飛機黑匣子的發明史,具有上百種功能,錄音只是一種

2020-09-03 科學學科學

話要從一起飛機事故說起,「考麥爾號」是英國德·哈維蘭德航空公司首次研製成功的噴氣式商用客機,在1949年7月27日這天,「考麥爾1號」首航成功。這架噴氣式飛機具有抗壓機身,還有4座被稱為「魔鬼」的大功率渦輪噴氣發動機,不僅動力強大,整體造型也非常漂亮,寬敞的座艙和寬大的窗戶更使人感到前所未有的舒適,無論業內還是業外人士,對它成功投入市場都抱有很大的期望。然而,隨後所發生的事卻令人大出意外。

首航後僅僅一年,考麥爾號就出現了問題,一連3架飛機在飛行途中機身攔腰折斷,連續發生的慘烈空難使世人震驚,媒體一片譁然。事後的事故分析發現,機身折斷是「金屬疲勞」所致。顯然造成金屬疲勞是因為飛機在飛行中曾發生過不正常的強烈振動。可是,這種振動究竟是什麼原因引發的?事故發生時,究竟出了什麼事?人們無從知曉。連續的事故使德·哈維蘭德公司陷入滅頂之災,只好被迫宣布「考麥爾號」暫時退出市場。

考麥爾號的接連事故使墨爾本航空研究實驗室的澳大利亞工程師大衛·瓦倫動起了腦筋。1934年,在瓦倫9歲時,他的父親死於一場空難。世界首臺商用噴氣客機接連出現空難,對他的觸動很大,他想發明一種儀器,能把飛行員講話的聲音和飛機各部件出現的不正常聲音記錄下來,以提供給後人做出事故分析,儘可能減少或避免類似事故發生。經過反覆試驗,他研製出了一臺利用磁信號記錄聲音和數據的滾筒型裝置。1953年3月1日這天,瓦倫把這臺儀器展示了出來,但這項發明並不被看好。在當時,這臺磁記錄儀不受歡迎也可以理解。

與一般的錄音機不同,它在飛機飛行期間要不停地工作,還必須把來自飛機各部件的聲音轉換成磁信號記錄下來。無論把它放置在飛機的什麼位置,都必須用纜線把它與飛機的各個部件和機構連接起來,這將牽動飛機整體結構與線路安裝,為這臺小機器,飛機要動大手術,這是飛機製造方極不願接受的事。澳大利亞航空公司以「有可能洩露隱私」為由拒絕了這項發明,但是飽嘗苦頭的英國人卻接受了它,並為瓦倫提供了一筆研究資金。圖是2010年瓦倫85歲時與他所發明的磁記錄儀一起拍攝的照片。

瓦倫的發明很快就顯示出了它的威力。1978年,它為美國第一起軍事空難找到了事故發生的原因;1987年,蘇聯偵察機在巴倫支海挪威上空爆炸,這場事故引起了國際糾紛,它又為這起事故破解了真相;1960年,在一起無從查清原因的事故之後,澳大利亞終於接受了這臺裝置。瓦倫發明的這臺裝置又被人們叫做「黑匣子」,實際上,它的學名是「飛行記錄器」,縮寫名是FDR。一般的飛機上安置有兩個黑匣子,一個專門記錄駕駛艙的聲音,放在駕駛員的座椅下;另一個放在機尾,專門記錄飛行數據,飛機各部分的機械裝置與電子器件都通過傳感器與它相連。隨著電子技術的發展,黑匣子由最初的磁信號記錄改進為電子信號記錄,記錄設備也由原來的機械轉筒式轉變為固態存儲晶片堆式,使記錄儀的體積隨之變小,也減少了平時的維護工作,增加了抗震性能,更增加了信息的存儲量。

駕駛艙內的黑匣子可以記錄駕駛員、機長或空乘人員的講話,駕駛艙內任何異常的聲音,包括威脅、爆炸等也都能被如實地記錄下來。機尾的黑匣子能儲存的數據就更多,包括飛行速度、加速度、海拔高度、經緯度、飛機航向、飛行軌跡、飛行姿態、起落狀態、外部氣溫、機艙溫度、格林威治時間、儲油量、機艙內外壓力、發動機的工作狀態等100多個數據。可以說,無論飛機在起飛、爬升、巡航、下降、進場、著陸等任何環節,都逃不過黑匣子的「耳朵」。

黑匣子的顏色不一定是黑的,為了易於辨認,它的外表常塗成橘紅色。為了保證事故發生後黑匣子能安全地發揮作用,它必須具有抗震、抗壓、耐衝擊、耐熱、耐凍、抗磁、抗幹擾,不怕海水或煤油的浸泡等性能。此外,黑匣子還必須自備電池,一旦事故發生,它不但能記錄事故發生前30分鐘的有關信息,還可以自動地持續30天向外發出信號,召喚前來搜救的人員。黑匣子發出的超聲呼叫信號頻率是37.5千赫,這是國際上對黑匣子規定的專用頻率。

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