黑匣子未来或被卫星导航代替 可用北斗系统 卫星导航, 黑匣子

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马航MH370航班的失踪事件让黑匣子搜寻工作再次成为媒体关注的焦点，但该航班可能的失踪地点大部分位于大洋上，这又给黑匣子的搜寻工作增加了难度，因此设计一种能利用卫星导航系统进行有源定位、可靠性更高的飞行数据记录仪成为下一代黑匣子的发展方向。

黑匣子是飞行事故的第一“见证者”


图为早期的磁带飞行数据记录器。但是磁带式所面临的问题居多，比如磁头、磁带、滚动装置存在磨损导致记录不全的可能性，坠毁或者高温中磁带记录器的固定部分可能会松动。
黑匣子为橙色 可承受超4000米水压
自1957年，前美国联邦航空管理局规定起飞重量在9吨以上的飞行器必须安装经过耐高温高压强化的飞行记录仪，1965年之后，全球航空公司都安装了外表为橙色的飞行记录器，按照欧洲制定的标准，黑匣子在2.25吨撞击力冲击下可以保持完好，并且可抵抗1100摄氏度以上的高温，260摄氏度环境中10个小时内不会损坏，这样可以应对飞行器坠落时的接地速度和爆炸产生的高温环境，制作黑匣子的工艺也在不断提高，比如黑匣子制作工序中需要进行贯穿测试，模拟空难时黑匣子所面对的恶劣环境。如果飞机坠入海中，黑匣子上的水下定位信标会自动激活，最大工作深度可以超过4000米，可以认为黑匣子技术发展至今已经取得了较大的进步，尤其是随着高性能材料的问世，使得黑匣子真正变成“刀枪不入”的“暗箱”。
黑匣子可工作30天 记录25小时数据
作为飞行事故的“见证者”，黑匣子主要有飞行数据记录仪（FDR）和座舱语音记录器（CVR）两个部分，其中座舱语音记录器由记录磁带盒与控制装置组成，控制部分安装在驾驶舱内，其功能是收集客机驾驶舱的语音，并形成电信号传送到记录磁带上，磁带部分位于机尾，当然磁带记录方式应该算是第二代的记录器，保留时间在最后30分钟，包括正副机长、飞行工程师的全部驾驶舱内语音都会被记录下来，主要机型为波音747、DC-10和空中客车A300DENG。而飞行数据记录仪则是自动记录飞行参数的仪器，可通过编码形式记录飞行过程主系统工作情况，比如飞行高度、速度、襟翼和副翼位置、发动机转速等，记录时间在25个小时，4秒刷新一次数据，其同样也安装在客机尾部，盒外有超声波信标，一接触海水就可以发送超声信号，连续工作30天。
固态记录器解决了磁带式诸多问题
但是磁带式所面临的问题居多，比如磁头、磁带、滚动装置存在磨损导致记录不全的可能性，坠毁或者高温中磁带记录器的固定部分可能会松动，这样就导致无法记录，因此第三代的固态记录器解决了大部分的麻烦，把全部的数据存储在半导体装置中，不需要磁带记录保存数据，而且也节省了维护的成本，在这项技术出现后，飞行数据记录仪和座舱语音记录器都改为固态记录式，存储能力更强，达到2个小时以上，三轴向2.2吨压力连续试压5分钟可保持形状不变，最大加速度3400个g，海底工作深度超过6000米。
黑匣子的缺点是可能损坏与打捞难度大



图为安装在飞机尾部的飞行数据记录器。飞行数据记录仪则是自动记录飞行参数的仪器，可通过编码形式记录飞行过程主系统工作情况，比如飞行高度、速度、襟翼和副翼位置、发动机转速等。
大连空难在浅滩寻找黑匣子已困难重重
然而黑匣子的缺点也非常明显，那就是在每次空难发生后都需要去打捞黑匣子，即便是有醒目的橙色和信标发生器，但黑匣子仍然不太好找，尤其是落入深海后打捞难度更大，这一问题在2002年的五·七空难中尤其突出，当时CJ6136麦道82客机在大连海域失事，虽然这里只是一个小海湾，水深在10多米，淤泥在1至2米，而黑匣子的打捞工作并不顺利，到了5月12日，美专家携带黑匣子信标定向仪加入打捞，第二天听到黑匣子的信标信号，这并不是说听到信号就可以知道位置，由于打捞船在风海流的影响下出现位移，用于定向的磁罗盘还存在误差，这些因素都导致近在咫尺的黑匣子却无法精确定位，直到14日才打捞起信标发射器，最后发现黑匣子已经和信标发射器分离，因此还要再次寻找黑匣子，幸好这里的海流环境并不复杂，几米外也发现了座舱语音记录器。
黑匣子信标发射器较易脱离 增加难度
黑匣子虽然有着较高的抗撞击、高温和抗海水侵蚀性能，但是仍然存在许多问题，除了需要人工定位声脉冲频率外，黑匣子信标脱落也是一大难题，如果在客机空中解体后信标与数据记录仪分离，那无疑就增加的寻找的难度，大连湾的水深较浅，允许潜水员使用拉网搜索，甚至可以说是一米一米地找，这与由巴西里约热内卢飞往巴黎戴高乐机场失事的法航447航班黑匣子所处环境相比已经非常理想了，447航班失事地点位于大洋中脊海底山脉两侧，也就是说两边都是海底悬崖，平均水深4000米，接近黑匣子的极限，如果这种情况下信标发射器与数据记录部分分离，很可能只找回信标，而记录数据的部分落入更深的海底。严峻的打捞环境加上监听信标信号、磁罗盘定位都存在较大的误差，因此寻找黑匣子终究不是个办法，需要有替代的方案。
飞机通信寻址报告系统是潜在替代方案



图为ACARS系统的工作原理示意图。
空客A380配备飞机通信寻址报告系统
目前已经有一些方案可用于替代黑匣子，比如使用卫星导航系统与飞参系统连接，可实时监控每架客机的飞行状态，客机的飞行参数会上传给卫星，地面能做到对客机了如指掌，事实上这个提案在2009年法航空难时就已经炒的沸沸扬扬，连空客的首席执行官马斯·恩德斯 都出来声明已经正在研究其他数据收集途径，这就是空客A380目前所使用的ACARS系统，全称为飞机通信寻址报告系统，可将飞机与地面控制中心通过数据链连接起来，并自动发送故障报告，是空客A380安全性的基石之一。
其实ACARS系统很早就有了，只是没有大规模应用，主要构成是一个航电计算机和控制单元，航电计算机的任务就是与地面建立连接，通过甚高频传输飞行参数，实现地空双向数据畅通还需要一个数据链的供应商，这样地面就可以获得来自飞机通信寻址报告系统的下行参数，其中包括飞机位置、目前的飞行状态、发动机转速，甚至是否存在故障都可以了解。同时，航空公司的地勤在获得来自飞机通信寻址报告系统网的飞参后，就可以提前给出诊断建议和方法，这就提高了飞机故障的及时排除效率，目前一些民航客机的地勤需要等飞机降落后到飞机上去获得相关数据，显然ACARS将整个系统的工作效率都提升了。此外，ACARS系统可以对飞行轨迹进行辨别，对于异常的飞行轨迹可以做出警告，使得客机的动态得到更多的[url=]健康[/url]管理。
ACARS系统可获取飞机确切位置信息
ACARS系统的运行主要涉及三大块内容，第一个是机载设备、第二个为通信服务商、第三个就是地面控制系统，机载设备相对而言会简答一些，做飞参传输链路的下传起点，同时连接飞行管理系统、计算机和驾驶舱等；通信服务商主要提供数据链业务，建立飞机与地面之间的消息通道，目前美国航空无线电通信公司和国际航空电讯集团已经提供了相关网络服务，飞机上飞行参数可以借助甚高频或者卫通下传给地面站，并且通过相关网络进一步传递给地勤人员；地面处理系统配置为一些处理能力较强的[url=]服务器[/url]，能对ACARS系统的信息进行在处理，事实上ACARS几种报文中较为关键的就是发动机参数、飞机位置、剩余的油耗等，可以认为客机使用ACARS系统后有助于获取飞机的确切位置信息，使地面对空中航班的动态进行实时跟踪。


图为基于全球定位系统的黑匣子是个潜在替代方案想象图。
ACARS系统系统成熟度不够费用较高
当然ACARS系统并非神乎其神，在平时一些航空公司的应用中也遇到过问题，比如下传位置信息过于频繁，一般情况下10分钟左右下传一次位置信息，故障时几秒钟就有一次，这就会造成地面出现数据堆积，从这一情况可以看出，ACARS系统还存在一些需要改进的地方，这也是没有进行大规模推广的原因之一，而且飞行员对ACARS系统的掌握程度也是其能否发挥作用的重要因素，有些飞行员不喜欢开太多的甚高频，或者会将其频率搞错，如果下行的报文太多，那么通信费用就要增加，而这是一个不小的开支。
GPS与北斗导航可建立黑匣子定位系统
除了ACARS系统外，还可以使用全球定位系统技术来寻找黑匣子，鉴于GPS不具备双向报文通信的特点，因此可以嵌入北斗导航系统，可有效对高亚音速空中飞行目标进行定位捕获，未来动态响应速度接近2倍音速，因此建立在此基础上的黑匣子已经具备了取代传统黑匣子的能力。尤其是当我国正大力发展北斗全球定位系统之时可以推出使用GPS和北斗两种导航定位手段的黑匣子，不仅对国防建设有着积极的意义，同时也可有一定的机会跻身黑匣子供应商的行列。
结语

黑匣子在空难事故调查中扮演着重要作用，但由于搜索、打捞的过程难度较大，有些时候即便找到黑匣子也因为其损坏而失去了使用价值，因此寻找一种成熟、可承受的飞参记录数据系统是未来的发展方向。