王瑞良

黑匣子在希望就在

王瑞良

在西方文化中，黑色往往象征著災(zāi)難和不祥，比如“黑色星期五”和“黑色13分鐘”。但有一個(gè)小盒子卻是特例，雖然它的登場總預(yù)示著劫難的出現(xiàn)，但它卻像黑暗中的光芒，承載著人們的希望，它就是黑匣子。

每當(dāng)飛機(jī)失事，人們都急切地希望盡快找到黑匣子，以便查清飛機(jī)失事的具體原因。特別是在機(jī)毀人亡、無人幸存的情況下，黑匣子更是成了唯一的關(guān)鍵“證人”。

2014年3月8日，馬來西亞航空公司MH370航班神秘失聯(lián)。3月24日，馬來西亞方面突然召開新聞發(fā)布會(huì)，總理納吉布宣布，確認(rèn)MH370航班墜毀在南印度洋海域。至此，各方的救援力量正式轉(zhuǎn)向搜尋黑匣子。

幾乎所有人都認(rèn)為，黑匣子是解開謎題的唯一鑰匙，只有它，才能解答我們所有的疑惑，讓我們了解飛機(jī)失事的真正原因和過程。黑匣子究竟是什么，它為何會(huì)有這樣神奇的功能呢？

最初模樣

黑匣子是由芬蘭的一位航空工程師在二戰(zhàn)時(shí)期發(fā)明的，其初衷是為了記錄試飛過程中的各種重要數(shù)據(jù)，為改進(jìn)設(shè)計(jì)、制造出更精良的飛機(jī)提供依據(jù)。

上世紀(jì)50年代，澳大利亞工程師大衛(wèi)·華倫設(shè)計(jì)了一款既能記錄儀器讀數(shù)，又能記錄座艙內(nèi)聲音的黑匣子原型，即“座艙通話記錄器”，并開始試用于空難事故調(diào)查。

1956年，美國兩架商用客機(jī)相撞，兩機(jī)共128人全部罹難，史稱“大峽谷空中相撞事件”。這次事件促使美方制定了全新的飛行規(guī)定，全美所有機(jī)場加裝雷達(dá)，聯(lián)邦航空總署也因此而成立?？偸鹆⒓匆?guī)定，從今往后，所有的民航客機(jī)都必須安裝黑匣子，以提高飛機(jī)發(fā)生事故后保全資料的幾率。同時(shí)，美方還要求黑匣子的外殼必須是鮮艷醒目的橙色或橘黃色，以方便搜尋。

此后，美方的這一強(qiáng)制性規(guī)定開始在全球推廣。20世紀(jì)70年代末期，所有的民航客機(jī)都已安裝了黑匣子。

真實(shí)面目

無論是軍用飛機(jī)還是民航客機(jī)，一次飛行通常要經(jīng)歷起飛、爬升、巡航、下降、進(jìn)場和著陸6大階段，每一階段的情況，都逃不過黑匣子的“耳朵”。

黑匣子其實(shí)是兩種飛行記錄器的統(tǒng)稱，一種是“座艙語音記錄器”，另一種是“飛行數(shù)據(jù)記錄器”。

“座艙語音記錄器”由拾音盒和記錄盒組成。前者安裝在飛機(jī)駕駛艙內(nèi)，可以將艙內(nèi)每個(gè)人的語言及與外界通信的音響信息全部接收，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，傳送給記錄盒。記錄盒一般安裝在不易損壞、不易著火的飛機(jī)尾部。

1957年前后，記錄盒的記錄方式還是通過一些不同的針刺刻錄在一條金屬帶上的，故又稱“金屬記錄器”。這種方式最多只能記錄6種參數(shù)。從1960年開始，人們改用磁帶記錄器，它不但能記錄聲音，還能記錄一些密碼數(shù)據(jù)，所能記錄的數(shù)據(jù)格式也增加到了30多種。磁帶從飛機(jī)起飛到著陸不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷抹去舊的資料，記錄新的資料，始終保留最后30分鐘的信息。不過，這種記錄方式往往會(huì)由于磁頭脫離或塵埃、油污等影響，造成記錄中斷。所以，人們又逐漸以固態(tài)集成電路記憶芯片作為新的數(shù)字信號(hào)記錄媒體，它不僅能減少機(jī)械故障，承受更猛烈的撞擊，還能將保留信息的時(shí)間延長至最后兩小時(shí)。

“飛行數(shù)據(jù)記錄器”可以自動(dòng)記錄飛機(jī)飛行的高度和速度，飛機(jī)的姿態(tài)、位置和航向，氧氣和煙霧狀況，駕駛員輸入控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，各臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的參數(shù)，油料殘量，油箱溫度和液壓系統(tǒng)情況，以及通信系統(tǒng)的狀況等各種資料。以往利用磁帶作為記錄媒體，所能記錄的資料不超過100項(xiàng)，改用芯片后能記錄1000多項(xiàng)資料，大型噴氣客機(jī)記錄的資料更多達(dá)3000項(xiàng)。不過，造成飛機(jī)失事的可能性數(shù)不勝數(shù)，目前的“飛行數(shù)據(jù)記錄器”還不能完全保證記錄所有的可用參數(shù)。

固若金湯

無論是哪種記錄器，通常都安置在一個(gè)密封盒內(nèi)。這個(gè)密封盒異常堅(jiān)固，壁厚約為0.64厘米，所用材質(zhì)多為鈦合金。這就是黑匣子的原型。

黑匣子能排除磁場干擾，能在1100℃的火焰中經(jīng)受30分鐘的炙烤，能承受2噸重的物體擠壓5分鐘，能承受海平面以下6096米的海水壓力，能夠在汽油、機(jī)油、油精、電池、酸液、海水中浸泡幾個(gè)月?？傊茉谠S多惡劣的條件下依舊安然無恙。所以，一般飛機(jī)失事后，黑匣子還是能完好無損，成為最關(guān)鍵的“證人”。

此外，黑匣子還裝有超聲波信標(biāo)器。當(dāng)它墜入水中，信標(biāo)就會(huì)被激活，用37.5千赫的頻率，每秒發(fā)出一次157～160.5分貝的超聲波脈沖信號(hào)，其作用半徑可達(dá)1.6千米。這種猶如心跳般規(guī)律的無線電信號(hào)，就像黑匣子向人們“宣告”自己所處的方位。它即使墜入6000米深的海底，人們也可以用聲吶探測到它的“聲音”，溯波尋找。

黑匣子一般由兩個(gè)動(dòng)力發(fā)生器驅(qū)動(dòng)，一個(gè)是28伏特的直流電源，另一個(gè)是115伏特、400赫茲的交流電源，它們能連續(xù)30天發(fā)出信號(hào)。30天后，信號(hào)由強(qiáng)變?nèi)?，逐漸消失，雖然我們?nèi)杂锌赡芡ㄟ^水下掃描器、水下攝像機(jī)等搜索設(shè)備找到黑匣子，但難度無疑大大增加。

此外，黑匣子并非真正的水火不侵，在遇到特別嚴(yán)重撞擊的情況下，它還不足以完全保護(hù)數(shù)據(jù)。1992年11月，一架民航客機(jī)在桂林山區(qū)上空粉碎性解體，雖然人們?cè)谏焦戎姓业搅撕谙蛔?，但它已?yán)重破損，給進(jìn)一步分析事故原因增加了難度。

更新?lián)Q代

2009年，法國航空公司447號(hào)班機(jī)空難事故給整個(gè)航空業(yè)帶來了深刻的警示。此次為搜尋失聯(lián)的馬航客機(jī)，各國又耗費(fèi)了巨大的人力物力。如何對(duì)飛機(jī)進(jìn)行更嚴(yán)密、更精確的追蹤，已成為迫在眉睫、亟需處理的問題。所有的航空專家將解決問題的關(guān)鍵指向了黑匣子，他們普遍認(rèn)為，黑匣子已經(jīng)達(dá)到了必須更新?lián)Q代的時(shí)刻。

早在2010年，洛克希德·馬丁公司就提出了一項(xiàng)關(guān)于“漂浮式黑匣子”的專利申請(qǐng)。該技術(shù)能使黑匣子在落入水中后，迅速與飛機(jī)分離，浮出水面，并將發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)間由原來的30天延長為90天。該專利已于2014年3月獲得美國政府的批準(zhǔn)授權(quán)。

由于座艙語音記錄器只能循環(huán)記錄最近兩小時(shí)的信息，之前記錄的所有信息都將被覆蓋，因而會(huì)給分析判斷飛機(jī)失事的原因增加難度。以這次馬航MH370事件為例，如果MH370從馬方軍用雷達(dá)屏幕上消失后又飛行了5個(gè)多小時(shí)，那么飛機(jī)突然偏離航線那一刻發(fā)生的戲劇性事件就無法通過黑匣子記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原，有些謎團(tuán)依舊無法解開。

不過，這種情況可能會(huì)在未來發(fā)生改變。法航空難發(fā)生后，過了兩年時(shí)間，人們才找到了黑匣子，事故報(bào)告3年后才出爐，這讓世界第三大飛機(jī)制造商——加拿大龐巴迪開始思考“即時(shí)飛航遙測”的可能。這種遙測方式與黑匣子不同，它能將飛機(jī)的即時(shí)狀況通過3G基地臺(tái)或衛(wèi)星傳送給地面接收站。飛機(jī)失事后，人們能從接收站接收到的最近幾筆資料推斷出事發(fā)地點(diǎn)，使搜救行動(dòng)更為有效。有了這種遙測方式，人們不必再擔(dān)心黑匣子損毀后無據(jù)可查。目前，該裝置已在2013年出廠的龐巴迪C-Series噴氣客機(jī)上試用。

雖然這種裝置看起來很完美，但現(xiàn)階段還無法取代黑匣子的作用，因?yàn)椴捎眠@種方式的前提，是有足夠的衛(wèi)星覆蓋航線，同時(shí)還要有足夠的通信帶寬才能傳遞海量信息，而建設(shè)這兩套系統(tǒng)的成本高得驚人。作為過渡措施，有人提出以“間歇傳輸”取代“全程傳輸”，或者只傳輸最重要的幾項(xiàng)資料，而其他信息仍記錄在黑匣子中，以此減少通訊資料的儲(chǔ)存量。

另一種改進(jìn)思路是將座艙通話記錄器的儲(chǔ)存介質(zhì)，由靜態(tài)存儲(chǔ)器代替磁帶或芯片，使之成為一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。按照設(shè)想，這臺(tái)計(jì)算機(jī)將由一個(gè)采集數(shù)據(jù)的接口卡片、一個(gè)存儲(chǔ)器和一個(gè)把接收到的信息編入存儲(chǔ)器的程序三部分構(gòu)成。此外，人們還設(shè)想在駕駛艙內(nèi)加裝一臺(tái)攝像機(jī)，將視頻信息傳回地面，以便辨別機(jī)長的指令與計(jì)算機(jī)的回答是否相符。所有這些改進(jìn)思路或建議，最終的目標(biāo)都是希望當(dāng)發(fā)生意外時(shí)，指揮員能從地面接管飛行員的操控，從而避免類似“9·11”的自殺式恐怖襲擊事件再度發(fā)生。

事實(shí)上，類似的技術(shù)手段已經(jīng)初露頭角。俄羅斯正在研制一種能有效防止劫機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)，并已在米格-29飛機(jī)上通過國家檢驗(yàn)，目前正在蘇-27SM型軍用飛機(jī)和部分民航客機(jī)上試用。這種主動(dòng)式機(jī)載飛行安全保障系統(tǒng)，能在飛行過程中獲取機(jī)組人員工作狀態(tài)的信息，分析機(jī)艙里包括乘客舉止在內(nèi)的各種異常情況，監(jiān)督飛行員的駕駛狀態(tài)。一旦飛機(jī)遭到劫持，哪怕恐怖分子奪取了地面飛行管制中心，該系統(tǒng)依然能夠自動(dòng)切斷駕駛電路，迫使手動(dòng)裝置失靈，使飛機(jī)重回安全駕駛狀態(tài)，并及時(shí)向地面監(jiān)控站報(bào)警。最后，飛機(jī)還會(huì)自動(dòng)降落在最近的備用機(jī)場。

為了更精確地追蹤空中目標(biāo)，意大利科學(xué)家研發(fā)出一種利用激光設(shè)備來傳輸雷達(dá)信號(hào)的新技術(shù)。眾所周知，雷達(dá)是由電子組件發(fā)出射頻信號(hào)，再利用“回波定位”原理來測定目標(biāo)的，這種追蹤方式顯然不夠精確。因?yàn)?，更高的精確性要求使用更高頻率的信號(hào)，而在提高信號(hào)頻率的情況下，雷達(dá)系統(tǒng)電子組件所發(fā)射和接收的信號(hào)噪音也越來越大，這給確定目標(biāo)帶來了更大的難度。

因此，意大利科學(xué)家計(jì)劃利用激光束發(fā)射雷達(dá)信號(hào)，并由能把激光信號(hào)波轉(zhuǎn)換為數(shù)字波的光子組件來處理回波信號(hào)，因?yàn)榧す猱a(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)極其穩(wěn)定，它能更精確地追蹤物體所在的位置。與此同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)還能在傳輸雷達(dá)定位數(shù)據(jù)時(shí)同步傳輸無線電通信數(shù)據(jù)，以及來自駕駛艙的視頻信息。這項(xiàng)技術(shù)彌補(bǔ)了如今黑匣子的種種缺陷，進(jìn)一步改進(jìn)后，或許會(huì)完全取代已沿用半個(gè)多世紀(jì)的黑匣子。

雖然從幾百萬年的漫長時(shí)間來看，人類死于彗星或小行星撞地球的幾率，與在飛機(jī)墜毀事故中喪生的幾率是一樣的。但是，前者屬于天災(zāi)，后者屬于人禍。我們無法完全避免人禍的發(fā)生，但科學(xué)技術(shù)的發(fā)展將為我們盡可能地保駕護(hù)航。盡管目前的黑匣子有許多技術(shù)需要改進(jìn)，但回溯以往的空難，人們畢竟還都是通過它來確定失事具體原因的。這位總是沉默的關(guān)鍵“證人”會(huì)在我們最需要它的時(shí)候，不斷地發(fā)出信號(hào)，而這些信號(hào)就是關(guān)鍵證詞。