黑匣子：飞行事故的“见证者”

沈臻懿

近期以来，复兴航空GE235、亚航QZ8501、马航MH17、MH370等航班频频发生的航空器失事事件，令世人为之欷歔不已。通常情形下，空难事故一旦发生后，航空器往往即会解体，甚至被烈火所烧毁。人们在赶到空难现场积极展开援救的同时，亦从第一时间起开始搜寻航班上一件极为重要的物证，这就是被称为航空器飞行事故“见证者”的“黑匣子”。这一重要物证的存在，不仅可以为空难调查人员提供关键证据，亦可帮助其了解飞行事故的真相。

搜寻亚航“黑匣子”

2014年12月28日上午7时17分，亚洲航空公司一架航班号为QZ8501的客机，自印度尼西亚飞往新加坡的途中失去联系。失联事件发生后，印度尼西亚、新加坡、马来西亚、澳大利亚等国相继派出船只、飞机与人员前往失联区域进行搜救。12月30日，多国搜救队伍在失联相关海域发现首批遗体与客机残骸，确认了亚航QZ8501航班在印尼爪哇海域坠毁的事件。搜救船只、飞机在持续搜索遇难者遗体与客机残骸的同时，亦在第一时间启动了对于客机“黑匣子”的搜寻与打捞工作。

2015年1月11日，印尼三艘参与搜救的船只在距离发现失事客机尾翼海域大约3.5公里的海底探测到两个从不同方位所发出的脉冲信号。印尼交通部随后发表的一份声明中称，根据探测到的信号源，亚航失事客机的“黑匣子”已锁定，其位于东经109度42分42秒、南纬3度37分21秒的海域。1月12日上午7点11分，搜救人员打捞出了亚航QZ8501失事航班的第一个“黑匣子”，即客机飞行数据记录仪。印尼搜救行动协调中心负责人称，第一个打捞出水的“黑匣子”状况较佳，且没有损坏。与此同时，该负责人亦表示，失事客机的第二个“黑匣子”也已锁定，其距离第一个“黑匣子”位置不远，并被压在一块机翼的残骸之下。1月13日，印尼搜救人员再次打捞出了亚航QZ8501失事航班的第二个“黑匣子”，即客机驾驶舱话音记录器。由此，失事客机的两个“黑匣子”均被发现并成功打捞。印尼国家运输安全委员会航空安全调查员桑多索表示，“黑匣子”一旦打捞出水后，将即刻送往雅加达予以数据检测与分析，通常需两周时间来对“黑匣子”的数据资料予以下载。若“黑匣子”损坏程度较轻的话，一般仅需两天左右时间即可读取“黑匣子”中记录的飞行数据与驾驶舱对话语音。“黑匣子”内记录的信息，可以为空难调查人员提供客机失事前一段时间以及失事瞬间的飞机飞行状况、机上设备运行情况以及驾驶舱内机师对话内容等，从而为客机失事原因的判断提供重要依据。

“黑匣子”的前世今生

“黑匣子”（Black Box）作为飞行记录仪的俗称，已成为现代航空器的标配电子设备之一。其虽名为“黑匣子”，但实际颜色却为明亮的橘红色，以强化其醒目程度且便于搜寻。“黑匣子”这一俗称的由来，最初源于1954年所提出的在航空器驾驶舱内安装声音记录器的设想。彼时航空器内所有的电子设备均放置于大小、形状完全统一的黑色方形盒内。而作为声音记录器的设备则安置于最为坚固的一个黑色方盒中。上世纪60年代起，为了便于搜寻与发现空难现场中的“黑匣子”，世界上几乎每一家航空公司都使用了涂成橘红色的飞行记录仪。一旦客机不幸失事后，外观醒目的“黑匣子”即相对容易被发现。此外，部分“黑匣子”的外壳表面还会标注“FLIGHT RECORDER， DO NOT OPEN”（飞行记录仪，不能打开）的字样，并粘贴有反光标识，以增加其在夜间被寻获的几率。

随着航空器制造水准的不断提升以及对于飞行安全的迫切需求，“黑匣子”从诞生至今，亦经历着数次的更新换代。20世纪50年代初所诞生的第一代 “黑匣子”，系在航空器试飞记录设备的基础上所研发的。其主要依靠针头在金属箔上所刻画的痕迹来显示数据曲线，通常仅能记录为数不多的飞行基本参数。至上世纪50年代末至60年代初，经过更新后的第二代“黑匣子”，主要借助于磁带机工作原理，并在机器外侧加装了具有耐火、耐撞的保护外罩。同时，第二代“黑匣子”已能满足抗静态挤压、抗穿透、耐海水以及腐蚀液体浸泡的要求。在具体功能上，第二代“黑匣子”中出现了驾驶舱话音记录器，且记录的飞行参数也增加至了数十个。随着微电子技术的迅猛发展，上世纪90年代起诞生了第三代的“黑匣子”。其采用半导体材料来作为数据记录的储存设备，所记录的参数已上升至数百个，且功能已从单纯的飞行事故调查，外延至日常飞行监控以及飞行维护与故障诊断。随着对于航空器坠毁时“黑匣子”破坏情形研究的不断深入，第三代“黑匣子”的抗强冲击指标已提升至3400g重力加速度，而在1100摄氏度高温下的耐火时间达到60分钟，耐海水浸泡时间则为30天，且新增了耐6000米深海压力标准。当前，新一代的“黑匣子”也已出现，其不仅可以对视频数据予以记录，且记录的参数也高达数千个，并能通过卫星定期传输“黑匣子”的关键信息数据。此外，新型“黑匣子”的抛放式功能，令其在航空器坠毁时能够自动与机体分离，且具备无线电、卫星定位及水面漂浮功能，最大限度地提升了“黑匣子”的生存能力。

从现代“黑匣子”的工作原理而言，航空器在通电后，“黑匣子”即自动开启工作状态，并不受人为影响与控制。其能够实时记录航空器各系统的运行状态、飞行员对于航空器的操作情况以及航空器上相关音频信息，且“黑匣子”记录的数据信息不可删节或更改。根据民航业要求，“黑匣子”所采集的实时信息，必须保存断电前至少25小时以上的飞行数据以及最后2小时的音频信息。因此，“黑匣子”是航空器失事后查明事故缘由最为科学、可靠且有效的方式。

现代“黑匣子”的组成

当前客机上所安装的“黑匣子”均由两个设备所组成。其一为客机飞行数据记录仪；另一个则为客机驾驶舱话音记录器。客机上所有电子仪器仪表以及各个机械部位均安装有传感器并与“黑匣子”相连。组成现代“黑匣子”的客机飞行数据记录仪以及客机驾驶舱话音记录器，能够将客机失事坠毁或停止工作前两小时的飞行航向、高度、速度、加速、耗油、爬升、下降、格林威治时间、客机系统运行数据、发动机工作数据等飞行参数以及前半小时的驾驶舱语音对话全部予以记录，以供随后分析事故之用。

飞行数据记录仪

英语简称为FDR的飞行数据记录仪，主要用于记录航空器的各种飞行数据。飞行数据记录仪在开启后，即在实时记录飞行当时的各类飞行参数，并可保留25小时，一旦飞行时间超过这一限度，数据记录仪就会自动予以更新，原先保留在内的旧数据将被新数据所覆盖。由于机上的各个仪器仪表与机械部位均安装有传感器。航空器在通电后，各项传感器即从不同区域连接至飞行数据获取单元，进而再连接至飞行数据记录仪。

驾驶舱话音记录器

简称为CVR的驾驶舱话音记录器，其实则为一个无线电通话记录器。利用这一设备，“黑匣子”可以对客机内的各种通话予以实时记录。驾驶舱话音记录器所拥有的四条音轨，可分别对正、副驾驶员之间的对话、飞行员与地面指挥中心的通话、机长、空姐对乘客的讲话以及爆炸、威胁等各类异常声音予以记录。

驾驶舱话音记录器的工作原理，类似于普通的磁带录音机，其内部磁带在周而复始的运行过程中，旧的音频内容不断被新的音频内容所取代。因而记录器所保留的音频，均为客机失事坠毁或停止工作前半小时的各种声音。

通常情况下，每次飞行需经历起飞、初始爬升、爬升、巡航、下降、开始进场、最后进场以及着陆等八个阶段。而每一个阶段中所产生的各种声音，均无法逃脱驾驶舱话音记录器的“耳朵”。对于飞行事故而言，有时突如其来的空难令飞行员与全部乘务人员同时遇难。这对事故原因的调查与分析往往带来极大困难。而驾驶舱话音记录器的存在，能够帮助调查人员根据机上人员的对话内容，来分析事故原因，从而正确做出事故调查结论。

“黑匣子”的定位搜寻

通常情况下，作为飞行数据记录仪的“黑匣子”安装于飞机的尾部，这一安放位置能够将飞机坠毁对“黑匣子”的毁损程度降至最低；而作为驾驶舱话音记录器的“黑匣子”则安装于飞机前部，其安放位置有利于音频信号的采集与记录。在设计构造时，“黑匣子”直接与飞机应急供电电源相连接，其能够保障“黑匣子”正常工作至最后一刻。当航空器不幸失事并坠毁时，存在于“黑匣子”内的紧急定位发射器将向各个方向发出特定频率，且类似于心跳般有节律的无线电信号。以此对外告知其所处的方位，并便于搜寻人员跟踪无线电信号进行寻找。

当前，搜寻人员对于掉落在陆地上的“黑匣子”定位，主要依赖于人工目力搜索。当搜寻人员发现并找到飞机残骸后，其即利用“黑匣子”具有外表鲜明且带有反光标识的特性进行搜寻。不过，某些飞行事故发生后，飞机残骸连同“黑匣子”往往坠毁于海域之中。在此情形下，对于“黑匣子”的水下定位与搜寻，则主要依靠水下定位信标。其系一个安装在“黑匣子”外部，且由电池供电的水下超声波脉冲发射器。当“黑匣子”坠入水面后，信标上的开关即随即开启，并将频率为37.5kHz的超声波信号发射到水域四周。根据“黑匣子”的设计要求，定位信标中的内置电池可持续工作不少于30天。当30天过后，信标内电池的电量将逐渐耗尽，超声波信号也将趋于微弱直至停止发射。

通常，定位信标可在6000米深的水下发出超声波信号，并可在距信号1800米至3600米的范围内为探测仪器所感知。但附近的石油管道、海洋生物、往来船只、海水状态以及其他因素所造成的噪音，均会影响水下定位信标的被探寻范围。搜寻人员在对水下定位信标所发出的超声波信号进行探寻时，可通过专用的声呐探测仪进行定位。不过，信号所发出的信号的可探测范围，对于茫茫大海而言简直是沧海一粟。因而，搜寻人员首先需要对航空器残骸的大概范围进行定位，进而使用拖拽式声呐探测器来缩小定位区域。最后，搜寻人员可使用水下传声器，以便于对定位信号的方向及来源予以精确锁定。

搜寻人员如锁定“黑匣子”的所在区域，并确认其沉于浅海范围内，即可派出专业潜水员进行打捞，但如果“黑匣子”沉入的海域超过人工潜水的深度范围后，搜寻人员即需要采用专门的搜寻、打捞装备。通常情况下，搜寻人员可在船只上放下水下操控机器人。搜寻人员利用船上的综合控制台，操控机器人利用自身携带的海底声呐探测装备、水下信标定位器以及深海摄像头来对“黑匣子”进行定位，进而使用专门的机械手来将“黑匣子”打捞出水面。

“黑匣子”的发展趋势

诚然，现代航空器上所安装的“黑匣子”均带有水下定位信标。但定位信标的信号发射距离仅为数千米，且在航空器坠毁过程中，定位信号亦有可能从“黑匣子”表面脱落。加之定位信标内的电池仅可维持30天，此后因电池耗尽而造成的信号消失，亦将造成“黑匣子”定位困难。

为了有效解决航空器坠毁于陆地后“黑匣子”生存率较低以及坠毁于水下后定位打捞困难的难题，“黑匣子”的设计已朝着抛放式的方式发展。对于这一新型的抛放式“黑匣子”，可以通过其自带的坠毁感知传感器来探测航空器事发发生后坠地或坠海瞬间的异常变化，并迅速控制其与机体的抛放与分离。航空器如坠毁在陆地上，经抛放后的“黑匣子”可有效避免受到飞机残骸的冲撞和燃烧等破坏；而航空器如坠毁在海上时，经抛放后的“黑匣子”则可避免其随机体而一同坠入海底。抛放后“黑匣子”的专门设计，还可保证其以一定的姿态漂浮于水面之上，进而通过无线电与卫星自动发送定位的信号。基于前述特点可见，抛放式“黑匣子”与目前通用的“黑匣子”比较而言，其不仅便于事故发生后的搜寻与打捞，亦可因其生存率的大幅提升而进一步提升事故调查的准确性与可靠性。

编辑：黄灵 yeshzhwu@foxmail.com