[科普中国]-航行记录仪

历史概况

“黑匣子”是一位墨尔本工程师在1958年发明的。1908年，美国发生了第一起军用飞机事故。此后，随着飞行事故不断发生，需要有一种追忆事故发生过程原因的仪器。二战期间，飞行记录装备仪器在军用飞机上应用，后来又用到民航飞机上。飞行记录仪之所以被称为“黑匣子”可追溯到1954年，当时飞机内所有的电子仪器都是放置在大小、形状都统一的黑色方盒里。

由于现代电子技术飞速发展，对于飞机而言，人们开始主张直接通过向地面无线传输数据信号并记录，而不再使用飞行记录仪，因此今后黑匣子的名字将回到地面。例如汽车数据黑匣子。1987年，挪威上空一架军用飞机发生爆炸，飞机坠毁，飞行员身亡。挪威当局赶到出事现场，从飞机残骸和飞行员的尸体中，辨认出这是一架前苏联的军用侦察机。挪威向前苏联提出抗议，前苏联矢口否认。后来，挪威找到了飞机上的黑匣子，从黑匣子记录的数据进行分析，揭露了真相。前苏联在铁的证据面前只好认错。

飞机上飞行数据记录系统（FDRS，Flight Data Recorder System）和座舱音频记录系统（CVR，Cockpit Voice Recorder）简称为“飞参”，主要是由采集器和记录器组成。“黑匣子”是飞参记录器的俗称。一般民航客机上会同时安装一个记录数据、一个记录语音的两个黑匣子。

黑匣子的外表不是黑色的，而是醒目的橙色，表面还贴有方便夜间搜寻的反光标识。因为飞参记录器记录的数据必须通过专用的下载设备和回放软件才能解读和分析，加上事故的记录器存储的数据非常关键和神秘，再加上在一些事故中记录器经过火烧后变成了黑色，所以人们将飞参记录器称为“黑匣子”。

黑匣子作为一种事关飞行安全的重要航空电子设备，具有抗强冲击、抗穿透、抗高温火烧、抗深海压力、耐海水浸泡、耐腐蚀性液体浸泡等特种防护能力，能在各种飞机事故中保存其内部存储的信息。

飞机通电后，黑匣子将自动启动工作，记录飞机相关系统运行和状态信息、飞行人员操作信息以及机上相关音视频信息，不受人员控制。根据民航要求，黑匣子的数据信息是实时采集于飞机传感器和相关系统，必须保留断电前至少25小时的飞行数据和2小时的音频数据，记录的数据不可更改。

一般来说,飞行数据黑匣子安装在飞机尾部，使飞机坠毁时对其的破坏降到最低；座舱音频黑匣子安装在飞机前部，有利于语音信号的采集和记录。黑匣子连接飞机应急供电电源，确保能工作到最后时刻。

作为飞机数据客观、真实、全面的记录者，黑匣子是飞机失事后查明事故原因的最可靠、最科学、最有效的手段。伴随着航空事业的发展，黑匣子在飞机日常安全维护、飞行状态监测、消除事故隐患以及故障定位方面也发挥着越来越重要的作用，甚至可以说充当着飞行过程中不可或缺的角色。

最早利用黑匣子的是军用飞机。1908年，美国发生了第一起军用飞机事故。以后，随着飞行事故增加，迫切需要有一种研究事故原因的仪器。二战时，飞行记录仪正式在军用飞机上使用。战后，开始用到民航飞机上。早期的记录方式比较落后，用的是机械记录的方法，记录在照相纸上。磁记录方式发明后，才变得方便可靠了。1

外形航行记录仪（黑匣子）外壳坚实，为长方体，约等于四、五块砖头垒在一起一般大，是一台收发信机。在飞机飞行过程中，它能将机内传感器所收集到的各种信息及时接收下来，并自动转换成相应的数字信号连续进行记录；当飞机失事时，依靠黑匣子的紧急定位发射机自动向四面八方发射出特定频率（例如37．5千赫），类似心跳般有规律的无线电信号，“宣告”自己所处的方位，以便搜寻者溯波寻找。

黑匣子实际上被漆成明亮的桔红色。这种明亮显眼的颜色，以及记录仪外部的反射条件，都使得事故调查员们可以在飞机失事后很快的找到记录仪，特别是当飞机坠落在水上时。1

发展类型黑匣子伴随着飞行安全的迫切需求以及飞机制造水平的不断进步而快速发展，一般行业内比较认同将黑匣子从诞生到眼下发展分为四代：

第一代黑匣子：诞生于上世纪50年代初，是在飞机设计试飞记录设备的基础上改进而来的，其工作原理为通过在金属箔带上用针留下划痕来反映数据变化曲线，仅能记录航向、高度、空速、垂直过载和时间等5个飞行参数。

第二代黑匣子：出现于上世纪50年代末，其工作原理类似于普通磁带机，但在磁带机外面加装了具有抗冲击、耐火烧等能力的保护外壳，按照美国联邦航空局当时颁布的第一个黑匣子标准TSO-C51，要求黑匣子能够承受100g（重力加速度）、持续11ms的冲击，以及1100℃、30分钟的火烧。1966年标准更新为TSO-C51a，将抗强冲击指标提高到1000g，并增加了抗穿透、静态挤压、耐海水浸泡、耐腐蚀液体浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以记录几十个参数，并同时出现了座舱音频记录器。

第三代黑匣子：出现于上世纪90年代。随着微电子技术的突飞猛进，黑匣子开始采用半导体存储器记录数据，随着对飞机坠毁时黑匣子破坏情况的不断深入认识，黑匣子的抗坠毁能力标准更新为TSO-C124，抗强冲击指标提高到3400g，1100℃高温火烧时间提高到60分钟，耐海水浸泡时间由36小时增加到30天，增加了耐6000米深海压力要求。1996年，美国联邦航空局发布了TSO-C124a标准，增加了抗260℃、10小时的火烧要求。第三代黑匣子记录参数一般在几百个，功能已从飞行事故调查，逐渐延伸到日常飞行员监控、飞机故障诊断与维护。

新一代黑匣子可以记录视频信息，记录的参数数量也多达几千个，并且能够通过卫星等数据链定期传输黑匣子的关键数据。但由于通讯带宽和信号盲点以及气象环境等影响，数据实时传输方式无法完全取代传统黑匣子的作用。此外，新型抛放式黑匣子也已经出现，它能够在飞机坠毁时自动与机体分离，并具备水上漂浮和无线电、卫星定位功能。

随着科技的迅速发展，黑匣子也在不断更新换代。20世纪60年代问世的黑匣子（FDR）只能记录5个参数，误差较大。70年代开始使用数字记录磁带，能记下100多种参数，保存最后25小时的飞行数据。90年代后出现了集成电路存贮器，像电脑中的内存条那样，可记录2小时的CVR声音和25小时的FDR飞行数据，大大提高了空难分析的准确度2

功能应用按照黑匣子的用途，它被形象地称为“法官”、“教官”和“医生”。所谓法官，是基于飞行事故调查的用途，事故发生后通过找回黑匣子，对数据译码分析，可以判定事故真正原因，避免同类事故再次发生；所谓教官，是指在飞行员监控方面的功能，通过日常分析黑匣子的数据，纠正飞行员不良驾驶习惯，预防事故发生；所谓医生，则是在飞机故障诊断与维护方面的作用，通过对黑匣子数据进行日常分析，监控、预测飞机主要部件的健康状态，排查故障隐患，防止故障发展为事故。

为了事故调查时获取客观、全面的信息，黑匣子记录数据的种类和数量不断增加。数据种类从最初的飞行、音频数据，拓展到了视频和数据链数据；参数数量从最初的五个逐步发展到几百个甚至上千个。飞行数据一般包括飞机和发动机运行状态、飞行员操纵情况、飞机外部信息等；音频数据一般包括正、副驾驶员的通话、飞机与地面的通话、机组之间的通话以及驾驶舱环境声音等；视频数据一般包括驾驶舱仪表显示、飞行员动作、飞机前方视景、起落架收放状态等。通过专用数据回放软件，可用黑匣子数据直观真实地再现飞机飞行过程，自动分析飞机可能存在的故障隐患和人员操作异常，预防故障或事故发生，极大地提高了航空飞行安全水平。3