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东航MU5735一黑匣子找到:数据如何解读?破损还能恢复吗?

据央视网报道,东航MU5735的其中一个黑匣子已经被找到,令人担心的是破损比较严重,暂时还分不清楚是飞行数据记录仪(FDR)还是驾驶舱语音记录仪(CVR),无论是哪个,我们都希望数据能早日恢复

黑匣子怎么会有两个?

黑匣子也就是飞行记录仪(Flight Recorder)的俗称(Black Box),而且颜色也不是黑色,而是橘色,一般黑匣子有两个,一个是飞行数据记录仪(FDR),另一个则是驾驶舱语音记录仪(CVR)。

最早的黑匣子其实只是一个驾驶舱语音记录仪,发明者是澳大利亚国防部的航空研究实验室的化学博士戴维・沃伦(David Warren),他的想法是源自一起可能的劫机事件的猜测,将驾驶舱的语音记录下来。

戴维・沃伦(David Warren)

因此他的目的就是设计一个能防火防水的录音装置,很快雏形被他捣鼓出来了,但却无人问津。1958年的某天,英国航空管理局的秘书长罗伯特・哈丁汉姆爵士(Sir Robert Hardingham)来摆放沃伦,并且对他的发明很感兴趣。

不久后英国民用航空管理当局开始着手让沃伦发明的装置成为民用航班上的必备装置。英国米德尔塞克斯的一家公司第一个拿到生产许可开始生产,1958年第一批黑匣子走下生产流水线,开始装配到民用飞机上。

现代黑匣子

此后全球各国的航空安全要求商用飞机都必须安装这个设备,当然发展到现在,黑匣子也从最初的驾驶舱语音记录扩展到了飞行数据记录,包括各种控制数据等,最关键的是黑匣子也从早期的防水防火发展到了极致,比如NTSB(美国运输安全委员会)网站上的黑匣子要求:

熟悉极端条件的朋友知道这些数据要求都非常变态,比如1100℃/30,撞击加速度3400G,耐水压6000多米等等,这一切都是要求黑匣子在飞机灾难性事故发生后仍然保证可以读取数据调查原因,确认究竟是设计问题还是操作失误又或者是外界天气等因素,以便修改飞行手册或者改进设计等等。

即使能耐如此极端条件,但黑匣子仍然会安装于最不容易毁坏的飞机尾部,一般飞机外侧都会有标注,比如下图:

而且黑匣子落水后还能打开水下声波告警,并且至少能持续30天以上,有的还能达到60天左右,便于水下声呐搜寻。

黑匣子到底记录了什么数据?

黑匣子记录的飞行数据大家都知道,但它记录的究竟是哪些数据,又有什么用呢?下文来做个简单的分析。

飞行数据记录仪(Flight data recorders简称:FDR)

FDR至少要记录88个参数,但大多数现代飞机配备数据记录要更多,比如波音737-800飞机搭载的FDR记录了1500多个飞行参数,而空客380搭载的FDR则记录了2800多个参数。

那么到底是哪些参数呢?

包括重要的飞行参数,包括机舱仪表信息、控制和执行器位置、发动机工作状态、排气温度、燃油流量、飞机速度、高度、控制面位置和下降率等数据!

飞控电脑的工作流程

它们来自飞机关键部位的工作信息,飞行员以及飞行控制系统发出的指令以及各个操作翼面的动作位置等等。

气动翼面的控制位置

这些数据将在黑匣子中滚动记载,一直将保持最后25小时的飞行记录。

驾驶舱语音记录仪(Cockpit voice recorders,简称:CVR)

驾驶舱语音记录的是飞行员和飞行控制中心的对话以及飞行员之间的对话,当然还有飞行员的自言自语以及驾驶舱内的其他杂音,比如爆炸声,电流声以及窗户破裂声等等。采样数据则来自通话回路以及驾驶舱顶部的话筒。

来自飞行员麦克风、副驾驶麦克风、其他机组人员的额外通道和驾驶舱区域麦克风 (CAM)。前 3 个频道记录船员对话和无线电传输。CAM 记录听觉警告和警报,以及驾驶舱的听觉环境。

机舱内的报警声同样很重要,报警声响起后飞行员需要确认究竟是什么报警,选择忽略还是处理,比如发动机故障,仪表和声音会同时告警,那么飞行数据记录仪和驾驶舱语音记录仪会同时记录到,如果是误报那么可能只有一条数据。

这些数据早期都是保存在磁带中,比如南非航空的295号班机于1987年11月28日坠毁在印度洋一年后黑匣子才被寻获,但由于浸泡在海水中时间过久,其塑胶磁带已经开始分解,解读已经非常困难。

现代黑匣子的记录方式已经改为固态记录,更耐冲击,并且数据稳定性也更好,这个不是以GB容量大小计算的,而时只需要稳定耐冲击与数据可恢复程度考虑的,因为它记录的都是纯文本数据,对稳定性要求很高,对容量要求反而不高。

黑匣子破损严重:究竟要如何恢复?

黑匣子记录的数据都以ARINC 717(三代,二代标准是ARINC 573,早期是479)的串列通信标准(飞行记录数据传输标准之一)传输到黑匣子,黑匣子有输入和输出以及电源和GPS信号等数据。

早期的黑匣子结构

一般解读的话就给其加电,然后通过输出接口用同样的协议读出来即可,然后甚至可以用模拟器建模,将飞机最后的状态以三维的模式展现出来将更加直观。但事实上却没有那么完美,因为经过高速撞击后记录仪的数据可能有毁损,只能部分读取甚至无法读取。

如何恢复黑匣子的数据?

黑匣子数据记录原理其实和硬盘差不多,当然黑匣子为了更耐冲击,早期用磁带,现在则用固态的芯片,和各位熟悉的SSD是差不多的,如果外围电路损坏,存储芯片没有损坏,这事情其实不难,和SSD极端恢复差不多。

有高手一定用SSD的存储颗粒改过U盘吧,如果只是读出芯片数据的话,那么只需要几个管脚就可以,将芯片几个管脚接出来读取数据,然后根据SSD的数据区隔将其重建成一个硬盘或者各个分区,那么数据即可恢复了。

而黑匣子的区别则是通道,因为各个通道输入的数据是有差异的,恢复数据,对应通道,再还原成飞控数据,而大部分时候则可能是芯片受损,直接遗失,那么能恢复多少就多少了,尽量恢复更多的数据供事故调查。

恢复出的数据如何解读?

正常情况下从接口读取出数据后再还原成飞机的各个操作状态,模拟出飞机失事前的状态以供调查人员分析,但破损严重的可能是只是数据,却不知道是那些通道传输过来的,因此首先就要确定芯片存储的地址,再还原成对应的数据。

真正存储的数据就是这样的,因此要根据其编码方式将数据还原,再对应到通道,然后才能变成飞控记录的数据,这个过程,想想也是头痛,笔者最不想干的就是去分析毁损的数据头,然后看看需要做什么修正才能复原数据。

延伸阅读:黑匣子解读案例

黑匣子决定一起事故定性:比如1996年7月17日,搭载了212名乘客及17名机组人员的环球航空800号班机(波音747-100)在纽约长岛的大西洋上爆炸解体坠入大海,机上人员全部遇难案例。

但是有目击者看到飞机凌空爆炸,因此事故调查组一开始就跑偏了,开始向恐怖袭击调查,尽管一周后就取得了比较完整的黑匣子,而且从中读取出一条驾驶舱的奇怪对话:

“看看 4 号上那个疯狂的燃油流量指示器……看到了吗?”

但没有人在意,最终16个月后都没有查到空袭的蛛丝马迹,又回过头来调查燃油流量的问题,结合此前发现最先掉落大西洋的中央油箱外壳碎片,终于确认是油箱内的蒸汽与空气混合后被电火花点燃,直接将这架飞机炸成了两截。

此后空油箱内必须注入惰性气体以杜绝此类事故隐患!令人不解的是早在1963年就有闪电击中导致油箱内蒸汽闪爆的坠机事故,在安全手册上的每一条,它的背后都有一个鲜血换来的教训,如果有人经常接触安全方面的培训,想必一定是深有体会。

对于东航MU5735的黑匣子,我们希望能顺利解读出来,揭开MU5735在2分钟内下坠数千米、几乎是垂直下落的怪异下坠路线之谜!