2022年3月21日下午，東航MU5735航班在廣西梧州市藤縣埌南鎮(zhèn)莫埌村上空失聯(lián)并墜毀。災(zāi)難的發(fā)生牽動著無數(shù)人的心，即使再期待奇跡，但最終機上123名旅客、9名機組成員卻無一生還。在持續(xù)且辛苦的搜救工作中，對黑匣子的尋找一直是工作的重點和大眾關(guān)心的問題。通過搭載在飛機上的黑匣子，還原事故現(xiàn)場，找出原因。既是對罹難者及其家屬的交代，也是后續(xù)提升航空安全的重要參考。在所有的空難事件調(diào)查中，黑匣子的重要性不言而喻。因為它是判斷飛行事故原因最重要及最直接的證據(jù)。
東航MU5735航班墜機搜救現(xiàn)場 什么是黑匣子 黑匣子的學(xué)名是飛行數(shù)據(jù)記錄儀，主要用來記錄飛機飛行期間的詳細信息資料。 現(xiàn)代商用飛機一般安裝兩個黑匣子，分別是“駕駛艙語音記錄器”和“飛行數(shù)據(jù)記錄器”。 駕駛艙話音記錄器（Cockpit Voice Recorder，CVR），從飛行開始后不停地記錄駕駛艙內(nèi)的各種聲音（包括談話、發(fā)報及其他各種聲音響動），但只保留停止錄音前30分鐘內(nèi)的聲音。 飛行數(shù)據(jù)記錄器（Flight Data Recorder，F(xiàn)DR），將飛機上的各種數(shù)據(jù)即時記錄在磁帶上，現(xiàn)在“黑匣子”記錄的數(shù)據(jù)已可達到60種以上，包括飛機加速度、姿態(tài)、推力、油量、操縱面位置等重要數(shù)據(jù)，記錄的時間范圍是最近25小時。 “黑匣子”并非在航空事故調(diào)查中才起作用。平時，飛機飛行一段時間后，回放記錄也可重現(xiàn)飛機已被發(fā)現(xiàn)的失誤或故障，讓機務(wù)維修工程師比較容易地找到故障發(fā)生的位置。在航空事故中，這個記錄系統(tǒng)則成為最直接的事故分析依據(jù)。為了保證記錄的真實性和客觀性，駕駛員只能查閱記錄的內(nèi)容，不能控制記錄器的工作或改動記錄內(nèi)容。
東航MU5735航班墜機事故現(xiàn)場被發(fā)現(xiàn)的第二部黑匣子 兩個黑匣子一般安裝在飛機尾部，因為機尾在空難事故中通常保存相對完整。 黑匣子長什么樣？ 黑匣子是一個有著厚重外殼的長方體，其外部材料是一種特殊硬鋼，可以幫助它承受2噸重物體的擠壓5分鐘。雖然黑匣子的名字里有“黑”字，但通常為橙紅色，其長約40厘米、寬與高約為20厘米，大概是三四塊磚頭壘在一起的大小，每個重約20公斤到30公斤。
出于黑匣子所承擔(dān)的重要作用，其在設(shè)計上有許多嚴格要求。它需要有堅固的抗壓、抗高溫、防水、防酸等特殊能力。根據(jù)相關(guān)法規(guī)的要求，黑匣子需要能承受超過自身重力3400倍的沖擊和超過1000℃溫度的影響。 安裝在飛機尾部的FDR黑匣子通常還會有一個大概普通中性筆大小、具有水下定位功能的信標燈。當(dāng)黑匣子浸沒在水中時，信標燈會自動激發(fā)發(fā)出一種超聲波“ping”，其頻率固定為37.5KHz，有特定的接收裝置，以幫助水下的搜尋定位。 當(dāng)黑匣子浸沒在水中時，調(diào)查人員可以通過其發(fā)送的超聲波來尋找。信標燈可以在浸入6000米的海域時運行30天。通過相關(guān)技術(shù)的調(diào)整，信標燈的運行時間還提升至90天。 東航MU5735上的“黑匣子” 東航MU5735航班型號是波音737—800NG，里面搭載兩個“黑匣子”，一個是飛行數(shù)據(jù)記錄器FDR，在發(fā)動機啟動時記錄，記錄時長約25小時、參數(shù)約1000個，例如飛機的高度、速度、航向等；另外一個是駕駛艙話音記錄器CVR，在飛機通電時記錄，包括機長通道、副駕駛通道、觀察員通道、駕駛艙環(huán)境通道聲音，記錄時長為2個小時。根據(jù)發(fā)布會消息，東航MU5735搭載的黑匣子是由霍尼韋爾公司生產(chǎn)的。霍尼韋爾官網(wǎng)上介紹的FDR和CVR都只有一款，分別是HFR5-V CVR和HFR5-D FDR，適配機型只寫了波音737系列。 一般來說，波音737—800NG的兩個“黑匣子”都裝在飛機后側(cè)，其中FDR（飛行數(shù)據(jù)記錄器）被布置在客艙后廚房的頂上，而CVR（駕駛艙話音記錄器）則布置在后貨艙內(nèi)。兩個“黑匣子”都非常堅固，有強大的撞擊生存能力，可以承受3400g重力加速度的撞擊6.5ms，海水浸泡30天，1100℃的火中存活60分鐘等等。 CVR既記錄聲音，也記錄大量數(shù)據(jù)。它一共錄制4個聲道，包括3個窄帶和1個寬帶。3個窄帶的帶寬范圍均為150-3500赫茲，包括機長的耳機音頻與機長麥克風(fēng)音頻、副駕駛耳機音頻與副駕駛麥克風(fēng)音頻、觀察員耳機音頻與觀察員麥克風(fēng)音頻，寬帶的帶寬范圍是150-6500赫茲，即駕駛艙環(huán)境音。但是這4個單獨通道的錄音時間只有30分鐘。不過CVR還記錄一個混合通道（4個通道聲音的混合聲音），可以記錄兩個小時。同時，CVR記錄120分鐘的ACARS（飛機通信尋址和報告系統(tǒng)）數(shù)據(jù)。如： 1.自動相關(guān)監(jiān)視（ADS）：目標主動報告自身位置信息,供外界對其進行監(jiān)視的一種技術(shù)； 2.管制員——飛行員數(shù)據(jù)鏈通信（CPDLC）：用于管制員與飛行員之間的空中交通管制，包括有關(guān)飛行高度指配、通過限制通知、偏離航路告警、航路改變和放行、速度指配、通信頻率指配、飛行員各種請求，以及自由格式電文的發(fā)布和接收。 3.數(shù)據(jù)鏈飛行信息服務(wù)（D-FIS）：一種地空間的數(shù)據(jù)鏈廣播應(yīng)用，它允許飛行員經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈路向地面計算機系統(tǒng)請求并接收FIS信息，包括ATIS（終端自動信息廣播服務(wù)）、機場氣象報告服務(wù)、終端氣象服務(wù)、風(fēng)切變咨詢服務(wù)、航行通告服務(wù)、跑道視程服務(wù)、機場預(yù)報服務(wù)、重要氣象信息服務(wù)以及臨時地圖服務(wù)等。 4.航空運營管理（AOC）：用于與飛機與其地面上的航空公司或服務(wù)合作伙伴進行通信的一組或全部應(yīng)用程序。 在事故調(diào)查中，FDR是還原事故真相的核心。FDR存儲的數(shù)據(jù)主要分為數(shù)字數(shù)據(jù)（Digital Data）、模擬數(shù)據(jù)（Analogue data）、離散數(shù)據(jù)（Discrete Data）三類，參數(shù)的總數(shù)量超過1000個。所有能記錄的飛行相關(guān)參數(shù)，都記錄到了FDR上，包括但不限于高度、速度、航向、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、垂直速度以及機組的操作如駕駛盤桿量、油門等重要參數(shù)。這些參數(shù)對于重現(xiàn)事故發(fā)生原因是有決定性意義的。 如果說CVR中的錄音只代表機組人員對事故的判斷，結(jié)合其記錄的一些數(shù)據(jù)信息，可以進行事故原因的推斷。那么，F(xiàn)DR則記錄了整個飛行的數(shù)據(jù)，能為界定此次事故的直接原因提供詳細的數(shù)據(jù)支持。因此，在事故調(diào)查中，F(xiàn)DR和CVR兩者的數(shù)據(jù)相互補充、缺一不可。
武警廣西總隊官兵在東航MU5735航班墜機事故現(xiàn)場核心區(qū)搜索黑匣子 黑匣子發(fā)展史 黑匣子的發(fā)明與飛機的出現(xiàn)并不同步，以至于很長一段時間里，人們對失事飛機的原因調(diào)查都無從著手。法國工程師弗朗索瓦·于斯諾和保羅·博杜安是記錄飛行數(shù)據(jù)的最早嘗試者之一。1939年，在法國馬里尼昂飛行測試中心，他們展示了“type HB”飛行記錄儀。這種裝置以影像記錄為基礎(chǔ)，飛行記錄被制作成一卷長8米、寬88毫米的電影膠片。 人類飛行史上，民航事故發(fā)生率遠低于軍用飛機。尤其在二戰(zhàn)期間，人們迫切需要找到事故發(fā)生的原因，因此就在軍用飛機上安裝了飛行記錄儀。它被正式命名為黑匣子是在1954年，當(dāng)時飛機內(nèi)所有的電子儀器都是放置在大小、形狀都統(tǒng)一的黑色方盒里，而聲音記錄器則放在最堅固的黑色方盒中，可以記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間5個參數(shù)。后來，航空局決定將這“黑匣子”漆成“橙紅色”（或橘色），這樣在飛機失事的時候，外表醒目的“黑匣子”就會比較容易被找到。 到1965年，幾乎全世界的每一家航空公司都改用橘色的飛行記錄器，但“黑匣子”這個名稱卻一直沿用了下來。此時飛行記錄儀的工作原理是一根針在金屬箔帶上留下反映數(shù)據(jù)變化的曲線。在駕駛座機艙內(nèi)裝設(shè)聲音記錄器的構(gòu)想在1954年首度提出，美國民航局在1957年規(guī)定，凡是重量超過9噸以上的飛機都必須裝設(shè)這些加強保護的飛行記錄器。 作為還原飛行事故最為直接的數(shù)據(jù)，現(xiàn)代意義上的黑匣子誕生于1958年，由墨爾本的工程師沃倫發(fā)明。1953年至1954年間，發(fā)生一系列致命墜機事故，包括世界第一架噴氣式民航班機“彗星”號墜毀。作為一名航空燃料專家，供職澳大利亞航空研究實驗室的沃倫參加一個調(diào)查“彗星”號墜毀的專家組。鑒于沒有目擊者和幸存者，沃倫設(shè)想以一種可以抵御沖擊的方式，記錄機組人員對話以及其他墜毀前數(shù)據(jù)的裝置，這將對確認事故原因甚至對將來防范事故都有很大幫助。按照他的設(shè)想，這些數(shù)據(jù)保存于抗沖擊和防火裝置中。他于1956年發(fā)表一篇標題為《一種幫助調(diào)查飛行器事故的裝置》的文章，并開始制作“飛行數(shù)據(jù)記錄器”的原型。這個名為“航空研究實驗室飛行記憶設(shè)備”的裝置可以保存４小時語音和飛行數(shù)據(jù)。 他的靈感來源于德國產(chǎn)的便攜式磁帶錄音機。不過沃倫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(lián)邦航空局當(dāng)時頒布的第一個黑匣子標準TSO-C51，要求黑匣子能夠承受100g（重力加速度）、持續(xù)11ms的沖擊，以及1100℃、30分鐘的火燒。但是，沃倫的發(fā)明當(dāng)時沒有引起澳大利亞乃至世界航空管理部門的興趣。之后，在1960年澳大利亞昆士蘭州一架飛機墜毀后，調(diào)查法官強烈建議，所有客機都應(yīng)安裝飛行記錄儀。隨后，澳大利亞成為世界首個強制安裝“駕駛艙語音記錄器”的國家。 1966年黑匣子標準更新為TSO-C51a，將抗強沖擊指標提高到1000g，并增加了抗穿透、靜態(tài)擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求，這讓可以記錄幾十個參數(shù)的第二代黑匣子真正成熟。此后，國際民航組織才要求所有客機必須安裝這種設(shè)備。自那以后，由駕駛員失誤和機械故障導(dǎo)致的空難逐年減少，但在1970到1990年代之間，人為破壞的空難數(shù)據(jù)開始上升，民航史上10大空難，有7次發(fā)生在這個時期。這對黑匣子技術(shù)提出了新的要求。 大型空難增多和微電子技術(shù)的發(fā)展，催生了第三代黑匣子。20世紀90年代，磁帶進化成半導(dǎo)體儲存記錄，抗墜毀能力等各項指標也更為嚴格（標準更新為TSO-C124），比如耐沖擊和耐高溫都得到加強，耐海水浸泡時間也由36小時增加到30天，同時增加了耐6000米深海壓力要求。更完善的是，其記錄的數(shù)據(jù)，從磁帶的80多項，豐富到了幾百個，功能也從事故調(diào)查，延伸到對飛行員的監(jiān)控、飛行器的故障診斷與維護。當(dāng)數(shù)字技術(shù)不斷完善，黑匣子發(fā)展到了如今正在使用的第四代。它在第三代的基礎(chǔ)上，多了視頻信息，參數(shù)也多達數(shù)千個。而隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的成熟應(yīng)用，黑匣子也有通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)的功能。 黑匣子的進化仍未完成，在2009年法航和2014年馬航事故中，黑匣子定位功能缺陷被再次放大。但即便如此，黑匣子目前仍然是判斷空難事故原因最關(guān)鍵的證據(jù)。 黑匣子的解讀 有人以為找到黑匣子后，事故真相就昭然若揭。其實不是的，當(dāng)搜尋到黑匣子后，通常的做法是將其返回專業(yè)的航空機構(gòu)或安全機構(gòu)，交由專業(yè)人員處置，爭取提取和解讀里面保存的數(shù)據(jù)。 目前國際上諸如美國和法國，都已有一些安全機構(gòu)來負責(zé)對黑匣子進行譯碼，而目前我國的航空安全委員會也同樣具備這項職能——提取和解讀數(shù)據(jù)。 要獲取黑匣子的數(shù)據(jù)，需要用特殊的技術(shù)將其物理恢復(fù)。由于每次事故原因及破壞程度都不盡相同，調(diào)查人員可能需要通過清洗、真空干燥、數(shù)據(jù)下載、修復(fù)讀取等步驟來解讀黑匣子信息。一般來說，黑匣子錄制機艙內(nèi)的聲音多數(shù)是傳統(tǒng)的磁帶方式，一旦找到磁帶，那么就有諸多辦法進行破譯。當(dāng)磁帶沒有損壞，那么現(xiàn)有技術(shù)就可以順利提取到錄制的聲音內(nèi)容。若是磁帶損壞，但磁條沒有遭到嚴重破壞，目前也仍有辦法解讀。即使磁條有部分損壞，那么至少可以把未損壞的部分解讀出來。 根據(jù)以往情況，2004年包頭空難的兩部黑匣子在打撈出水后外表有些受損，但對解讀影響不大。民航安全專家在對黑匣子外表進行清潔和烘干后，詳細檢測了焊接點，采用特殊設(shè)備對其進行分析。對黑匣子數(shù)據(jù)進行解讀后，還要對數(shù)據(jù)庫進行核對，對誤碼進行校正，才能破譯黑匣子的記錄內(nèi)容。 譯碼完成后，調(diào)查組會根據(jù)獲取到的內(nèi)容和數(shù)據(jù)，結(jié)合之前掌握的飛機整體運行過程以及調(diào)查經(jīng)驗，去做一個初步的判斷。整個過程中抽絲剝繭、嚴謹細致。除了黑匣子的數(shù)據(jù)，調(diào)查組還會對現(xiàn)場殘骸進行分析，同時開展一些外圍調(diào)查，通過詢問曾管理、駕駛或者檢修過該架飛機的工作人員，以及飛機制造商等采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息。總之，數(shù)據(jù)、事故現(xiàn)場調(diào)查情況、對應(yīng)的實物證據(jù)、多手段模擬分析實驗，環(huán)環(huán)相扣，力圖去復(fù)現(xiàn)相關(guān)的現(xiàn)象，從而最終得出相對完整、科學(xué)的結(jié)論。 從黑匣子到云匣子 雖然黑匣子在勾勒事故全貌上的作用不可或缺，找到它始終需要時間，提取數(shù)據(jù)和解析數(shù)據(jù)也需要更長的時間。因此近年來，關(guān)于云匣子的討論也很是熱烈。 2014年馬航MH370航班失蹤后，各國窮盡資源歷時數(shù)年始終找不到機上的黑匣子，無從解答這架飛機失事的秘密。為此各界呼吁要么改進黑匣子的設(shè)計，要么提升飛機的實時監(jiān)控系統(tǒng)。但是，據(jù)專業(yè)人士解答：“地空實時數(shù)據(jù)存儲和交互，最大的障礙是成本。飛行在萬米高空上的民航客機，要向地面輸送數(shù)據(jù)信號，需要大量的基站和衛(wèi)星構(gòu)建地空網(wǎng)絡(luò)，這個地空網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運營成本相當(dāng)昂貴。如果飛機并無故障，大量的信息交互支出對航空公司來說，會是不小的負擔(dān)。” 據(jù)民航聯(lián)盟2022年初的數(shù)據(jù)，每一時刻都有約1.6萬架飛機在天空中飛行。即便以10000架同時飛行的航班計算，每秒的數(shù)據(jù)傳輸量也達到了14.3G。即使目前霍尼韋爾等航電設(shè)備商研制出性能更好更新的衛(wèi)星通信設(shè)備，想要說服航空公司更換使用，也是困難重重。因此黑匣子轉(zhuǎn)變?yōu)樵葡蛔硬⒉皇潜匾棥?/span> 為什么航空事故調(diào)查時間那么長 每每航空事故調(diào)查報告的出爐，都會經(jīng)歷較為漫長的過程，半年到一年的調(diào)查很是正常的。因為這確確實實是一項嚴謹細致的工作。對于此次東航MU5735事件的調(diào)查也是如此，據(jù)央視新聞報道，北京航空航天大學(xué)航空產(chǎn)業(yè)研究中心主任高遠洋如此解釋：“（事故調(diào)查）過程往往是非常復(fù)雜的，尤其是如果說我們得不到足夠的有效的數(shù)據(jù)或信息情況下，事故調(diào)查可能會非常困難，而且可能會需要持續(xù)很長的時間。 此次飛行事故發(fā)生后，中國民航根據(jù)國際民用航空公約相關(guān)要求，將事故基本信息通報國際民航組織及航空器設(shè)計制造國的調(diào)查機構(gòu)美國國家運輸安全委員會，待進入事故調(diào)查階段后，將按照有關(guān)規(guī)定邀請需要參與的相關(guān)方參加事故調(diào)查工作。會邀請第三方的專業(yè)機構(gòu)和組織，來參與組成這樣一個調(diào)查組，來開展相應(yīng)的調(diào)查工作。”同時，他再次強調(diào)了調(diào)查工作也是一個非常嚴密嚴謹?shù)倪^程，包括數(shù)據(jù)信息的收集甄別，數(shù)據(jù)的分析，事故發(fā)生情況的推演，對事故原因的確認，然后會形成一份調(diào)查報告，調(diào)查報告要進行多方的專家論證。事故調(diào)查以獨立、客觀、深入、全面為原則，查明事實情況，分析事故原因，得出事故結(jié)論，確定事故等級，提出安全建議，最終完成調(diào)查報告。 此次3·21東航飛行事故飛機損毀嚴重，殘骸散落在山區(qū)，面積大，尋找困難，尚未發(fā)現(xiàn)幸存者，事故調(diào)查難度很大。中國民用航空局在4月20日對東航MU5735的事故調(diào)查初步報告似乎也印證了這一點，里面提到機上兩部記錄器由于撞擊嚴重受損，數(shù)據(jù)修復(fù)及分析工作仍在進行中。
東航MU5735航班第一部黑匣子發(fā)現(xiàn)過程 在曾經(jīng)發(fā)生的空難中，黑匣子對事故原因的勾勒曾發(fā)揮過不可或缺的作用。比如1994年俄羅斯航空593航班空難，該飛機在西伯利亞上空時突然從巡航高度一萬米一下掉到地上，全機75人罹難。調(diào)查人員最初先看到飛行數(shù)據(jù)的黑匣子，感覺很奇怪，因為當(dāng)時天氣很好，飛機性能等所有數(shù)據(jù)都沒有任何問題，完全無法了解為何會出事故。直到聽到駕駛艙錄音黑匣子后，才發(fā)現(xiàn)是因為機長帶著自己的孩子進入駕駛艙并指導(dǎo)兒子操縱飛機，導(dǎo)致事故的發(fā)生。航空界一直流傳著有關(guān)于飛行安全的“海恩法則”：每一起嚴重事故的背后必然有29次輕微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隱患。 東航墜機事件在這個春天給無數(shù)人帶來遺憾，網(wǎng)絡(luò)上流傳的謠言也不勝枚舉，但是在獲得一份官方的事故調(diào)查報告前，沒有人知曉此次3·21東航飛行事故的具體原因。如今，黑匣子已找到，對事故原因的調(diào)查也在進行中，希望黑匣子能破解這起事故的原因，也愿以后的每一次起飛與降落，都平安無虞。
東航MU5735航空器飛行事故現(xiàn)場舉行遇難者哀悼活動 作者：程方潔 文字審核：柏雙玲 科學(xué)性審核：趙良玉 北京理工大學(xué)宇航學(xué)院飛控系副教授 參考來源：光明網(wǎng)、中國青年網(wǎng)、澎湃新聞 本文來自：中國數(shù)字科技館 |
