Черный ящик в самолете

История появления бортового самописца

С увеличением числа самолетов в период бурного развития гражданской авиации стало происходить больше крушений. Чтобы выявить причины аварий и усовершенствовать новые модели самолетов, в 1939 году французские конструкторы разработали аппарат, представляющий собой светолучевой осциллограф, который фиксировал изменения параметров на пленку за счет отклонения световых лучей.

Осциллограф был защищен черным прямоугольным корпусом, благодаря которому и появилось сохранившееся до сегодняшнего дня название. Первые приборы выглядели именно так, как представляют себе черные ящики люди, далекие от авиации – поэтому их и стали так называть.

Первые черные ящики были оснащены самописцами с бумажной лентой, которая подавалась за счет работы часового механизма. Со временем им на смену пришли фотоосциллографы, а через несколько лет их заменили магнитофоны и магнитные ленты.

Что находится в черном ящике самолета?

Сегодня запись показателей и переговоров ведется при помощи микросхем. Электронные платы устройства зафиксированы на специальных амортизаторах для дополнительной защиты. Сама плата схожа по свойствам и характеристикам с привычным флеш-накопителем.

Для облегчения поиска под водой черные ящики оснащают ультразвуковыми маяками. Если самолет упал в горах, для поиска самописцев применяют радиомаяки, предустановленные в них. Работу маяков обеспечивают встроенные аккумуляторы, которые активируются после удара.

Чтобы обеспечить сохранность черного ящика во время катастрофы, он сделан из защитного корпуса, который производят из титана или стали повышенной прочности. Кроме удара, по силе сравнимого со взрывом артиллерийского снаряда, черный ящик должен выдержать получасовое нахождение в огне и нахождение в воде на глубине до 6 км в течение месяца.

Сколько черных ящиков в самолете?

Выпускают две разновидности самописцев:

• эксплуатационные
• аварийные

Первый тип делают для контроля действий экипажа наземными специалистами, поэтому для удобства их устанавливают в кабине пилотов. Корпуса таких приборов не из титана, так что при аварии они часто повреждаются.

Аварийный самописец имеет более надежную защиту, которая обеспечивает его сохранности при аварии. Именно он становится источником информации для выявления причин крушения самолета. Соответственно, внутри каждого воздушного судна есть как минимум два бортовых самописца.

Как расшифровывается черный ящик в самолете?

Информацию, записанную на магнитной ленте (устаревшие версии черных ящиков, которые пока еще эксплуатируются на некоторых моделях самолетов) или флешке расшифровывают при помощи специального программного обеспечения на компьютере.

С учетом полученных данных специалисты моделируют развитие событий на тренажере или в виртуальной программе. Есть и еще один способ моделирования поведения самолета – при помощи двухмерных графиков.

Расшифровка требуется лишь в случае повреждения магнитной ленты в результате аварии. Есть два способа:

• Для получения данных эксперты восстанавливают информацию посредством нанесения на ленту капельно-коллоидного раствора ферромагнитного порошка, который со временем проседает и выдает графическое изображение магнитной записи.
• Расшифровать данные на ленте можно и при помощи магнитооптической визуализации, если пленка сохранила достаточный уровень намагниченности.

Итак, теперь вы знаете, что представляет из себя бортовой самописец. За появление новейших безопасных авиалайнеров мы должны благодарны не только инженерам-конструкторам, но и черным ящикам, которые помогли выявить недоработки предыдущих моделей и снизить частотность авиакатастроф.

Как выглядит черный ящик самолета?

Действительно, «черный ящик» окрашен в ярко оранжевый цвет. Это в какой-то степени облегчает задачу по его поиску среди обломков самолета. Внутри ящика находится электронная начинка, а так же модуль памяти – который и является главным элементом (он хранит в себе всю информацию).

Около 10 лет назад, модуль памяти был громоздким. Причиной тому — особенности записи данных. В то время запись производили на перфоленты, магнитную пленку и даже на специальную магнитную проволоку. Оптимальной формой корпуса для таких записей являлся цилиндр. 
В наши дни, принцип записи идентичен принципу работы самой обыкновенной флешки. На смену цилиндрической форме пришел параллелепипед. Представьте флешку, хранящуюся не в кармане брюк, а в бронированном ящике, и все станет понятно. 

Ну, раз это флешка, разумеется, ее можно подключить к компьютеру. Давайте посмотрим, что там записано. А записан на ней один из тысячи полетов (вы ведь поняли, что записывают абсолютно все полеты?). Ну, так вот, на экране компьютера в специальной программе выводятся различные графики. Самый верхний – это высота, чуть ниже – график параметров работы двигателей, еще ниже – запись разговора пилотов, и много чего еще.

Так как ящик, который мы рассматриваем, не был в авиакатастрофе, то компьютер без особого труда считал всю информацию. Но что будет, если этот ящик хорошенько «тряхануть»? 
Нет, разбивать самолет ради эксперимента мы не будем, но испытание на прочность все, же устроим. 

В этом эксперименте нам будет помогать Валерий. Он мастер спорта по классическому ралли времен СССР. Мы прицепим ящик с помощи троса к автомобилю Валерия, а он постарается хорошенько разогнаться и выполнить маневр, при котором ящик со всей силы ударится о металлический ковш снегоуборочной машины. Поехали!

Черный ящик самолета фото

Автомобиль разгоняется до 100 км\час, и «летит» прямо на снегоуборочную машину. Уверенный поворот руля вправо, а затем влево, и наш ящик ударяется о металлическую преграду, и отлетает от нее на пару метров. Удар был настолько сильный, что на металлическом ковше осталась вмятина! Визуально ящик не пострадал, если не учитывать потертости. Теперь снова попробуем подключить самописец к компьютеру. И что мы видим? Никаких изменений, все работает, как и прежде! Все данные сохранились, даже после такого жесткого испытания. 

Эксперимент продолжается. На этот раз мы отправимся на крышу дома, высота которого порядка 100 метров, и сбросим ящик вниз. Недолгий полет, и вот ящик слегка отскакивает от твердого асфальта. На удивление крепкий прибор! После столкновения, на асфальте осталась ямка, а у самописца лишь слегка погнулся шлейф для соединения с компьютером. Теперь считывать данные будет сложнее. К простому компьютеру этот ящик уже не подключить, и его направляют к специалистам. Для мастеров своего дела испорченный шлейф – типичная ситуация. Автоматизированный станок извлекает из самописца карты памяти, которые вручную вставляют в считывающее устройство. 

А теперь представьте, что случается с черным ящиком во время катастрофы. Одна из колоссальных разрушительных сил – это огонь и высокая температура. И вот тогда ящик меняет свой оранжевый цвет на черный. По международным нормам, бортовой самописец должен выдерживать открытое пламя и температуру в 1000 градусов не менее часа. За счет чего можно добиться такой огнестойкости? Весь секрет в порошке, которым заполнено все пространство самописца. 

Для наглядности, проведем еще один эксперимент. Возьмем обыкновенное куриное яйцо, поместим его в контейнер, и заполним все пространство тем же порошком, что находится в черном ящике. Теперь отправляем контейнер в печь на открытый огонь. Температура 1100 градусов (кстати, это температура горения авиационного керосина). Через 20 минут достаем наш контейнер. И что вы думаете, стало с яйцом? Ничего! Оно осталось сырым. 

Главный принцип черного ящика – «Любой ценой сохранить записанные данные!». Если случилась катастрофа, специалисты с помощью этих данных восстановят каждый момент полета. Таким образом, будет ясно, что стало причиной сбоя работы авиа судна, а так же выяснят, правильно ли действовал экипаж в данной ситуации. В любом случае, будут сделаны выводы, которые помогут в будущем избежать подобных катастроф, и сохранят тысячи жизни.

Поиск и извлечение данных

Airbus и BEA (British European Airways) тестируют систему, которая помещает записи данных внутри панели во внешней обшивке самолета. Эта панель отсоединится перед самой посадкой на воду и активирует радиомаяк. Это позволит как сохранить информацию, так и сообщить поисковым командам, где именно упал самолет.

В начале месяца был показан регистратор SRVIVR25. На самом деле это семейство рекордеров, с пятью различными моделями, которые могут быть адаптированы под различные типы самолетов. Некоторые из них используют подводные маяки-локаторы, самые продвинутые версии которых рассчитаны на 90-дневную автономную работу.

Но лучшим решением может быть использование обоих видов систем. В конце концов, избыточность – это один из способов, при помощи которого инженеры обеспечивают работу во время чрезвычайной ситуации.

Но есть еще одна проблема

Стоимость и вес являются серьезным препятствием для авиакомпаний и промышленности, где топливная эффективность имеет крайне важное значение. Также не каждое решение подходит для всех компаний

Например, компания с несколькими надводными маршрутами не захотела бы инвестировать в плавучий черный ящик. Поэтому поиски вариаций нового поколения черных ящиков продолжаются.

Есть ли альтернативы?

По-прежнему падают. Логично предположить, что «черные ящики» до сих пор не являются самыми надежными в мире устройствами, способными нарушить печальную статистику авиакатастроф. Есть ли альтернативы им?

На данный момент альтернативы «черным ящикам» не существует, но постоянно ведутся разработки по усовершенствованию самописцев. В ближайшее время планируется передавать все данные бортовых самописцев в режиме реального времени либо на спутник, либо службам на авиабазах.

В интервью журналу Newyorker Стив Абду, капитан Boeing 777 и партнер авиационной консалтинговой фирмы так прокомментировал перспективы таких изменений: «Отправка данных «черного ящика» в реальном времени потребует дорогостоящую спутниковую связь, но можно отправлять её с четырех-пяти минутными интервалами. Тогда это снизит цену и повысит рентабельность применения технологии». С каждым днем количество спутников на орбите Земли увеличивается, поэтому сохранение данных полета на «удаленном» устройстве представляется наиболее вероятной альтернативой долгим поискам и кропотливой расшифровке данных.

Вот вам загадка: Он оранжевого цвета, а его называют «черным». Когда его видят, то говорят что это «ящик», однако на самом деле форма у него круглая. Что же это? «Черный ящик…» — делает неуверенное умозаключение кто-то из читателей. И ведь он прав! А откуда все эти парадоксы с цветом и формой? Надо разобраться…

Черный ящик самолета

Черный ящик в более узких кругах называют «бортовой самописец». Все верно, название тесно связано с авиапромышленностью. Абсолютно все воздушные судна имеют на своем борту этот самописец. Функция черного ящика – записывать всевозможные данные во время полета. В первую очередь – это полетные данные, которые считываются с приборов. Так же записываются и разговоры пилотов. Черный ящик в современном самолете способен фиксировать около 500 различных параметров. Если случается катастрофа, то благодаря всем этим данным, удается восстановить картину полета, и выявить причины нарушения работы судна.

Звукозаписывающее устройство

Презентация

Phonic (английские регистраторы TRC Cockpit Voice Recorder ) используются для записи радиосвязи, голоса из кабины и окружающего шума в кабине (двигатель, сигналы тревоги, дождь, шторм, ударная кабина …). Полученные таким образом данные записываются на четыре дорожки магнитной ленты.

На CVR Fairchild типа A-100, особенно на Concorde , они распределены следующим образом:

• радиосвязь на путях 1 и 4;
• связь с бортпроводниками на ВПП 1;
• связь с наземным инженером на ВПП 1, 2 и 4;
• фоновый микрофон на дорожке 3.

Из записанных данных следователям удается получить большой объем информации. Помимо голосов пилотов, они могут распознавать различные звуковые сигналы тревоги, шумы переключения или даже изменения скорости двигателя.

Характеристики

• Время записи: от 30 до 120 минут (для рекордеров со статической памятью)
• Количество каналов: 4
• Стойкость к удару: 3400  г в течение 7 миллисекунд
• Огнестойкость при высоких температурах: 1100  ° C в течение одного часа
• Огнестойкость: 260  ° C в течение десяти часов.
• Устойчивость к давлению воды: погружение до 5000 метров
• Срок службы батареи: 6 лет
• Срок выдачи подводного маяка: 30 дней.
• Срок хранения данных: длительный (хранение на магнитной ленте (устарело) или на карте флэш-памяти )

После крушения рейса 370 Malaysia Airlines

В Соединенных Штатах 12 марта 2014 г.В ответ на исчезновение рейса 370 Malaysia Airlines (соединяющего Куала-Лумпур с Пекином) конгрессмен США Дэвид Прайс вновь вводит Закон о безопасности в Палату представителей .

Исчезновение MH370 действительно демонстрирует ограничения современной технологии бортовых самописцев как физических средств записывающих систем, помогающих изучать причины авиационных происшествий. Учитывая достижения в современных коммуникационных технологиях, комментаторы призвали к расширению или замене существующих систем системами записи в реальном времени для отправки данных с самолетов на землю. Кроме того, комментаторы потребовали батарейки для радиомаяков, срок службы которых под водой был увеличен с 30 до 90 дней, чтобы дальность действия арендодателя была увеличена и, кроме того, чтобы гражданские самолеты были оснащены развертываемыми регистраторами полета, такими как обычно используется в военной авиации. Еще до происшествия с рейсом MH370, продление срока службы батареи было предложено и спланировано как можно скорее следователями авиакатастрофы с рейсом 447 авиакомпании Air France, которая произошла в 2009 году, из которой только в 2011 году удалось найти бортовой самописец. .

О параметрах записи информации

На самолетах сегодня используют либо самописцы совмещенной конструкции, либо по одному прибору типов FDR и CVR. Первая группа аппаратуры фиксирует параметрические сведения, а вторая – разговоры. Причем современные регистраторы запечатлеют множество параметров, которые используются и для расшифровки, и помогают пилоту управлять лайнером.

Черный ящик фиксирует около 2 000 параметров полета и речевые архивы переговоров, поэтому расшифровка самописца объясняет причины аварии

Что же касается нормативов, применяемых в авиации, необходимым минимумом для самописца становится фиксация 88 характеристик полета и показателей летных систем. Если рассматривать аппаратуру, которая записывает речевые показатели, здесь техника регистрирует происходящее в грузовом отделении и пассажирском секторе, переговоры экипажа, шумы в технических и подсобных блоках.

Отметим, что информация о перелете пишется на старые сведения. Обновление данных на современных системах проходит каждые 2–24 часа. Причем тут использована обязательная привязка по времени, чтобы облегчить задачу людям, которые расшифруют записи. Причем система шифрования тут предельно проста, чтобы получить реальную картину о происходящем на борту быстрее.

Поврежденные самописцы восстанавливают для дальнейшей расшифровки

В ситуациях, когда повреждения при катастрофе велики, содержимое техники удается даже восстановить. Остатки магнитных лент соединяют и обрабатывают в специальном веществе, а системные платы припаивают электронные техники. Правда, подобные случаи требуют большего времени для изучения сведений и высокой квалификации мастеров, которые занимаются реставрацией.

Почему называют черный ящик?

Почему бортовые самописцы называют «черными ящиками»? Версий несколько.

Например, название могло пойти со времен Второй мировой войны, когда на военные самолеты начали устанавливать первые электронные модули: они действительно выглядели как ящики черного цвета. Или, например, первые самописцы еще до войны использовали для записи фотопленку, поэтому не должны были пропускать свет. Нельзя, впрочем, исключать и влияние «Что? Где? Когда?»: черным ящиком в обиходе называется прибор, принцип работы которого (что в черном ящике) не имеет значения, важен лишь получаемый результат. Самописцы на гражданские самолеты стали массово устанавливать с начала 1960-х годов.

Там тоже все довольно просто: современный самописец состоит из флэш-памяти и контроллера, то есть, по сути, может выполнять функции SSD-накопителя. Мало того, множество самолетов до сих пор летают со старыми моделями самописцев, пишущими информацию о полете на пленку или даже проволоку, как на самых первых магнитофонах.

А вот защита всего этого добра гораздо серьезнее. Механизм тщательно укутан в слои теплоизоляции и демпфирующих материалов, а герметичный корпус самописца сделан исключительно из титана и высокопрочных сталей. По международным стандартам современный самописец должен выдерживать 30 минут нахождения в огне, 1 месяц невредимым находиться на глубине до 6 км, а также сохранять данные при перегрузках в 3400 G в течение 6,5 секунды.

Корпус самописца оснащен ультразвуковым маяком, который включается при контакте с водой, что сильно облегчает поиски устройства в случае катастрофы над водой. На земле же достаточно пробраться к месту обычного расположения самописца — он скорее всего находится неподалеку от места падения.

Самописцев на борту несколько, чтобы исключить вероятность потери одного и утраты данных. Кроме того, устройства различаются по типу собираемых данных: самописцы бывают параметрическими и речевыми.

Речевой самописец сохраняет, помимо переговоров экипажа и диспетчеров, также окружающие звуки, а параметрические записывают информацию с различных датчиков: начиная от координат, курса, скоростей и тангажа и заканчивая оборотами каждого из двигателей.

Каждый из параметров записывается несколько раз в секунду, а при быстром изменении частота записи возрастает. Запись ведется циклично, как в автомобильных видеорегистраторах: новые данные затирают наиболее старые. При этом длительность цикла составляет 17–25 часов, то есть ее гарантированно хватит на любой полет.

Как устроен самописец

Теперь рассмотрим устройство черного ящика самолета. Поскольку во время катастроф чёрный ящик испытывает очень большие механические нагрузки, сравнимые с нагрузками на артиллерийский снаряд и равными силе ударного фронта от взрыва атомной бомбы, корпус устройства и его содержимое должно их выдерживать.

Первые стандарты в этой области имели требования по силе механического ускорения (удара) до 1000 g (где g – ускорение земного притяжения), а сейчас требования к прочности прибора повысились до 3000 g и более. Для уменьшения силы удара корпус регистратора имеет вид шара или цилиндра с торцами в виде полусфер. Защитный корпус изготавливается из высокопрочной стали или из титана. Это ответ на вопрос из чего сделан черный ящик в самолете.

Требования современного стандарта включают следующие внешние воздействия. Кроме огромной силы удара, прибор должен выдерживать получасовой пожар и глубину затопления в море до 6 км в течение месяца. Попадание на более глубокие места в Мировом океане маловероятно.

Внутри черный ящик самолета устроен так: электронные платы прибора установлены на дополнительных амортизаторах. Плата собственно регистратора – это практически то же самое, что SSD-накопитель, как в ноутбуке или во внешнем жёстком диске.

Кроме регистрации показаний параметров, приборы оснащаются ультразвуковыми маяками, которые облегчают поиск регистраторов под водой. Для поиска в горах имеются световые и радиомаяки. Все они имеют стандартные частоты для отличия от других источников. Все маяки должны проработать достаточно долго, для этого нужны аккумуляторы. Но они становятся необходимы только после аварии, а летать могут много лет. Чтобы за это время не произошёл саморазряд аккумуляторов, они находятся в нерабочем положении и приводятся в рабочее состояние после удара.

Между катушек можно увидеть тончайшую проволочку — именно на нее пишут речь пилотов «черные ящики» старого образца.

Как выглядит чёрный ящик самолёта?

Мало того, что, как мы выяснили, он не чёрный, так, оказывается, вовсе и не ящик. Обычно бортовые самописцы делают в форме шара, цилиндра или параллелепипеда. Острых углов стараются избегать, для минимизации повреждений при ударе об землю.

Не пропустите: 10 интересных фактов о самолетах и полетах

Как правило, верхний слой делают из стали или титана, толщиной несколько миллиметров. Это позволяет прибору «пережить» кратковременную перегрузку, достигающую 3400G. Другими словами, чёрный ящик способен выдержать удар о любую поверхность с любой высоты.

Следующий слой – термоизоляционный порошок. После падения самолёта часто происходит пожар, могущий уничтожить всё, кроме чёрного ящика. Самописцы способны около часа выдерживать температуру горения авиационного топлива (1100 градусов). Правда, после этого прибор выглядит уже не оранжевым, а действительно чёрным, от копоти.

Внутренний слой исполняет демпфирующую и защитную функцию. Он гасит энергию удара за счёт специальных материалов, а также предохраняет от попадания внутрь электромагнитных волн, способных повредить ценное содержимое.

Какие самописцы устанавливают на борту самолета?

Опыт применения чёрных ящиков привёл к появлению нескольких типов устройств, наиболее полезных в каждом полёте. Они делятся на эксплуатационные и аварийные.

Эксплуатационный регистратор применяется для считывания данных стандартного благополучного полёта. Он записывает около 2000 показателей и помогает анализировать полёт судна: правильность действий экипажа, рабочее состояние приборов и систем, характеристики воздуха за бортом. Так называемый ябедник служит на страже безопасности полётов, помогает вовремя находить неисправности, избегать серьёзных последствий. У этого чёрного ящика нет защиты, поэтому при катастрофе информация с него становится недоступной.

Аварийный регистратор — это тот самый чёрный ящик, который на деле выглядит скорее как оранжевый шар. Он запоминает намного меньше параметров — до 256 (зависит от модели самолёта и модели самого устройства), в этот список входят те данные, которые могут пригодиться в ходе расследования авиакатастрофы. Существует 2 типа аварийых регистраторов:

• параметрический регистратор полетных данных (flight data recorder или FDR). Он сохраняет недавнюю историю полета, собирая все необходимые параметры несколько раз в секунду;
• речевой диктофон кабины (cockpit voice recorder или CVR). Записывает звуки в кабине: помимо разговора пилотов это могут быть иные посторонние шумы, которые могут быть связаны с выходом из строя приборов, неточными действиями пилотов, или даже стать причиной авиакатастрофы;

Один регистратор может одновременно фиксировать и те, и другие данные. Благодаря им в распоряжении комиссии по расследованию катастрофы оказывается полная картина полёта самолета.

Назначение и развитие регистратора

Рассмотрим подробнее эволюцию этой системы и узнаем, как выглядит черный ящик в самолете, какого цвета делают кожух, определим форму механизма. Прототипы самописцев предполагали запись чернилами на бумажном носителе с периодической сменой листов. Регулировку замены бумаги осуществляли при помощи таймера.

Бортовой регистратор, записывающий информацию на магнитную ленту

Позже инженеры разработали аппаратуру, которая фиксировала данные на пленке, что увеличивало надежность сохранности информации. Осциллографы с фотопленкой сменили магнитофоны с записью сведений на проволоку из стали, а затем – на магнитную ленту. Современные аппараты оснащены микросхемами, по аналогии с тривиальным компьютером.

Устройство кожуха

Отдельное внимание конструкторы уделяют параметрам прочности корпуса аппаратуры. Нынешние стандарты предполагают выполнение оболочки, которая защищает тонкий механизм, из устойчивых к ударам материалов, способных выдержать колоссальное давление

Здесь роль играет и форма, и окраска кожуха – ведь яркий оттенок облегчает поиски аппарата.

Бортовые самописцы окрашивают в яркие оттенки красного и оранжевого

Наиболее выигрышная форма, которая не деформируется при механическом воздействии в 3 000 g – пустотелый шар или цилиндр со сферическими торцами. Именно так и выглядят современные самописцы. Что касается цвета, здесь разработчики предпочли окрашивание в ярко-красные или оранжевые тона.

Как видите, параметры корпуса такого прибора поражают сопротивляемостью к внешним механическим воздействиям и негативным явлениям. Подобный скрупулезный подход к конструкции – результат полувековой модернизации аппарата с целью повышения характеристик прочности. Однако столь надежный кожух – оболочка основного механизма, об устройстве которого мы и поговорим ниже.

https://youtube.com/watch?v=cQaF6ZitfKM

Конструкция самописца

Пришло время выяснить, как устроен черный ящик самолета изнутри. Сегодня в авиации используют приборы двух последних поколений: несколько устаревшие магнитофоны с записью на магнитной ленте и современные флеш-накопители. SSD-плата закрепляется на амортизирующем механизме, чтобы избежать повреждения электроники на момент падения или взрыва самолета.

Конструкция современного бортового регистратора

По аналогичной схеме инженеры устанавливают и магнитофонный самописец. Кроме того, внутренности механизма оснащены радиомаяком. Это устройство позволяет уменьшить время на поиск прибора после аварии. Маячки работают от аккумулятора, который запускается лишь на момент удара. До этого времени батареи копят энергию, чтобы аккумулировать ее впоследствии.

Кроме того, техника покажет параметры расхода и остатка топлива, давления воздуха, число оборотов силовых установок, ход штурвала, барометрическую высоту перелета. Само собой, аппаратура фиксирует все переговоры в кабине экипажа. Благодаря столь подробным сведениям авиаэксперты определяют причины аварий с высочайшей точностью – ведь становится ясно, что видел пилот.