作者｜瑪雅藍
編輯｜翻翻
審核｜盧西
來源｜果殼（Guokr42）
每當有空難發生，事故調查組最重要的任務之一就是找到飛機上的“黑匣子”。這個長度半米左右小盒子裏保存着飛機失事前最後的信息，是判斷事故原因最直接的證據。
黑匣子包括兩套儀器：一套是飛行數據記錄器（FDR），能實時記錄飛機的飛行參數，飛機的速度、高度、航向、推力、加速度等重要數據都包含在內，記錄時間範圍是最近的25小時。另一套是駕駛艙通話記錄器（CVR），飛行開始後，儀器上的四條音軌就開始分別記錄飛行員與航空管制員的通話，正、副駕駛員之間的對話，機組員對乘客的廣播，以及駕駛艙內各種聲音（引擎聲、警報聲）。記錄的時間約2小時，錄滿後會自動倒帶從頭錄起。在分秒必爭的事故調查中，尋找黑匣子的過程顯得過於漫長。而且黑匣子並非無堅不摧，可能被爆炸摧毀，被海水泡壞，甚至可能像馬航MH370的黑匣子那樣不知所終。那麼，為什麼不把黑匣子數據實時同步到雲端，方便調查人員快速提取呢？黑匣子數據能不能實時雲同步？比起發明黑匣子的年代，如今的通信技術已經大大發展，飛機上都能連上Wi-Fi了。我們還能從網上看到東航客機最後一段時間的速度和高度數據，這些信息已經實現了實時共享。但是，要讓黑匣子實現所有數據雲同步，沒那麼簡單。黑匣子最主要的任務是保存數據，其他方面的性能很差，無法搭載實現數據同步所需的操作環境。在過去幾十年中，存儲技術有了極大的提升。早先的黑匣子配備的是磁盤，如今大部分飛機都用上了固態飛行數據記錄器（SSFDR）。為了抵抗強大的物理衝擊，黑匣子不能使用一般的硬盤、SD卡這些大容量存儲設備。實際上，黑匣子的數據存儲能力還不到一般筆記本電腦的百分之一，它通常只有1～4G的存儲空間來保管所有的系統文件，無法執行運算等任務。
我們無法簡單地通過加裝硬盤或者SD卡來擴大黑匣子的內存｜Pixabay其次，在硬件方面，黑匣子的重量、尺寸、能耗都有嚴格的限制。黑匣子的設計要求它能夠用有限的電量運作足夠長的時間。黑匣子配備獨立的電源，以確保在飛機發生異常的時候記錄儀器能夠繼續工作；一旦黑匣子落水，這個電源還要維持水下定位信標工作至少30天。這樣一來，黑匣子內部儀器的能耗就要儘可能降低，加裝一個數據發射模塊實在太費電了。最後，同步保存這麼關鍵的數據需要一個非常穩定的網絡環境，但目前飛機上的網絡還做不到。這可能是最重要的一個原因。如果你用過飛機上的Wi-Fi，你會發現它網速慢，連接也不穩定。飛機上的Wi-Fi主要依靠兩種技術接入互聯網，分別是地面的基站網絡和天上的衞星網絡。衞星的位置、地形、天氣狀況等因素都會影響網絡的穩定。然而黑匣子需要確保數據記錄連續、完整，無論飛機上的Wi-Fi，還是無線電、雷達、衞星電話等系統，都無法做到這點。
在配備Wi-Fi的飛機上，乘客可以在巡航階段上網｜Pixabay此外，還有專家在接受媒體採訪時提到，實時同步每一台飛機的海量數據並無必要。當前的民航系統已經能夠實時監控飛機的速度、高度等數據，飛機也能通過衞星電話與地面溝通重要信息；但如果把所有飛機的詳細飛行數據、駕駛艙對話這樣的信息都實時同步，數據量就太大了，對管理也沒有幫助。其實絕大多數的飛行事故都發生在飛機的起飛和降落階段，飛機損毀程度比較輕。在這樣的情況下，找到黑匣子提取數據就很簡單了。哪怕飛機解體，黑匣子都還在雖然名字叫黑匣子，但它實際上是醒目的鮮橙色，並配備了反光條，以便搜救人員發現。為了確保數據安全，航空業對黑匣子的安裝位置、供電模式、防衝擊和耐高温的能力都做了細緻的規定。黑匣子一般安裝在飛機尾部，根據統計數據，這裏是飛機失事後最不容易損壞的部位。它的外層包裹厚重的不鏽鋼鋼板和隔熱層，可以經受高達3400個重力加速度的衝擊、上千攝氏度的高温和6000米水深的壓力，保護數據存儲元件不被損壞。為了落水後更容易被找到，黑匣子還配備了反射條和水下定位信標。水下定位信標可以不斷髮送超聲波，至少持續工作三十天，方便搜救人員在水中定位。但在少數情況下，定位信標會因為空難時的衝擊而脱落。
黑匣子結構示意圖｜Encyclopedia Britannica黑匣子的誕生黑匣子的發明，源自民用航空起步時期一系列慘痛的事故。1949年，英國的一家航空公司推出了全世界第一架噴氣式民航客機，德·哈維蘭“彗星”（De Havilland Comet）。但是接下來，從1952年到1954年，7架“彗星”號先後墜機，導致110人死亡。
第一代德·哈維蘭“彗星”，拍攝於1952年為調查事故原因，英國民用航空局在澳大利亞（當時仍為英國殖民地）組建了一個專家團隊，其中就有28歲的大衞·沃倫（David Warren），一位研究飛機燃料的化學家。在調查過程中，沃倫遇到了一個重大的困難：可用的數據實在太少了。在當時，一些軍用測試飛機上已經裝備了飛行數據記錄儀，但這並沒有被應用到民用航空領域。親歷者的講述也能提供不可替代的重要信息，但空難通常很少有人生還。要想知道機組和乘客們在事故前的最後時刻經歷了什麼，還需要在機艙內安裝一台錄音機。於是，沃倫將飛行數據記錄儀與駕駛艙錄音機結合起來，包上一個牢固的外殼，希望通過這種方式，為空難之後的調查提供寶貴的信息。
大衞·沃倫和第一代黑匣子原型機｜National Museum Australia一開始，沃倫的上級對這個想法不感興趣，沃倫只好用週末在自家車庫裏研發原型機。但隨着時間的推移，黑匣子的價值得到了認可，開始被逐漸投入應用。現代的黑匣子雖然有一些技術升級，但大體上保留了沃倫的設計。有了黑匣子的幫助，航空業才能更好地從每一次事故中吸取教訓，變得越來越安全。但恰好是在一些特別重大的空難中，黑匣子一直無法找到，例如馬航MH370空難。希望技術的發展能帶來黑匣子的進一步改進，讓每一起事故都能找到答案，讓悲劇不再重演。
*參考文獻：
[1]https://www.nma.gov.au/defining-moments/resources/black-box-invented
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[4]https://science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/black-box-data-stored-in-cloud.htm
[5] Wiseman Y. Can flight data recorder memory be stored on the cloud?[J]. Journal of Aviation Technology and Engineering, 2016, 6(1): 3.
[6] 《運輸類飛機適航標準》（CCAR25），中國民用航空局。
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