همه چیز درباره جعبه سیاه / جعبه سیاه چیست و چگونه کار می کند ؟+ تاریخچه
جعبه سیاه، پروازنگار یا ضبطکننده اطلاعات پرواز در هواپیما (و همچنین در کشتی، بالگرد و فضاپیماهای سرنشین دار) ابزاری است که در طول پرواز جهت ذخیره پارامترهای خاصی به کار میرود.با بروز هر سانحهای برای یک هواپیما سوالات زیادی در مورد علت سقوط هواپیما مطرح میشود. پاسخ به این سوالات به کمک دستگاه ثبت اطلاعات فنی پرواز (FDR) خلاصه (Flight Data Recorder) و دستگاه ثبت صداهای کابین و هواپیما (CVR) خلاصه (Cockpit voice recorder) که در مجموع جعبه سیاه نامیده میشود، انجام میگیرد. این سیستمها که هر یک قیمتی بین ۱۰ تا ۱۵ هزار دلار دارند، جزئیات پرواز را در طول مسیر ضبط میکنند.
سیستم جعبه سیاه علیرغم آنچه از نامش پیداست، دارای رنگ نارنجی فسفری است. داشتن چنین رنگ شاخصی به همراه نوار انعکاس دهنده متصل شده به بخش خارجی ضبطکننده بعد از وقوع سانحه در پیدا کردن جعبه سیاه بخصوص در هنگام سقوط هواپیما در آب، بسیار مؤثر است.
عکسی از جعبه سیاه هواپیما
برای بزرگنمایی و دانلود تصویر کلیک کنید.
تاریخچه
برادران رایت اولین کسانی بودند که از این سیستمها استفاده کردند. آنها از وسیلهای برای ضبط چگونگی چرخش پرههای ملخ استفاده میکردند. اما استفاده گسترده از اینگونه سیستمها تا پیش از جنگ جهانی دوم آغاز نشد. این سیستم در واقع بیشتر اطلاعات مربوط به نحوه عملکرد هواپیما را ضبط مینمود.
پارامترهای ضبط شده
جعبه سیاه پارامترهای پروازی را ضبط میکند. حساسههای زیادی از قسمتهای مختلف هواپیما از طریق سیمکشی به سیستم FDR مرتبط شدهاند. زمانی که کلیدی روشن یا خاموش میشود، عملیات آن توسط سیستم FDR به ثبت میرسد. کمیت و بازه اطلاعات ضبط شده توسط این سیستم به میزان زیادی متفاوت بوده و به عمر و اندازه هواپیما وابسته است. طبق استانداردهای هوایی حداقل اطلاعاتی که باید توسط این سیستم ضبط شود شامل موارد زیر است:
زمان
شتاب عمودی هواپیما
موقعیت دستهٔ کنترل پرواز
موقعیت پدال کنترل رادار
موقعیت فرامین هواپیما
تثبیتکننده وضعیت افقی هواپیما
جریان سوخت
سرعت
ارتفاع فشاری
جهت مغناطیسی هواپیما
شتاب طبیعی هواپیما
روشن و خاموش شدن میکروفون، زمان ارتباطهای رادیویی برقرار شده توسط خدمه را ضبط میکند و برای تطبیق اطلاعات ضبط شده توسط دستگاه ثبت اطلاعات فنی پرواز (FDR) و دستگاه ثبت صداهای کابین و هواپیما (CVR) بکار میرود. سیستمهای کنونی به منظور بررسی تمامی جهات عملکردی هواپیما تا صدها پارامتر را ضبط میکنند.
روش ضبط اطلاعات
جعبههای سیاه معمولاً اطلاعات ۲۵ ساعت آخر پرواز را ضبط میکنند. جعبههای سیاه قدیمیتر از نوارهای مغناطیسی که همانند نوار ضبط صوت عمل میکنند، با استفاده از هد الکترومغناطیسی به ثبت اطلاعات میپردازند. از سال ۱۹۹۰، سازندگان سیستم جعبه سیاه به سمت استفاده از تکنولوژیهایی پیش رفتهاند که در آن قطعهٔ متحرک وجود نداشته باشد، و جعبههای سیاه مدرن به جای نوارهای مغناطیسی بکار رفته در نوع متوسط آن از تراشه های حافظهٔ الکترونیکی استفاده میکنند.
رمزگشایی اطلاعات
مرکز تحقیقات اطلاعات پرواز بریتانیا در فارنبورو یکی از سه مرکزی در اروپا است که اطلاعات ثبت شده در جعبه سیاه هواپیماها را بررسی میکند. این مراکز بسیار محرمانه هستند و بر اساس قوانین بینالمللی تنها بازرسان این مراکز و خدمه پرواز اجازه ورود به آنها را دارند. تحقیقات در این مراکز در اتاقهای عایق صوتی با قفلهای مغناطیسی انجام میشود تا جلوی هر گونه شنود الکترونیک گرفته شود. در چهار دیواری این اتاقهای عایق، بلندگوهایی نصب شده تا حال و هوای داخل هواپیما را بازنمایی کنند.
در صورت بیرون کشیدن جعبه سیاه از آب، متخصصان ابتدا جعبه سیاه را در آب مقطر غوطهور میکنند تا سرعت خوردگی آن را کمتر کنند و سپس آن را به صورت کامل خشک میکنند. برای این کار جعبه سیاه را سه روز در محفظههای خشک کن قرار میدهند. در این محفظه تمام آب جعبه سیاه کشیده میشود تا رطوبت باعث از دست رفتن اطلاعات نشود. متخصصان وقتی مطمئن شدند احتمال از دست رفتن اطلاعات منتفی شده شروع به گوش دادن و بررسی اطلاعات ضبط شده میکنند. متخصصان به صداهای پس زمینه نیز با دقت گوش میکنند که زیرا میتواند اطلاعاتی مثلاً دربارهٔ کارکرد موتورها فراهم کند. وقتی اطلاعات آماده شد، متخصصان با ترکیب صداهای ضبط شده و اطلاعات فنی دقیق، سعی میکنند تصویری از آنچه ممکن است اتفاق افتاده باشد ترسیم کنند.
میزان مقاومت جعبه سیاه
در بسیاری از سوانح هوایی، معمولاً اسکلت و بقیه اجزاء داخلی به میزان زیادی آسیب میبینند و تنها بخشی از هواپیما که سالم میماند، واحدهای حافظه مقاوم در برابر سانحه است (CSMU)، که مربوط به دستگاههای FDR و CVR هواپیما است. دستگاه CSMU وسیلهٔ استوانهای شکل بزرگی است که به دستگاه ضبط اطلاعات متصل شدهاست. این وسیله به گونهای ساخته شدهاست که در برابر گرمای شدید، سقوطهای سخت و فشارهای بالای چند تُن مقاوم است. در نمونههای قدیمی نوارهای مغناطیسی این بخش درون یک جعبه مستطیل شکل قرار میگرفت.
قسمتهای خارجی جعبه سیاه
غشاء آلومینیومی جیوه مانند : لایه نازکی از آلومینیوم است که اطراف کارتهای حافظه را فرا گرفتهاست.
عایق مقاوم در برابر حرارت شدید: این بخش که شامل ماده سیلیس خشک است، با داشتن ضخامتی در حدود یک اینچ، پوشش حرارتی مقاومی را ایجاد میکند و در صورت بروز آتشسوزی از واحد حافظه محافظت میکند.
لایه استنلس استیل: عایق حرارتی فوق، در پوشش محافظ فولادی ضدزنگی که تقریباً یک چهارم اینچ ضخامت دارد، قرار میگیرد که البته برای مقاومت بیشتر آن از تیتانیوم هم در قسمتهای بیرونی استفاده میشود.
جعبههای سیاه علاوه بر این به یک راهنمای یابنده زیرآبی یا ULB نیز مجهز میشوند. در صورت سقوط هواپیما در آب، این بخش امواج مادون صوتی منتشر میکند که توسط گوش انسان شنیده نمیشود ولی به سرعت توسط سنسورها و تجهیزات آکوستیکی موجود تشخیص داده میشود. سنسور موجود درون این بخش به محض تماس با آب، آن را فعال میکند. فرکانس پالسهای فرستاده شده توسط ULB برابر ۳۷٫۵ کیلوهرتز بوده و از عمق ۲۰ هزار پایی دریا توان رسیدن به سطح را دارند. زمانی که ULB فعال میشود، در هر ثانیه یک بار به صدا در میآید و این عمل را تا ۳۰ روز انجام میدهد. واحد ULB توسط باتری کار میکند و احتمال آسیب دیدگی آن در اثر ضربات شدید بسیار کم است.
پس از یافتن جعبه سیاه و انتقال آن به آزمایشگاه اطلاعات از روی ضبطکنندهها پیاده شده و تلاش برای بازسازی سانحه آغاز میشود. این فرایند تا تکمیل شدن میتواند هفتهها یا ماهها ادامه یابد. در حال حاضر تولیدکنندگان این سیستم در آمریکا، NTSB را برای تحلیل کامل اطلاعات ذخیره شده در ضبطکنندهها به سیستمهای بازخوانی و نرمافزارهای لازم برای انجام این امر مجهز مینمایند.
در صورتیکه جعبه سیاه آسیب ندیده باشد، محققین به آسانی میتوانند با اتصال آن به سیستم بازخوانی، اطلاعات ذخیره شده را بخوانند. اما در بسیاری از موارد پس از یافتن ضبطکنندهها از میان لاشه هواپیما، واحد حافظه الکترونیکی آن را خارج کرده و پس از تمیز کردن آن، یک کابل رابط بر روی آن نصب کرده و حافظه را مستقیماً به یک دستگاه بازخوانی حافظه متصل مینمایند. این دستگاه دارای نرمافزار مخصوصی است که اطلاعات را بدون کوچکترین کموکاستی بازخوانی میکند.
جعبه سیاه (شامل FDR و CVR) هر دو سیستمهای ارزشمندی برای هواپیما محسوب میشوند و از آنجائیکه معمولاً تنها بخش سالم باقیمانده از هواپیما هستند مهمترین کلید در فهم چگونگی بروز سانحه میباشند.
برادران رایت اولین کسانی بودند که از این سیستمها استفاده کردند. آنها از وسیلهای برای ضبط چگونگی چرخش پرههای ملخ استفاده میکردند. اما استفاده گسترده از اینگونه سیستمها تا پیش از جنگ جهانی دوم آغاز نشد. این سیستم در واقع بیشتر اطلاعات مربوط به نحوه عملکرد هواپیما را ضبط مینمود.
پارامترهای ضبط شده
جعبه سیاه پارامترهای پروازی را ضبط میکند. حساسههای زیادی از قسمتهای مختلف هواپیما از طریق سیمکشی به سیستم FDR مرتبط شدهاند. زمانی که کلیدی روشن یا خاموش میشود، عملیات آن توسط سیستم FDR به ثبت میرسد. کمیت و بازه اطلاعات ضبط شده توسط این سیستم به میزان زیادی متفاوت بوده و به عمر و اندازه هواپیما وابسته است. طبق استانداردهای هوایی حداقل اطلاعاتی که باید توسط این سیستم ضبط شود شامل موارد زیر است:
زمان
شتاب عمودی هواپیما
موقعیت دستهٔ کنترل پرواز
موقعیت پدال کنترل رادار
موقعیت فرامین هواپیما
تثبیتکننده وضعیت افقی هواپیما
جریان سوخت
سرعت
ارتفاع فشاری
جهت مغناطیسی هواپیما
شتاب طبیعی هواپیما
روشن و خاموش شدن میکروفون، زمان ارتباطهای رادیویی برقرار شده توسط خدمه را ضبط میکند و برای تطبیق اطلاعات ضبط شده توسط دستگاه ثبت اطلاعات فنی پرواز (FDR) و دستگاه ثبت صداهای کابین و هواپیما (CVR) بکار میرود. سیستمهای کنونی به منظور بررسی تمامی جهات عملکردی هواپیما تا صدها پارامتر را ضبط میکنند.
روش ضبط اطلاعات
جعبههای سیاه معمولاً اطلاعات ۲۵ ساعت آخر پرواز را ضبط میکنند. جعبههای سیاه قدیمیتر از نوارهای مغناطیسی که همانند نوار ضبط صوت عمل میکنند، با استفاده از هد الکترومغناطیسی به ثبت اطلاعات میپردازند. از سال ۱۹۹۰، سازندگان سیستم جعبه سیاه به سمت استفاده از تکنولوژیهایی پیش رفتهاند که در آن قطعهٔ متحرک وجود نداشته باشد، و جعبههای سیاه مدرن به جای نوارهای مغناطیسی بکار رفته در نوع متوسط آن از تراشه های حافظهٔ الکترونیکی استفاده میکنند.
رمزگشایی اطلاعات
مرکز تحقیقات اطلاعات پرواز بریتانیا در فارنبورو یکی از سه مرکزی در اروپا است که اطلاعات ثبت شده در جعبه سیاه هواپیماها را بررسی میکند. این مراکز بسیار محرمانه هستند و بر اساس قوانین بینالمللی تنها بازرسان این مراکز و خدمه پرواز اجازه ورود به آنها را دارند. تحقیقات در این مراکز در اتاقهای عایق صوتی با قفلهای مغناطیسی انجام میشود تا جلوی هر گونه شنود الکترونیک گرفته شود. در چهار دیواری این اتاقهای عایق، بلندگوهایی نصب شده تا حال و هوای داخل هواپیما را بازنمایی کنند.
در صورت بیرون کشیدن جعبه سیاه از آب، متخصصان ابتدا جعبه سیاه را در آب مقطر غوطهور میکنند تا سرعت خوردگی آن را کمتر کنند و سپس آن را به صورت کامل خشک میکنند. برای این کار جعبه سیاه را سه روز در محفظههای خشک کن قرار میدهند. در این محفظه تمام آب جعبه سیاه کشیده میشود تا رطوبت باعث از دست رفتن اطلاعات نشود. متخصصان وقتی مطمئن شدند احتمال از دست رفتن اطلاعات منتفی شده شروع به گوش دادن و بررسی اطلاعات ضبط شده میکنند. متخصصان به صداهای پس زمینه نیز با دقت گوش میکنند که زیرا میتواند اطلاعاتی مثلاً دربارهٔ کارکرد موتورها فراهم کند. وقتی اطلاعات آماده شد، متخصصان با ترکیب صداهای ضبط شده و اطلاعات فنی دقیق، سعی میکنند تصویری از آنچه ممکن است اتفاق افتاده باشد ترسیم کنند.
میزان مقاومت جعبه سیاه
در بسیاری از سوانح هوایی، معمولاً اسکلت و بقیه اجزاء داخلی به میزان زیادی آسیب میبینند و تنها بخشی از هواپیما که سالم میماند، واحدهای حافظه مقاوم در برابر سانحه است (CSMU)، که مربوط به دستگاههای FDR و CVR هواپیما است. دستگاه CSMU وسیلهٔ استوانهای شکل بزرگی است که به دستگاه ضبط اطلاعات متصل شدهاست. این وسیله به گونهای ساخته شدهاست که در برابر گرمای شدید، سقوطهای سخت و فشارهای بالای چند تُن مقاوم است. در نمونههای قدیمی نوارهای مغناطیسی این بخش درون یک جعبه مستطیل شکل قرار میگرفت.
قسمتهای خارجی جعبه سیاه
غشاء آلومینیومی جیوه مانند : لایه نازکی از آلومینیوم است که اطراف کارتهای حافظه را فرا گرفتهاست.
عایق مقاوم در برابر حرارت شدید: این بخش که شامل ماده سیلیس خشک است، با داشتن ضخامتی در حدود یک اینچ، پوشش حرارتی مقاومی را ایجاد میکند و در صورت بروز آتشسوزی از واحد حافظه محافظت میکند.
لایه استنلس استیل: عایق حرارتی فوق، در پوشش محافظ فولادی ضدزنگی که تقریباً یک چهارم اینچ ضخامت دارد، قرار میگیرد که البته برای مقاومت بیشتر آن از تیتانیوم هم در قسمتهای بیرونی استفاده میشود.
جعبههای سیاه علاوه بر این به یک راهنمای یابنده زیرآبی یا ULB نیز مجهز میشوند. در صورت سقوط هواپیما در آب، این بخش امواج مادون صوتی منتشر میکند که توسط گوش انسان شنیده نمیشود ولی به سرعت توسط سنسورها و تجهیزات آکوستیکی موجود تشخیص داده میشود. سنسور موجود درون این بخش به محض تماس با آب، آن را فعال میکند. فرکانس پالسهای فرستاده شده توسط ULB برابر ۳۷٫۵ کیلوهرتز بوده و از عمق ۲۰ هزار پایی دریا توان رسیدن به سطح را دارند. زمانی که ULB فعال میشود، در هر ثانیه یک بار به صدا در میآید و این عمل را تا ۳۰ روز انجام میدهد. واحد ULB توسط باتری کار میکند و احتمال آسیب دیدگی آن در اثر ضربات شدید بسیار کم است.
پس از یافتن جعبه سیاه و انتقال آن به آزمایشگاه اطلاعات از روی ضبطکنندهها پیاده شده و تلاش برای بازسازی سانحه آغاز میشود. این فرایند تا تکمیل شدن میتواند هفتهها یا ماهها ادامه یابد. در حال حاضر تولیدکنندگان این سیستم در آمریکا، NTSB را برای تحلیل کامل اطلاعات ذخیره شده در ضبطکنندهها به سیستمهای بازخوانی و نرمافزارهای لازم برای انجام این امر مجهز مینمایند.
در صورتیکه جعبه سیاه آسیب ندیده باشد، محققین به آسانی میتوانند با اتصال آن به سیستم بازخوانی، اطلاعات ذخیره شده را بخوانند. اما در بسیاری از موارد پس از یافتن ضبطکنندهها از میان لاشه هواپیما، واحد حافظه الکترونیکی آن را خارج کرده و پس از تمیز کردن آن، یک کابل رابط بر روی آن نصب کرده و حافظه را مستقیماً به یک دستگاه بازخوانی حافظه متصل مینمایند. این دستگاه دارای نرمافزار مخصوصی است که اطلاعات را بدون کوچکترین کموکاستی بازخوانی میکند.
جعبه سیاه (شامل FDR و CVR) هر دو سیستمهای ارزشمندی برای هواپیما محسوب میشوند و از آنجائیکه معمولاً تنها بخش سالم باقیمانده از هواپیما هستند مهمترین کلید در فهم چگونگی بروز سانحه میباشند.
A flight recorder is an electronic recording device placed in an aircraft for the purpose of facilitating the investigation of aviation accidents and incidents. Flight recorders are also known by the misnomer black box—they are in fact bright orange to aid in their recovery after accidents.
There are two different flight recorder devices: the flight data recorder (FDR) preserves the recent history of the flight through the recording of dozens of parameters collected several times per second; the cockpit voice recorder (CVR) preserves the recent history of the sounds in the cockpit, including the conversation of the pilots. The two devices may be combined in a single unit. Together, the FDR and CVR give an accurate testimony, narrating the aircraft"s flight history, to assist in any later investigation.
The two flight recorders are required by international regulation, overseen by the International Civil Aviation Organization, to be capable of surviving the conditions likely to be encountered in a severe aircraft accident. For this reason, they are typically specified to withstand an impact of 3400 g and temperatures of over 1,000 °C (1,830 °F), as required by EUROCAE ED-112. They have been a mandatory requirement in commercial aircraft in the United States since 1967. After the unexplained disappearance of Malaysia Airlines Flight 370 in 2014, commentators have called for live streaming of data to the ground, as well as extending the battery life of the underwater locator beacons.
In 1947, Hussenot founded the Société Française des Instruments de Mesure with Beaudouin and another associate, so as to market his invention, which was also known as the "hussenograph". This company went on to become a major supplier of data recorders, used not only aboard aircraft but also trains and other vehicles. SFIM is today part of the Safran group and is still present in the flight recorder market. The advantage of the film technology was that it could be easily developed afterwards and provides a durable, visual feedback of the flight parameters without needing any playback device. On the other hand, unlike magnetic tapes or later flash memory-based technology, a photographic film cannot be erased and reused, and so must be changed periodically. The technology was reserved for one-shot uses, mostly during planned test flights: it was not mounted aboard civilian aircraft during routine commercial flights. Also, cockpit conversation was not recorded.
Another form of flight data recorder was developed in the UK during World War II. Len Harrison and Vic Husband developed a unit that could withstand a crash and fire to keep the flight data intact. The unit was the forerunner of today"s recorders, in being able to withstand conditions that aircrew could not. It used copper foil as the recording medium, with various styli, corresponding to various instruments or aircraft controls, indenting the foil. The foil was periodically advanced at set time intervals, giving a history of the aircraft’s instrument readings and control settings. The unit was developed at Farnborough for the Ministry of Aircraft Production. At the war"s end the Ministry got Harrison and Husband to sign over their invention to it and the Ministry patented it under British patent 19330/45.
The first modern flight data recorder, called "Mata Hari", was created in 1942 by Finnish aviation engineer Veijo Hietala. This black high-tech mechanical box was able to record all important details during test flights of fighter aircraft that the Finnish army repaired or built in its main aviation factory in Tampere, Finland.
During World War II both British and American air forces successfully experimented with aircraft voice recorders. In August 1943 the USAAF conducted an experiment with a magnetic wire recorder to capture the inter-phone conversations of a B-17 bomber flight crew on a combat mission over Nazi-occupied France. The recording was broadcast back to the United States by radio two days afterwards.
There are two different flight recorder devices: the flight data recorder (FDR) preserves the recent history of the flight through the recording of dozens of parameters collected several times per second; the cockpit voice recorder (CVR) preserves the recent history of the sounds in the cockpit, including the conversation of the pilots. The two devices may be combined in a single unit. Together, the FDR and CVR give an accurate testimony, narrating the aircraft"s flight history, to assist in any later investigation.
The two flight recorders are required by international regulation, overseen by the International Civil Aviation Organization, to be capable of surviving the conditions likely to be encountered in a severe aircraft accident. For this reason, they are typically specified to withstand an impact of 3400 g and temperatures of over 1,000 °C (1,830 °F), as required by EUROCAE ED-112. They have been a mandatory requirement in commercial aircraft in the United States since 1967. After the unexplained disappearance of Malaysia Airlines Flight 370 in 2014, commentators have called for live streaming of data to the ground, as well as extending the battery life of the underwater locator beacons.
History
One of the earliest and proven attempts was made by François Hussenot and Paul Beaudouin in 1939 at the Marignane flight test center, France, with their "type HB" flight recorder; they were essentially photograph-based flight recorders, because the record was made on a scrolling photographic film 8 metres (8.7 yd) long by 88 millimetres (3.5 in) wide. The latent image was made by a thin ray of light deviated by a mirror tilted according to the magnitude of the data to be recorded (altitude, speed, etc.). A pre-production run of 25 "HB" recorders was ordered in 1941 and HB recorders remained in use in French flight test centers well into the 1970s.In 1947, Hussenot founded the Société Française des Instruments de Mesure with Beaudouin and another associate, so as to market his invention, which was also known as the "hussenograph". This company went on to become a major supplier of data recorders, used not only aboard aircraft but also trains and other vehicles. SFIM is today part of the Safran group and is still present in the flight recorder market. The advantage of the film technology was that it could be easily developed afterwards and provides a durable, visual feedback of the flight parameters without needing any playback device. On the other hand, unlike magnetic tapes or later flash memory-based technology, a photographic film cannot be erased and reused, and so must be changed periodically. The technology was reserved for one-shot uses, mostly during planned test flights: it was not mounted aboard civilian aircraft during routine commercial flights. Also, cockpit conversation was not recorded.
Another form of flight data recorder was developed in the UK during World War II. Len Harrison and Vic Husband developed a unit that could withstand a crash and fire to keep the flight data intact. The unit was the forerunner of today"s recorders, in being able to withstand conditions that aircrew could not. It used copper foil as the recording medium, with various styli, corresponding to various instruments or aircraft controls, indenting the foil. The foil was periodically advanced at set time intervals, giving a history of the aircraft’s instrument readings and control settings. The unit was developed at Farnborough for the Ministry of Aircraft Production. At the war"s end the Ministry got Harrison and Husband to sign over their invention to it and the Ministry patented it under British patent 19330/45.
The first modern flight data recorder, called "Mata Hari", was created in 1942 by Finnish aviation engineer Veijo Hietala. This black high-tech mechanical box was able to record all important details during test flights of fighter aircraft that the Finnish army repaired or built in its main aviation factory in Tampere, Finland.
During World War II both British and American air forces successfully experimented with aircraft voice recorders. In August 1943 the USAAF conducted an experiment with a magnetic wire recorder to capture the inter-phone conversations of a B-17 bomber flight crew on a combat mission over Nazi-occupied France. The recording was broadcast back to the United States by radio two days afterwards.