2022年03月23日 11:32
【科學快訊】
來源：北京科技報社
3月21日14時38分許，東方航空公司MU5735航班執行昆明-廣州任務時，在廣西梧州市上空失聯並墜毀，機上載有乘客123人、機組人員9人。
該客機機型為波音737-800NG，根據實時飛行數據顯示，14：20，飛機高度8869.68米，14：21左右巡航高度急劇下降，ADS-B應答機沒有回複，在梧州附近失聯，14：22高度為1333.5米，而梧州當地海拔約為200~300米左右。
目前，應急、消防等多方力量組成的搜救隊仍在進行緊張搜救。
在事故發生後，很多猜測紛至遝來，是什麼導致飛機垂直高速俯沖？是飛機控制的問題，還是液壓出了問題？
但任何的猜測都不能代表事情的全貌。沒有一次航空事故是完全一樣的，在獲得一份官方的事故調查報告前，我們都無法知曉具體原因。
對於空難事故調查來說，尋找到與飛機命運攸關的數據存儲裝置——黑匣子是非常關鍵的。
黑匣子的重要性
黑匣子是記錄飛行數據和駕駛艙通話的設備，它能夠記錄飛機停止工作前25小時的飛行數據以及30分鐘到2小時不等的通信錄音。
飛行的數據包括飛行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間、飛機系統工作狀況和發動機工作參數等，通信錄音主要是記錄機艙內機長、副駕駛和機組人員間的通話信息。
世界上所有的空難發生原因都是通過黑匣子分析出來的，因此它就成了空難事故的見證和「前車之鑒」，能夠避免同樣事故再次發生，更好地采取安全措施。黑匣子雖然在平時不起眼，但是卻是飛機上一個非常重要的部件，也是飛機出事後唯一重要的部件。
黑匣子的演變曆史
1939年，法國航空工程師弗朗西斯·於斯諾和保羅·博杜安發明了一種記錄裝置，可以把飛機飛行時的速度、高度等幾項最重要的信息用類似拍照的原理記錄在88毫米膠卷上。降落後拿出膠卷，就能還原出飛行時的狀態了。但是膠片是一次性使用的，成本非常高，並且這種裝置只適用於順利降落的飛機，如果飛機墜落就會毀壞膠片，所以這種記錄方式只是用在新型號飛機的試飛上。
第一代黑匣子
二戰期間，英國工程師改進了改進了飛行參數記錄裝置，用鋼針在銅箔上刻下各種參數的變化曲線。這樣哪怕飛機著火、墜毀，也能尋回當時的數據。不過銅箔比較重，記錄的數據量也十分有限，價錢不菲，所以只用在了軍用飛機上。這就是第一代的黑匣子，它僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數。
（圖片來源：澎湃新聞）
第二代黑匣子
1956年，首個用於民航客機的飛行數據記錄裝置在澳大利亞誕生。它的發明者戴維·瓦倫博士在研究航空燃油的同時發明了第二代的改進型黑匣子。新版黑匣子的工作原理類似於普通磁帶機，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。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數，並同時出現了座艙音頻記錄器。
（圖片來源：澎湃新聞）
第三代黑匣子
第三代黑匣子出現於上世紀90年代。隨著微電子技術的突飛猛進，黑匣子開始采用半導體存儲器記錄數據。第三代黑匣子記錄參數一般在幾百個，功能已從飛行事故調查，逐漸延伸到日常飛行員監控、飛機故障診斷與維護。
（圖片來源：澎湃新聞）
現代黑匣子
新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數數量也多達幾千個，並且能夠通過衛星等數據鏈定期傳輸黑匣子的關鍵數據。但由於通訊帶寬和信號盲點以及氣象環境等影響，數據實時傳輸方式無法完全取代傳統黑匣子的作用。此外，新型拋放式黑匣子也已經出現，它能夠在飛機墜毀時自動與機體分離，並具備水上漂浮和無線電、衛星定位功能。
（圖片來源：人民網）
隨著人們對航空飛行應用需求的不斷提升，不管是軍用飛機還是民航飛機，黑匣子這個裝置的更新換代也非常頻繁。短短的60餘年時間中已經更新了四、五代的黑匣子。早期的黑匣子只能記錄5個參數，誤差很大，現在的黑匣子可以記錄2小時的CVR聲音和25小時的FDR飛行數據，已經顯著的提升了空難和事故分析的精准度。
另外，美國運輸安全委員會還推薦在飛機上安裝第三個黑匣子：除了記錄飛行參數和駕駛艙聲音外，通過一個攝像頭，把駕駛艙內的實時畫面記錄下來，以便更好地分析事故原因。
當然，黑匣子的發展仍然在繼續中，而且黑匣子也接受了新的任務。黑匣子現在很多技術的應用還是延續上個世紀的理念，比如脫離飛機進入水中之後發射超聲波脈沖信號，而且信號電池的壽命非常短。今年的馬航MH370航班和2009年法國航空的兩次空難，讓我們發現了黑匣子在尋找方面的不足，尤其是空難之後黑匣子調入海中，搜尋更是困難，搜尋黑匣子這部分信息我們後面給大家進行詳細的講解。所以現在呼聲最高的是讓黑匣子加入「雲」端，讓數據能夠實時傳輸出來，這樣對於今後的空難和事故的分析會更加簡單，也不需要再為了尋找黑匣子而煩惱。
雖然設想是很好的，但是目前實施「雲」匣子這個概念仍然有非常大的阻礙。在技術層面上，現在絕對能夠實現黑匣子數據傳輸到「雲」端，不過還要擔心的問題是將通話上傳之後，會不會泄露個人隱私。另外，現在全球每天有9.3萬架次航班在飛行，這麼多數據的上傳和存儲，成本太高了。
黑匣子不是黑色的，為啥叫黑匣子？
黑匣子其實是飛機專用的電子記錄設備之一。一般黑匣子會有兩個，一個是駕駛艙話音記錄器，另一個是飛行數據記錄器。飛機各機械部位和電子儀器儀表都裝有傳感器與黑匣子連接，所以黑匣子可以記錄各種儀器的數據。
雖然我們管這個飛行參數記錄器稱之為黑匣子，但是其表面並不是黑色，大部分都是紅色、橙色等等非常鮮豔的顏色，有些黑匣子外殼會貼有反光條，並寫有「FLIGHT RECORDER，DO NOT OPEN（飛行記錄器，請勿開啟）」。這是為了一旦發生空難墜機，大家能夠通過鮮豔的外表顏色快速找到黑匣子。
（圖片來源：人民網）
黑匣子的安裝位置
黑匣子通常安裝在機尾，具體位置是在最後垂直尾翼的下方。
垂直尾翼這邊有個輔助動力單元，黑匣子就安放在旁邊。因為科學家通過對多起飛行事故分析，發現飛機的機尾部分不容易損壞，而且這邊除了電纜很少有繁瑣的儀器，所以黑匣子會安裝在這裏。一旦出現事故，黑匣子可以更高程度的保存下來，取出數據進行事故分析。
（圖片來源：人民網）
想砸爛黑匣子容易嗎？
黑匣子，遠比它看上去堅固的多。早期的黑匣子並沒有那麼堅固，如果遇到空難很有可能會連同黑匣子一起破壞。隨著黑匣子的不斷發展，國際所制定的制造黑匣子標准也越來越嚴格，所以黑匣子的堅固性也在不斷的提升。那麼如果想要砸爛或者破壞黑匣子容易嗎？
黑匣子的火燒測試
（圖片來源：中關村在線）
上個世紀50年代末，按照美國聯邦航空局當時頒布的第一個黑匣子標准TSO-C51，其外部的材質為鈦鋼金屬，長50厘米、寬20厘米、高15厘米。為了能在強力撞擊下保存下來，飛行記錄器必須通過防火防震的考驗，根據美國民航局的規定，必須能忍受在1090℃的火焰中燃燒30分鐘，並能承受3米重達230公斤之鐵塊擊中，相當於100G重力之撞擊達11秒，而美國聯邦航空局的規定為100G重力之撞擊達15秒，由於地球表面大部分是由水所覆蓋，因此也必須能承受2萬英尺的水壓。
黑匣子的靜態擠壓測試
（圖片來源：中關村在線）
雖然如此多重的保護，但仍然有些黑匣子在空難中損壞，所以國際航空機構又規定了更加嚴格的標准，而且記錄介質也從磁帶式改進成為能承受更大沖擊的靜態存儲記錄儀，類似於電腦裏的存儲芯片。1966年黑匣子標准更新為TSO-C51a，將抗強沖擊指標提高到1000G重力，並增加了抗穿透、靜態擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。
黑匣子的動態沖擊測試
現在，根據歐洲的標准，黑匣子必須能夠抵受2.25噸的撞擊力，在1100℃高溫下10小時仍不會受損。黑匣子通常是用鐵金屬和一些高性能的耐熱材料做成，具有極強的抗火、耐壓、耐沖擊振動、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁幹擾等能力，即便飛機已完全損壞黑匣子裏的記錄數據也能完好保存。
（圖片來源：中關村在線）
所以現在飛機上的黑匣子，即便是發生非常嚴重的空難，也能夠保證黑匣子完整的保存下來，並且可以讓研究人員讀取其中的數據和錄音，分析具體的空難原因，好引以為戒。所以說想要砸爛黑匣子，除非你是漫威漫畫的正義聯盟組織中的成員，比如你是超人。
黑匣子怎麼找回？
如果不幸發生，飛機墜毀了，這時肯定是需要分析飛機失事的具體原因，就需要找到黑匣子，然後解讀裏面的數據和錄音。
但是怎麼才能找到黑匣子呢？
黑匣子在陸地上：相對找回困難較小
一旦飛機遭遇空難，空難的地點在陸地上，搜救隊可以根據飛機墜落的具體位置搜尋黑匣子。由於黑匣子不能夠發送無線電信號，所以在陸地上的找回工作主要是靠搜救隊人力搜索。黑匣子的外表色彩比較鮮豔，搜救隊可以根據這個特征在搜索黑匣子，這就是陸地上找回黑匣子的唯一方法了。
在陸地搜索黑匣子，有的時候墜機的地點在山區中，因為交通和人員進入比較麻煩，需要啟用搜索直升機等等機械單位的幫助，所以找回的工作會比較困難。
黑匣子在水中（主要是海裏）：找回工作十分困難
最複雜的，就是飛機空難在水中發生，這對於找回黑匣子來說，是非常困難的事情。當然，水中發生的空難大部分情況下都是在海裏。海水看似很平靜，但是海平面以下會有很多的暗流和洋流，也就是海水其實也是不斷運動的。當飛機發生空難之後，黑匣子外部加裝的水下信標只要一碰到水，水會使其線路發生短路，蜂鳴器將會發出37.5kHz頻率的超聲波脈沖，可以自動持續30天。這種響聲即使是在水下，距它8公裏的地方也清晰可辨。30天後電池耗盡，信號也就跟著消失了。
（圖片來源：中關村在線）
但是由於海洋深不見底，很多地方的地勢高低不定，很有可能會落入非常深的海溝中，或者被海水中的洋流和暗流沖到其它地方，這樣就會加大搜索黑匣子的難度，所以至今馬航MH370航班的黑匣子還未找到。還有，馬航MH370的墜落地點不定，在海中只能夠使用聲納系統、探測儀、並且在一定區域內進行探測，搜索完一個區域再換下一個區域，工作量太大了。
當然，還有另一種可能性，就是飛機在墜地之前發生嚴重的爆炸，造成黑匣子損壞，這樣就沒有可能再找回黑匣子了。
總而言之，調查墜機原因是一個長期而複雜的過程，在此之前只有保持等待，不猜測不信謠不傳謠才是最好的做法。
（資料來源：中國新聞社，新華社，人民網，澎湃新聞，科普中國等）
