[科普中國]-黑匣子

黑匣子（black box）是安裝在飛機、輪船、列車、汽車上用于記錄交通工具運行狀況且抗損毀性能高的一類設(shè)備，它能記錄多項行車實時數(shù)據(jù)信息，1事故發(fā)生時不容易損毀，常用于事故原因和事故經(jīng)過的調(diào)查及分析。2

“黑匣子”起源于對飛行記錄儀的俗稱，是飛機專用的電子記錄設(shè)備之一。黑匣子分為：駕駛員座艙錄音器和飛行資料記錄器。前者能記錄駕駛?cè)藛T從起飛后到著陸前的相互對話。錄音磁帶能防火、防水、防震。后者可記錄飛行時的各種數(shù)據(jù)。飛行記錄儀裝在一種耐高溫、高壓、防水和耐腐蝕的黑色金屬盒子里?，F(xiàn)代飛機的黑匣子已涂成橙色或黃色，但習慣上仍叫黑匣子。

黑匣子的外殼具有很厚的鋼板和許多層絕熱防沖擊抗壓保護材料，通常安裝在飛機尾部最安全的部位。記錄介質(zhì)也從磁帶式改進成為能承受更大沖擊的靜態(tài)存儲記錄儀，類似于計算機里的存儲芯片，防止黑匣子在空難中遭到損壞。

歷史概況“黑匣子”是一位墨爾本工程師在1958年發(fā)明的。1908年，美國發(fā)生了第一起軍用飛機事故。此后，隨著飛行事故不斷發(fā)生，需要有一種追憶事故發(fā)生過程原因的儀器。二戰(zhàn)期間，飛行記錄裝備儀器在軍用飛機上應(yīng)用，后來又用到民航飛機上。飛行記錄儀之所以被稱為“黑匣子”可追溯到1954年，當時飛機內(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。

由于現(xiàn)代電子技術(shù)飛速發(fā)展，對于飛機而言，人們開始主張直接通過向地面無線傳輸數(shù)據(jù)信號并記錄，而不再使用飛行記錄儀，因此今后黑匣子的名字將回到地面。例如汽車數(shù)據(jù)黑匣子。1987年，挪威上空一架軍用飛機發(fā)生爆炸，飛機墜毀，飛行員身亡。挪威當局趕到出事現(xiàn)場，從飛機殘骸和飛行員的尸體中，辨認出這是一架前蘇聯(lián)的軍用偵察機。挪威向前蘇聯(lián)提出抗議，前蘇聯(lián)矢口否認。后來，挪威找到了飛機上的黑匣子，從黑匣子記錄的數(shù)據(jù)進行分析，揭露了真相。前蘇聯(lián)在鐵的證據(jù)面前只好認錯。

飛機上飛行數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)（FDRS，F(xiàn)light Data Recorder System）和座艙音頻記錄系統(tǒng)（CVR，Cockpit Voice Recorder）簡稱為“飛參”，主要是由采集器和記錄器組成?！昂谙蛔印笔秋w參記錄器的俗稱。一般民航客機上會同時安裝一個記錄數(shù)據(jù)、一個記錄語音的兩個黑匣子。

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標識。因為飛參記錄器記錄的數(shù)據(jù)必須通過專用的下載設(shè)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(shù)據(jù)非常關(guān)鍵和神秘，再加上在一些事故中記錄器經(jīng)過火燒后變成了黑色，所以人們將飛機記錄器稱為“黑匣子”。

黑匣子作為一種事關(guān)飛行安全的重要航空電子設(shè)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內(nèi)部存儲的信息（一些試驗見附圖）。

飛機通電后，黑匣子將自動啟動工作，記錄飛機相關(guān)系統(tǒng)運行和狀態(tài)信息、飛行人員操作信息以及機上相關(guān)音視頻信息，不受人員控制。根據(jù)民航要求，黑匣子的數(shù)據(jù)信息是實時采集于飛機傳感器和相關(guān)系統(tǒng)，必須保留斷電前至少25小時的飛行數(shù)據(jù)和2小時的音頻數(shù)據(jù)，記錄的數(shù)據(jù)不可更改。

一般來說,飛行數(shù)據(jù)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，有利于語音信號的采集和記錄。黑匣子連接飛機應(yīng)急供電電源，確保能工作到最后時刻。

作為飛機數(shù)據(jù)客觀、真實、全面的記錄者，黑匣子是飛機失事后查明事故原因的最可靠、最科學、最有效的手段。伴隨著航空事業(yè)的發(fā)展，黑匣子在飛機日常安全維護、飛行狀態(tài)監(jiān)測、消除事故隱患以及故障定位方面也發(fā)揮著越來越重要的作用，甚至可以說充當著飛行過程中不可或缺的角色。

最早利用黑匣子的是軍用飛機。1908年，美國發(fā)生了第一起軍用飛機事故。以后，隨著飛行事故增加，迫切需要有一種研究事故原因的儀器。二戰(zhàn)時，飛行記錄儀正式在軍用飛機上使用。戰(zhàn)后，開始用到民航飛機上。早期的記錄方式比較落后，用的是機械記錄的方法，記錄在照相紙上。磁記錄方式發(fā)明后，才變得方便可靠了。

外形黑匣子外殼堅實，為長方體，約等于四、五塊磚頭壘在一起一般大，是一臺收發(fā)信機。在飛機飛行過程中，它能將機內(nèi)傳感器所收集到的各種信息及時接收下來，并自動轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號連續(xù)進行記錄；當飛機失事時，依靠黑匣子的緊急定位發(fā)射機自動向四面八方發(fā)射出特定頻率（例如37．5千赫），類似心跳般有規(guī)律的無線電信號，“宣告”自己所處的方位，以便搜尋者溯波尋找。

黑匣子實際上被漆成明亮的桔紅色。這種明亮顯眼的顏色，以及記錄儀外部的反射條件，都使得事故調(diào)查員們可以在飛機失事后很快的找到記錄儀，特別是當飛機墜落在水上時。

發(fā)展概況黑匣子伴隨著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(fā)展，一般行業(yè)內(nèi)比較認同將黑匣子從誕生到眼下發(fā)展分為四代：

第一代黑匣子：誕生于上世紀50年代初，是在飛機設(shè)計試飛記錄設(shè)備的基礎(chǔ)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(shù)據(jù)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(shù)。

第二代黑匣子：出現(xiàn)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(lián)邦航空局當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。1966年標準更新為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。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數(shù)，并同時出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。

第三代黑匣子：出現(xiàn)于上世紀90年代。隨著微電子技術(shù)的突飛猛進，黑匣子開始采用半導體存儲器記錄數(shù)據(jù)，隨著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標準更新為TSO-C124，抗強沖擊指標提高到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(lián)邦航空局發(fā)布了TSO-C124a標準，增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數(shù)一般在幾百個，功能已從飛行事故調(diào)查，逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機故障診斷與維護。

新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數(shù)數(shù)量也多達幾千個，并且能夠通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸黑匣子的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。但由于通訊帶寬和信號盲點以及氣象環(huán)境等影響，數(shù)據(jù)實時傳輸方式無法完全取代傳統(tǒng)黑匣子的作用。此外，新型拋放式黑匣子也已經(jīng)出現(xiàn)，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(wèi)星定位功能。

隨著科技的迅速發(fā)展，黑匣子也在不斷更新?lián)Q代。20世紀60年代問世的黑匣子（FDR）只能記錄5個參數(shù)，誤差較大。70年代開始使用數(shù)字記錄磁帶，能記下100多種參數(shù)，保存最后25小時的飛行數(shù)據(jù)。90年代后出現(xiàn)了集成電路存貯器，像電腦中的內(nèi)存條那樣，可記錄2小時的CVR聲音和25小時的FDR飛行數(shù)據(jù)，大大提高了空難分析的準確度。3

功能應(yīng)用按照黑匣子的用途，它被形象地稱為“法官”、“教官”和“醫(yī)生”。所謂法官，是基于飛行事故調(diào)查的用途，事故發(fā)生后通過找回黑匣子，對數(shù)據(jù)譯碼分析，可以判定事故真正原因，避免同類事故再次發(fā)生；所謂教官，是指在飛行員監(jiān)控方面的功能，通過日常分析黑匣子的數(shù)據(jù)，糾正飛行員不良駕駛習慣，預(yù)防事故發(fā)生；所謂醫(yī)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(shù)據(jù)進行日常分析，監(jiān)控、預(yù)測飛機主要部件的健康狀態(tài)，排查故障隱患，防止故障發(fā)展為事故。

為了事故調(diào)查時獲取客觀、全面的信息，黑匣子記錄數(shù)據(jù)的種類和數(shù)量不斷增加。數(shù)據(jù)種類從最初的飛行、音頻數(shù)據(jù)，拓展到了視頻和數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)；參數(shù)數(shù)量從最初的五個逐步發(fā)展到幾百個甚至上千個。飛行數(shù)據(jù)一般包括飛機和發(fā)動機運行狀態(tài)、飛行員操縱情況、飛機外部信息等；音頻數(shù)據(jù)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(huán)境聲音等；視頻數(shù)據(jù)一般包括駕駛艙儀表顯示、飛行員動作、飛機前方視景、起落架收放狀態(tài)等。通過專用數(shù)據(jù)回放軟件，可用黑匣子數(shù)據(jù)直觀真實地再現(xiàn)飛機飛行過程，自動分析飛機可能存在的故障隱患和人員操作異常，預(yù)防故障或事故發(fā)生，極大地提高了航空飛行安全水平。

信息記錄懷特兄弟公司曾第一次使用L-3通訊公司的這種黑匣子儀器來記錄飛機螺旋槳的旋轉(zhuǎn)。然而，直到第二次世界大戰(zhàn)以后，航空記錄儀才得到更為廣泛的使用。從那以后，為得到更多的關(guān)于飛機工作的信息，黑匣子的記錄媒介得到了很大發(fā)展。大多數(shù)的飛機黑匣子使用兩種記錄媒介，一種是磁帶，發(fā)明于20世紀60年代；另一種是電晶存儲板，發(fā)明于90年代。磁帶工作起來就像是磁帶錄音機。聚酯薄膜磁帶牽引電磁頭，磁頭在磁帶上記錄數(shù)據(jù)。由于航空公司開始全面轉(zhuǎn)向電子技術(shù)，黑匣子制造商已不再制造磁帶記錄儀。

黑匣子制造商Honeywell的發(fā)言人Ron Crotty表示，電子記錄儀的可靠性要遠遠高于磁帶記錄儀。電子記錄儀使用堆疊排列的內(nèi)存芯片，所以它們沒有任何的可移動裝置，這樣也就減少了日常的維護工作和事故發(fā)生過程中突然中斷的幾率。

CVR和FDR采集的數(shù)據(jù)都記錄在墜毀生存記憶單元（CSMU）中的堆疊內(nèi)存片中。根據(jù)L-3通訊公司制造的記錄儀，CSMU呈圓柱體。堆疊內(nèi)存片直徑大約1.75 英寸(4.45cm)，高1英寸(2.54cm)。

內(nèi)存片具有足夠的數(shù)字存儲空間來記錄CVR提供的2小時的音頻信息和FDR提供的25小時的飛行數(shù)據(jù)。

飛機上安裝了采集數(shù)據(jù)的傳感器。這些傳感器探測飛機的加速度、空速、海拔高度、機翼設(shè)置、外界溫度、機艙溫度和壓力、發(fā)動機性能等等。磁帶記錄儀可以追蹤大約100個參數(shù)，而電子記錄儀則可以記錄更大的飛機上超過700個參數(shù)。

所有這些傳感器采集來的數(shù)據(jù)都被送到飛機前端的飛行數(shù)據(jù)獲取單元（FDAU）。這一儀器常常安放在駕駛員座艙下的電子設(shè)備隔離艙中。飛行數(shù)據(jù)獲取單元在整個數(shù)據(jù)記錄過程中起到中間管理者的作用，也就是從傳感器獲取信息，然后送往黑匣子。

黑匣子一般由一到兩個從發(fā)動機引擎獲取能源的動力發(fā)生器驅(qū)動。一個是28伏特的直流電源，另一個是115伏特、400赫茲的交流電源。L-3通訊公司的工程主管Frank Doran表示，這些都是標準的飛機電源配置。

CVR座艙話音記錄儀（CVR）實際上就是一個無線電通話記錄器，可以記錄飛機上的各種通話。這一儀器上的4條音軌分別記錄飛行員與地面指揮機構(gòu)的通話，正、副駕駛員之間的對話，機長、空中小姐對乘客的講話．威脅、爆炸、發(fā)動機聲音異常，以及駕駛艙內(nèi)各種聲音。黑匣子能夠向調(diào)查者提供飛機出事故前各系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況。因為空難發(fā)生在短暫的瞬間，有時飛行員和全部乘務(wù)員同時遇難，調(diào)查事故的原因會有很大困難，座艙語言記錄儀能幫助人們根據(jù)機上人員的各種對話分析事故原因，以便對事故作出正確的結(jié)論。

座艙話音記錄器主要記錄機組人員和地面人員的通話、機組人員之間的對話以及駕駛艙內(nèi)出現(xiàn)的各種音響（包括飛機發(fā)動機的運轉(zhuǎn)聲音）等。它的工作原理類似普通磁帶錄音機，磁帶周而復始運行不停地洗舊錄新，總是錄留下最后半小時的各種聲音。一次飛行通常要經(jīng)歷8個階段（起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、開始進場、最后進場、著陸），每一階段的情況，都逃不過黑匣子的“耳朵”。

FDR飛行數(shù)據(jù)記錄儀（FDR）主要記錄飛機的各種飛行數(shù)據(jù)，包括飛行姿態(tài)、飛行軌跡（航跡）、飛行速度、加速度、經(jīng)緯度、航向以及作用在飛機上的各種外力，如阻力、升力、推力等，共約200多種數(shù)據(jù)，可保留20多小時的飛行參數(shù)。超過這個時間，數(shù)據(jù)記錄儀就自動吐故納新，舊數(shù)據(jù)被新數(shù)據(jù)覆蓋。

飛行數(shù)據(jù)記錄儀可以向人們提供飛機失事瞬間和失事前一段時間里，飛機的飛行狀況、機上設(shè)備的工作情況等。它能將飛機的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林威治時間，還有飛機系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來。

記錄飛機系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。傳感器從不同的區(qū)域連接到飛行數(shù)據(jù)獲取單元，再連接到FDR。當一個開關(guān)動作時，都將被FDR記錄下來。電子記錄儀由于數(shù)據(jù)傳輸快，從而比磁帶記錄儀記錄更多的參數(shù)。電子FDR可以記錄25小時的飛行數(shù)據(jù)。每一個FDR記錄的附加參數(shù)都可能提供調(diào)查員們事故的更多的線索。

在美國，聯(lián)邦航空管理局（FAA）要求商用航空公司根據(jù)飛機的大小，至少記錄11-29種參數(shù)。磁帶記錄儀可以記錄到100個參數(shù)，而電子記錄儀可以記錄超過700個參數(shù)。1997年7月17日，F(xiàn)AA出版了聯(lián)邦標準，標準要求在2002年8月19日以后制造的飛機至少要記錄88個參數(shù)。

安裝位置黑匣子通常安裝在機尾。因為，科學家通過對多起飛行事故分析，發(fā)現(xiàn)飛行器的機尾部分不容易損壞，所以黑匣子安裝在機尾。

定位打撈當前黑匣子在陸地的定位主要依靠人工目視，找到飛機殘骸后，利用黑匣子外表明亮、獨特的顏色和反光標識進行搜尋。

黑匣子在水下定位主要依靠水下定位信標（ULB，UnderwaterLocatorBeacon）。它是一個電池供電的水下超聲波脈沖發(fā)生器，牢固地安裝在黑匣子外部。一旦黑匣子入水，信標上的水敏開關(guān)啟動信標工作，通過信標的金屬外殼把頻率為37.5kHz的超聲波信號發(fā)射到周圍水域，每秒一個脈沖。其內(nèi)置電池可連續(xù)工作至少30天，30天后隨著電量逐漸耗盡，超聲波信號將越來越微弱直至停止工作。

信標可以在6096米的深度內(nèi)發(fā)出超聲波，但在距離信標1800~3600米的范圍內(nèi)才能夠被儀器探測到，海水的狀態(tài)、周圍的船只、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標的被探測范圍。

水下定位信標發(fā)出信號時，可以通過專用聲吶探測儀進行定位。由于信標信號的可探測范圍相對于大海而言極其有限，一般先要進行殘骸大致范圍定位，然后再通過拖曳式聲吶縮小定位范圍，最后再使用可以定位信號來源方向的水聽器，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(shè)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臺，控制機器人攜帶的海底聲吶掃描設(shè)備、信標方位定位器、深海攝像頭定位黑匣子，通過機械手打撈黑匣子。

在美國，當事故調(diào)查員們找到黑匣子后，它被立即送到NTSB的計算機實驗室中。為了避免對記錄媒介的任何損壞，在運輸過程中這種裝置受到特殊的保護。在發(fā)生水下事故時，記錄儀會被保存在冷水中以防止烘干。

“所作的一切都是為了保存記錄儀的狀態(tài)直到其被妥善的處理，”Daron說，“把記錄儀放置在一桶水中，通常是冷水，也就是保持黑匣子被找到的地方的環(huán)境，直到被送達可以充分分析黑匣子的地方?！?/p>

搜尋設(shè)備美國海軍網(wǎng)站介紹，TPL－25型拖曳聲波定位儀由水下拖曳部分、線纜和控制臺等部分組成。其水下拖曳部分的長度為30英寸（約76厘米），直徑為35英寸（約89厘米），重量為70磅（約32公斤）。

顧名思義，其水下拖曳部分會被船只拖著在海上緩慢行進，速度通常是1到5節(jié)（1節(jié)約合每秒0.5米），儀器本身可以“收聽”黑匣子發(fā)出的聲波信號。聲波定位儀的“聽力”高度敏感，最深可以“聽到”黑匣子在水下兩萬英尺（約合6096米）發(fā)出的信號。

當定位儀“收聽”到黑匣子信號，信號會出現(xiàn)在控制臺中的示波器或可以對信號進行處理的計算機上。控制人員將對信號最強點的位置進行記錄，再進行反復多次測量后通過“三角定位”來確定黑匣子的位置。黑匣子通常每秒鐘以37.5kHz的頻率發(fā)出信號，而聲波定位儀可以探測從3.5kHz到50kHz頻段的各種信號。

2009年，美方曾將拖曳聲波定位儀借給法國使用，搜尋失事法航447航班的黑匣子。

美太平洋艦隊2014年3月23日已將可探測黑匣子信號的拖曳聲波定位儀運往美軍正參與搜尋馬航失聯(lián)客機的地區(qū)，這套儀器的系統(tǒng)型號為TPL-25，可探測到水下超過6000米深度的信號源。4

保存方法在大多數(shù)的空難中，可以保存下來的裝置是飛行數(shù)據(jù)記錄儀和座艙聲音記錄儀的墜毀生存記錄單元（CSMU）。通常的，記錄儀底盤和內(nèi)部裝置的其它部分都被撕裂了。CSMU是緊固在記錄儀的平臺部分的一個巨大的圓柱體。這種裝置能夠承受很高的壓力，非常大的撞擊和成噸的壓力。在老式的磁帶記錄儀中，CSMU安放在一個長方形的匣子中。

電子黑匣子的CSMU使用三層材料將存儲數(shù)字信息的內(nèi)存片隔離和保存起來。下面我們來討論一下，先來從內(nèi)到外看一下保護內(nèi)存的材料。

鋁殼，環(huán)繞內(nèi)存卡有一鋁薄層。高溫絕緣體，1英寸（2.54cm）的干石英材料提供高溫保護。其保護內(nèi)存片防止事故后的火災(zāi)。不銹鋼外殼，高溫絕緣體安放在0.25英寸(0.64cm)厚的不銹鋼外殼中，通常用鈦合金制成。

為了確保黑匣子的質(zhì)量和生存能力，制造廠商對CSMU進行了徹底的測試。記住，在空難中只有CSMU可以生存下來――如果事故調(diào)查員能夠得到它，就可以獲得他們所希望得到的信息。為了測試CSMU，工程師們將數(shù)據(jù)存儲于CSMU的內(nèi)存中。L-3通訊公司使用隨機模型將數(shù)據(jù)存儲于每一塊內(nèi)存片中。這一模型可以由讀出器讀出以確定在墜毀后的沖擊，火災(zāi)和壓力下數(shù)據(jù)是否被損壞。

后續(xù)研發(fā)拋放黑匣2009年6月1日，法國航空公司一架從里約熱內(nèi)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(diào)查人員歷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標，但由于信標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，定位信號可能消失，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(jù)統(tǒng)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，反映出水下定位信標定位方式存在一定的局限性。

除了黑匣子能夠在飛機事故后發(fā)出定位信號，民航規(guī)章要求載客19人以上的飛機必須至少裝備一臺應(yīng)急定位發(fā)射機（ELT，EmergencyLocatorTransmitter），其在事故后通過無線電和衛(wèi)星方式發(fā)送定位信號。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(jù)統(tǒng)計，飛行事故中ELT發(fā)揮了作用的僅為29%。從得到的信息看，MH370航班的多個ELT設(shè)備均還沒有發(fā)揮作用。

此外，雖然傳統(tǒng)黑匣子的抗墜毀性能標準在不斷提高，然而在一些嚴重事故中，黑匣子損壞的情況仍時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，陸地墜毀的飛機中黑匣子存活率僅為82%。

為了解決水上事故后定位打撈黑匣子困難以及陸地事故后黑匣子存活率達不到100%的難題，拋放式黑匣子應(yīng)運而生。此類黑匣子可通過其墜毀感知傳感器監(jiān)控飛機事故時觸地或墜海瞬間的特征參數(shù)異常變化，迅速控制其與機體拋放分離，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后，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，可避免隨機體墜入海底，其設(shè)計還可保證以預(yù)定的姿態(tài)漂浮在海面上。之后，黑匣子通過無線電和衛(wèi)星自動發(fā)送定位信號。定位拋放黑匣子的過程首先是通過搜救衛(wèi)星406MHz頻率初步確定搜尋范圍，然后再通過121.5MHz頻率的無線電定位儀完成定位，衛(wèi)星可實現(xiàn)全球定位，無線電定位范圍通常為幾十到幾百千米。

由于具有以上特點，拋放式黑匣子不但便于事故后搜尋和打撈，同時可作為傳統(tǒng)黑匣子的備份提高數(shù)據(jù)存活率。

中國研發(fā)中國的飛機黑匣子技術(shù)雖然起步較晚，但緊跟國際民航標準，產(chǎn)品發(fā)展也歷經(jīng)了四代。中國已經(jīng)建有國家級飛機黑匣子墜毀防護性能驗證試驗室，1978年研制了中國第一臺磁帶式黑匣子；1990年研制出了中國第一臺采用半導體記錄介質(zhì)的黑匣子；1991年取得中國第一個機載設(shè)備適航證；2000年成功研制了緊跟TSO-C124a標準的黑匣子；2012年成功研制了抗飛機高速墜毀的黑匣子，超出TSO-C124b標準要求。研發(fā)的新型拋放式黑匣子，具備水上漂浮、無線電和衛(wèi)星定位功能。

中國在拋放式黑匣子領(lǐng)域緊跟國際發(fā)展。根據(jù)最新國際標準，已研制出相關(guān)產(chǎn)品，具備墜毀前拋放功能，離機后能抗一定的沖擊和火燒，具有漂浮功能，內(nèi)部裝有無線電定位信標、北斗衛(wèi)星定位信標，可在復雜海況下工作。特別是內(nèi)置的北斗衛(wèi)星定位信標，可以墜毀后立即定位，性能優(yōu)于通用的國際救援衛(wèi)星系統(tǒng)，后者有平均1小時的定位延遲時間，還可以通過短報文功能直接向地面指揮中心發(fā)送報警和定位數(shù)據(jù)，以便第一時間準確定位和搜救打撈，提高了事故救援效率，縮短了事故調(diào)查時間。該系統(tǒng)的北斗短報文功能也可配置為正常飛行過程中飛機關(guān)鍵信息的定期報告。

標準制定縱觀黑匣子幾十年來的發(fā)展歷程，其國際標準更新和產(chǎn)品換代，總是在汲取每起事故調(diào)查經(jīng)驗和教訓的基礎(chǔ)上不斷進步的。2009年法航事故和2014年馬航事故，已經(jīng)暴露出海上航空事故后應(yīng)急定位功能缺失、傳統(tǒng)黑匣子定位和打撈技術(shù)手段不足、周期長、耗資巨大等問題。黑匣子如何滿足類似事故救援和調(diào)查的需要，成為當前行業(yè)內(nèi)研究的重要課題。在2012年召開的國際民航組織會議上，飛行記錄器專家組建議在長距離跨海運營的飛機上安裝具有應(yīng)急定位功能的拋放式黑匣子。相關(guān)適航標準已經(jīng)頒布，國際主要民機制造商已啟動實施該項工作。

重要案例2014年3月24日，馬航失聯(lián)客機確認墜毀，但事故原因依然不明。鑒于能發(fā)送信號的飛行記錄儀(俗稱“黑匣子”)電池壽命只剩下12天，如何盡快尋找黑匣子變得越來越緊迫。此前媒體猜測，客機黑匣子可能落入深海，導致信號被海水屏蔽。如今美軍正將一種專門用來搜索黑匣子的高科技裝備送往搜索海域，支援各國對失聯(lián)客機的搜索。

2014年3月25日，中國交通運輸部對馬航失聯(lián)客機海上搜救方案做出新的部署，強調(diào)搜尋工作仍是當前第一要務(wù)，繼續(xù)搜尋和打撈飛機殘骸、尋找黑匣子。

從當前情形看，無論是天氣還是搜尋區(qū)域的地理、水溫條件，搜尋黑匣子都不會是件簡單工作，而黑匣子通常能夠發(fā)射信號30天，從8日失聯(lián)已經(jīng)18天，留給搜尋人員的時間并不多。

馬來西亞代理交通部長希沙姆丁25日說，基于最新的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，已經(jīng)縮小針對馬來西亞航空公司MH370航班的搜救范圍，眼下所有搜救努力聚焦于南部走廊南部的一個大約46.9萬平方海里的區(qū)域。5

2014年4月5日，在接近黑匣子壽命30天時，中國海巡01輪已在南緯25度、東經(jīng)101度附近南印度洋水域通過黑匣子搜尋儀偵聽到頻率37．5kHz每秒一次的脈沖信號,與失聯(lián)客機關(guān)聯(lián)性有待進一步鑒定，正在全力確認。

2014年4月6日上午，搭載了美國黑匣子搜索設(shè)備的澳大利亞“海盾號”軍艦，曾兩次在搜索區(qū)域的最北端收測到了脈沖信號，第一次持續(xù)2小時20分鐘，第二次持續(xù)13分鐘。

2014年4月8日，共有14架飛機和14艘艦船在澳方確定的近77600平方公里的一個狹長地帶進行搜索。這一地區(qū)被認為是飛機最有可能墜海的位置。在這個區(qū)域的南、北兩端，中國和澳大利亞搜索船只曾分別報告收到了脈沖信號。6

2014年4月9日上午，澳大利亞舉行發(fā)布會，通報MH370搜尋相情況。澳大利亞搜尋馬航失聯(lián)航班航班聯(lián)合協(xié)調(diào)中心總協(xié)調(diào)人休斯敦宣布，海盾號發(fā)現(xiàn)兩次信號，第一次持續(xù)5分鐘32秒，第二次持續(xù)7分鐘，海盾號共發(fā)現(xiàn)四次信號，特征與黑匣子信號相符。海盾號檢測到信號的時間分別為，當?shù)貢r間周六下午4:45分，晚上9:20分，周二下午4:20分，晚上10:17分。最晚發(fā)現(xiàn)的信號相對較弱。

2014年4月11日中午，正在中國進行訪問的澳大利亞總理阿博特對媒體表示，他相信已經(jīng)捕獲的幾組脈沖信號，是由馬航MH370班機的黑匣子發(fā)出。

阿博特表示，多方的搜索范圍和信號源之間仍有“數(shù)公里”的距離，由于黑匣子內(nèi)的電源隨時有可能耗盡，一場與時間的競賽正在進行。

這是澳大利亞方面首次正式宣布此前捕獲的脈沖信號與MH370航班相關(guān)。當天早些時候，負責搜索指揮工作的聯(lián)合協(xié)調(diào)中心負責任休斯頓表示，搜索工作仍未取得實質(zhì)性的突破。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國科學院工程熱物理研究所