为什么还在用黑匣子

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  从2014年4月起,乘坐美国联合航空公司的旅客只要下载了美联航的App,就可以在自己的iOS设备上享受免费的“流媒体”服务,从150部电影和200部电视剧中选择最喜欢的—再也不用死死地守着飞机上那些不怎么好玩的娱乐节目了。
  类似的服务,澳大利亚Qantas航空也在部署中,而南航的波音777-300ER客机也将在两年内升级至世界最先进的泰雷兹第四代机载娱乐系统,航空业日新月异的新发展让在云端的时光变得越来越快乐。
  所以一个顺理成章的问题是,为什么云端服务如此强大,物联网的概念也在不断推进之中,但一架航班可以在当今的信息环境下消失得无影无踪?以至于灾难一旦发生,一股重要的搜救力量就要聚焦在两个大约长50厘米、宽20厘米、高15厘米的坚实物体上。只有这两个被称为“黑匣子”、放置在飞机尾部的配件才是事故现场的唯一信息源。
  为什么只能寄望于黑匣子?
  其实,黑匣子不仅应用在飞机上,它还是火车、汽车、船只的记录器,只不过对于绝对死亡率最高的航空事故来说,黑匣子应该是最惨烈空难的唯一幸存者,这也是设计黑匣子的初衷。这个从来跟飞机上任何娱乐服务都无关的配件经得起1090℃的烈火燃烧30分钟,100G的重力撞击11秒,能承受6096米的水压。这意味着当飞机发生爆炸或解体,这个外部材质是钛钢金属的东西依然可以保护好内部的信息存储装置。
  不过它不是黑色的,亮橘红色的外观是为了便于寻找,有些黑匣子贴上反光条也是同样的道理。2013年7月6日,韩亚航空214号班机坠落在旧金山机场,美国警方将黑匣子送检,黑匣子内的舱音记录为“坠机前7秒,要求加速;坠机前4秒,失速警告;坠机前1.5秒,要求重新起飞”,最后根据黑匣子进行调查时,判断为飞行员因紧张未能控制航速。
  记录这些重要信息的黑匣子在飞机上有两个,一般会放在最安全的机尾,一个是飞行数据记录器(FDR),可以记录17至25个小时的包括空中飞行速度、航向、高度、发动机动力等在内的100多项参数,传感器与之相连,并装在了飞机各个机械部位和电子仪表上,帮助它读取机内情况。“黑匣子打开,这些参数被输入到特定软件里,软件就会自动用3D动画把飞机当时的姿态展示出来。”毕业于南京航空航天大学的航空问题研究者苏椰这样介绍。另一个就是舱音记录仪(CVR),它能记录30分钟至2小时的舱内人员对话。
  你很少会听到黑匣子更新换代的消息。实际情况是,只有当意外发生,我们才会想起黑匣子是什么。而从消费者的角度来讲,当我们买机票的时候,也只会考虑到航班时间适不适合、飞机舒不舒服、价格便不便宜,甚至哪家的飞机餐会好吃一点。从这个角度说,要求更新黑匣子对航空公司的宣传策略没有帮助。
  从另一个方面说,航空公司采购的是飞机,而波音、空客这样的飞机制造商才是黑匣子的采购者。黑匣子的制造商目前来自4家美国公司:Avionics、Honeywell、L-3 Communications和Teledyne。根据IBISWorld的数据,黑匣子在2012年的总产值为2.65亿美元,“增长比较缓慢,这个行业因为牵涉到的技术比较高级,行业壁垒森严。”航空爱好者陆旸说。
  全球大部分黑匣子都被各国军方采购,涉及到商用的部分则基本上属于空客和波音。这些公司决定黑匣子的革新。
  “事实上从诞生之日起,黑匣子就一直在改进,包括外壳的保护性能,对海水航油的耐浸泡性,存储介质的改进。”苏椰说。从1960年代只能记录5个参数,到美国联邦航空管理局(FAA)规定2002年8月19日后制造的飞机黑匣子至少需要记录88个参数,更新其实一直存 在。
  可这个设备本质上还是在扮演“事后诸葛亮”的角色。实时通信在目前复杂的航空环境里显得尤为重要。即便我们把恐怖袭击等劫机行为放在一边,类似机组人员的意外状况导致的飞行不安全也屡屡发生。
  在MH370航班失去联系的第二天,美国前商业飞行事故高级调查员、美国前军事安全官员Alan Diehl就通过《华尔街日报》表达了类似的担忧:随着技术的成熟,不能把每次空难的分析都寄托在黑匣子上。
  我们可以先看看黑匣子的替代方案们。比如,用基站支持实时传输。这个技术向来呼声很高,但实现难度很大。要让机内的Wi-Fi连接到地面上,为商务飞机提供流媒体等连接服务的美国Gogo公司似乎办得到。它们在地面上拥有超过100个基站,2012年开始宣布启用的ATG-4(Air to Ground)技术通过增加定向天线、双频调制解调器,让带宽达到了9.8Mbps。


  但这也只是个理想状态。民航从业人员於毅俊告诉《第一财经周刊》:“长途的航线经过的都是人迹罕至的地方,还有很大区域是海,基站很难建立。而且实时传输的关键是数据传递的连贯性,光靠基站很容易断。飞行平飞的高度是1万米,离开地面基站太远。”所以美联航所谓的流媒体其实是先把数据存储到本地。
  就像离开家之后,家里的Wi-Fi信号会逐渐变弱一样—这时候我们通过3G或4G这样的高频信号,需要靠地面密集的基站才能让手机保持信号,想让飞机和地面也像这样传输数据,建立基站是个很大的挑战。当然:还有一种办法:卫星。
  干脆抛掉地面基站,通过卫星联络,听上去很不错。摩托罗拉的工程师巴里·伯蒂格有过这样的想法,他的妻子有一次在加勒比海度假,因为信号不佳联系不到客户向他抱怨,于是在1998年,摩托罗拉公司终于将酝酿了11年的铱星卫星移动通信系统计划投入了业务运营—不到半年铱星公司便宣告破产。
  作为手机通信,它的能量确实大。66颗卫星覆盖全球,包括南极和北极,的确解决了巴里·伯蒂格妻子的苦恼,但是成本高、服务贵是个大问题,5.5万用户是用耗资50亿美元的通信网建立起来的。   在铱星公司的危难关头,一个叫丹尼尔·科卢西的人出价2500万美元收购卫星,同时获得美国国防部的资金支持。在2012年又有了好消息,铱星公司的首席执行官Tom Fitzpatrick表示,铱星公司计划向美国联邦航空局等部门提供主机负载服务,跟踪飞机的实时飞行状况。
  大多数人对这一计划持悲观态度。陆旸就是其中一个。“受老旧系统的带宽限制,在没有新卫星补充的情况下,铱星还没法大范围提供针对飞行数据和实时语音的传输服务,而成本问题也是值得商榷的。”Tom Fitzpatrick也表示,在2017年卫星更新换代之后,成本将达到30亿美元。
  “飞机上也要增加同样的设备,维护卫星的费用会非常高。”苏椰认为这样做并不值得,而未来的趋势也并没有向实时通讯靠近。“实时通讯是否必要是有争议的。在飞机已经失事、黑匣子也找不着的情况下,实时通讯才有意义。”
  现在飞机上的通讯形式是以间断式、小数据的形式存在。飞机若遇到紧急情况,会主动跟地面联系。英国飞机发动机制造商罗尔斯·罗伊斯公司的“引擎健康管理系统”(EHM)就可以接收到马航每隔30分钟汇编发送的信息,而美国波音公司也提供了卫星连接服务。
  “就像马航,波音公司的ACMS系统有一个异常状态触发功能,如果检测到异常状态,就会生成超限报告,传输到地面站。”陆旸说。但它们靠的都是ACARS—飞机通信寻址与报告系统。也就是说,如果发生劫机这样的人为意外,ACARS可以被手动关掉,到头来还是得让黑匣子告诉你发生了什么。
  当然你也看到了很多关于雷达的报道。雷达是一个更强大但完全被动的体系。北京航空航天大学通用航空产业研究中心主任高远洋说:“地面雷达每一个基站的观察范围有限,但是有各个国家的很多雷达基站,民航的航班在航路飞行,雷达可以做到全程监控。但如果不是在这个航路上,民用航空地段的监管雷达是看不到的。”2009年6月1日,法航447的空客A330脱离巴西控管区在雷达上消失,是因为这个航段上存在雷达没有覆盖到的区域,这个时候就需要飞行员在特定时间主动向地面报告位置。而马航MH370的航路是有雷达全程覆盖的,失联事件的一大疑点便是飞行员是否故意躲开了雷达,但这需要熟练的驾驶技术和丰富的飞行知识,并不是那么容易可以办到的。
  所以一切依旧落到黑匣子本身的革新上。身处航空行业的每个人都知道,推动黑匣子技术革新是一个颇为复杂的行政问题。
  鉴于黑匣子是飞机标配,因此一旦产品通过了FAA这类政府部门的认证,就可以进入正常采购通道。每年黑匣子进入市场的数量可以通过航空公司采购飞机的数量推断出来。但买家并没有修改产品的能力,因此革新黑匣子,根本的推动力一部分在政府,一部分在飞机制造商。
  “从研发到生产的过程,飞机上任何一个零件,哪怕一个螺丝钉,都要经过一个安全的测试,要做试航的认定才能用到飞机上。”高远洋表示这是一个漫长的过程。根据FAA的相关规定,要对黑匣子进行技术改进,首先要由黑匣子的厂方提出改进方案,再由飞机制造商评估,在FAA对技术进行审核和认证之后,美国交通部、全国运输安全委员会(NTSB),包括美国国防后勤局、海洋系统司令部等会评估新技术是否对国防安全构成威胁。
  陆旸表示:“这点在9·11后特别明显,比如NTSB就评估过防爆的航空货柜,内衬凯夫拉(防弹衣的材料),实地做过爆炸试验,对防止炸弹袭击效果很好,但是出于成本并未强制推广。”


  牵一发而动全身,黑匣子技术改进背后负担着整个航空系统,与军事、国家安全以及诸多不透明的行业联系在一起。“这样的改进需要国家民航监管单位协同国际民航组织(ICAO)发布适航指令(AD),要求制造商、航空公司改装。”国泰航空的工程师沈波说。连FAA要推行新的系统,也会遇到重重阻力。近年来,FAA推行美国新一代空中交通系统“NextGen”,其核心在于用GPS取代雷达,建立全新的交通管制系统。但美国众议院在去年通过的提案里削减了FAA22%的财政预算,并对该系统的能力表示质疑,导致项目运行缓慢。而新项目搁置,又会导致2021年70万人面临失业。
  空客公司似乎一直在做一些技术革新的尝试,最新发布的消息涉及重量降轻和减少原材料,还有最近的3D打印配件和发展机器人技术以提高自动化程度。
  这些更多和提高生产效率有关,而牵涉整个航空行业的技术变革,即便不考虑政策与推行难度,其商业利益也会让空客这样的公司变得犹豫。
  空难时飞机自行发送飞行数据这一项技术,被期许为黑匣子的代替者。这项技术的基础可追溯到大约30年前,当时美国空军的B-1轰炸机队利用数据传输器提醒机械师,在下一次着陆时将需要哪些备件。根据这一技术,航班在发生紧急状况或者临坠毁前将能通过卫星通讯系统向地面自动发送重要安全数据。
  3月10日,《华尔街日报》报道,现在这项技术已经被使用,并发展成为航空公司内部现代化的“管理”工具,意在加快维护速度并降低运营成本。比如波音787梦想飞机由西雅图附近的一个运控中心实时监控,一旦某架787飞机传送出矛盾信息或问题,其首席项目工程师都会在他的黑莓(BlackBerry)手机上收到通知。不过,它并未作为能跟黑匣子相提并论的调查工具。
  我们可以倒退到最后的最后,不考虑黑匣子的技术革新,但要找到这个重要的证据一般也费时费力。2009年6月1日,法航447航班的空客A330失事,黑匣子近两年才被找到。1987年11月28日,南非航空295的波音747失事,舱声录音器在印度洋4900米处被发现,飞行数据记录器至今没有被找到。
  一般来说,黑匣子装备了水下信标(ULB),它位于黑匣子整体的一端,是一个小的圆柱状的物体。当飞机坠入水中时,信标开始发送人耳听不到的超声波脉冲,这种脉冲可以被声纳和声学定位仪探测到。一旦信标开始工作,它会每秒发送一次信号并持续30天。
  苏椰曾经提出过一些寻找黑匣子的捷径:“飞机上的救生衣遇水会自动充气,浮到水面上,将这种方式应用到黑匣子上,让飞机在坠入海里后,黑匣子可以自动浮上来。或者内置一个GPS芯片,更容易定位。”
  这不是一个多么专业的提议—专业人士或许会反驳这个说法,沈波说,安装GPS芯片并不能够让黑匣子更容易被定位,因为GPS信号在媒介中的衰减速度远超过37.5kHz。而安装救生衣一类的装置,让黑匣子脱开固定装置自我启动,难度也不小。
  不过问题在于,既然人类早在100多年前就达到了铺设海底光缆的技术水平,为何不能解决一个信息存储设备在海洋环境下的保存问题显得匪夷所思。
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