还是延续上个世纪的理念，比如脱离飞机进入水中之后发射超声波脉冲信号，而且信号电池的寿命非常短。今年的马航MH370航班和2009年法国航空的两次空难，让我们发现了黑匣子在寻找方面的不足，尤其是空难之后黑匣子调入海中，搜寻更是困难，搜寻黑匣子这部分信息我们后面给大家进行详细的讲解。所以现在呼声最高的是让黑匣子加入“云”端，让数据能够实时传输出来，这样对于今后的空难和事故的分析会更加简单，也不需要再为了寻找黑匣子而烦恼。

    虽然设想是很好的，但是目前实施“云”匣子这个概念仍然有非常大的阻碍。在技术层面上，现在绝对能够实现黑匣子数据传输到“云”端，不过还要担心的问题是将通话上传之后，会不会泄露个人隐私。另外，现在全球每天有9.3万架次航班在飞行，这么多数据的上传和存储，成本太高了。

    黑匣子，远比它看上去坚固的多。早期的黑匣子并没有那么坚固，如果遇到空难很有可能会连同黑匣子一起破坏。随着黑匣子的不断发展，国际所制定的制造黑匣子标准也越来越严格，所以黑匣子的坚固性也在不断的提升。那么如果想要砸烂或者破坏黑匣子容易吗？

黑匣子的火烧测试

    上个世纪50年代末，按照美国联邦航空局当时颁布的第一个黑匣子标准TSO-C51，其外部的材质为钛钢金属，长50厘米、宽20厘米、高15厘米。为了能在强力撞击下保存下来，飞行记录器必须通过防火防震的考验，根据美国民航局的规定，必须能忍受在1090℃的火焰中燃烧30分钟，并能承受3米重达230公斤之铁块击中，相当于100G重力之撞击达11秒，而美国联邦航空局的规定为100G重力之撞击达15秒，由于地球表面大部分是由水所覆盖，因此也必须能承受2万英尺的水压。

黑匣子的静态挤压测试

    虽然如此多重的保护，但仍然有些黑匣子在空难中损坏，所以国际航空机构又规定了更加严格的标准，而且记录介质也从磁带式改进成为能承受更大冲击的静态存储记录仪，类似于电脑里的存储芯片。1966年黑匣子标准更新为TSO-C51a，将抗强冲击指标提高到1000G重力，并增加了抗穿透、静态挤压、耐海水浸泡、耐腐蚀液体浸泡等要求。

黑匣子的动态冲击测试

    现在，根据欧洲的标准，黑匣子必须能够抵受2.25吨的撞击力，在1100℃高温下10小时仍不会受损。黑匣子通常是用铁金属和一些高性能的耐热材料做成，具有极强的抗火、耐压、耐冲击振动、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干扰等能力，即便飞机已完全损坏黑匣子里的记录数据也能完好保存。

    所以现在飞机上的黑匣子，即便是发生非常严重的空难，也能够保证黑匣子完整的保存下来，并且可以让研究人员读取其中的数据和录音，分析具体的空难原因，好引以为戒。所以说想要砸烂黑匣子，除非你是漫威漫画的正义联盟组织中的成员，比如你是超人。

    假如我拥有一个航空公司，然后不幸发生了一起空难，飞机坠毁了，这时肯定是需要分析飞机失事的具体原因，就需要找到黑匣子，然后解读里面的数据和录音。但是怎么才能找到黑匣子呢？

◆黑匣子在陆地上：相对找回困难较小

    一旦飞机遭遇空难，空难的地点在陆地上，搜救队可以根据飞机坠落的具体位置搜寻黑匣子。由于黑匣子不能够发送无线电信号，所以在陆地上的找回工作主要是靠搜救队人力搜索。黑匣子的外表色彩比较鲜艳，搜救队可以根据这个特征在搜索黑匣子，这就是陆地上找回黑匣子的唯一方法了。

在陆地上相对比较容易找回黑匣子

    在陆地搜索黑匣子，有的时候坠机的地点在山区中，因为交通和人员进入比较麻烦，需要启用搜索直升机等等机械单位的帮助，所以找回的工作会比较困难。

◆ 黑匣子在水中（主要是海里）：找回工作十分困难

    最复杂的，就是飞机空难在水中发生，这对于找回黑匣子来说，是非常困难的事情。当然，水中发生的空难大部分情况下都是在海里。海水看似很平静，但是海平面以下会有很多的暗流和洋流，也就是海水其实也是不断运动的。当飞机发生空难之后，黑匣子外部加装的水下信标只要一碰到水，水会使其线路发生短路，蜂鸣器将会发出37.5kHz频率的超声波脉冲，可以自动持续30天。这种响声即使是在水下，距它8公里的地方也清晰可辨。30天后电池耗尽，信号也就跟着消失了。

在海中的搜索难度系数更大

    但是由于海洋深不见底，很多地方的地势高低不定，很有可能会落入非常深的海沟中，或者被海水中的洋流和暗流冲到其它地方，这样就会加大搜索黑匣子的难度，所以至今马航MH370航班的黑匣子还未找到。还有，马航MH370的坠落地点不定，在海中只能够使用声纳系统、探测仪、并且在一定区域内进行探测，搜索完一个区域再换下一个区域，工作量太大了。

    当然，还有另一种可能性，就是飞机在坠地之前发生严重的爆炸，造成黑匣子损坏，这样就没有可能再找回黑匣子了。

    最后，给大家准备了两个目前网络上曝光的、骇人听闻的黑匣子录音，这些录音全部来自比较重大的空难。

▲ 日本123号航班空难黑匣子录音

▲ 秘鲁航空603号班机空难黑匣子录音

    胆小者，请慎听。

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