Введение

Устройство электронного бортового самописца

Бортовой самописец – это электронное устройство, устанавливаемое на воздушном судне для облегчения расследования авиационных происшествий и инцидентов. Устройство часто называют «черным ящиком», что является устаревшим и ошибочным названием – теперь они должны быть окрашены в ярко-оранжевый цвет для облегчения их обнаружения после происшествий. Существует два типа бортовых самописцев: регистратор параметров полета (FDR) сохраняет недавнюю историю полета, записывая десятки параметров несколько раз в секунду; бортовой речевой самописец (CVR) сохраняет недавнюю историю звуков в кабине пилотов, включая переговоры пилотов. Оба устройства могут быть объединены в единый блок. Вместе FDR и CVR объективно документируют историю полета воздушного судна, что может помочь в последующем расследовании. Эти два самописца, в соответствии с международными правилами под надзором Международной организации гражданской авиации (ICAO), должны выдерживать условия, которые могут возникнуть при серьезном авиационном происшествии. В связи с этим они обычно должны выдерживать удар в 3400 g и температуры выше, как того требует стандарт EUROCAE ED 112. Они являются обязательным оборудованием для коммерческих самолетов в Соединенных Штатах с 1967 года. После необъяснимого исчезновения рейса 370 авиакомпании Malaysia Airlines в 2014 году эксперты предложили осуществлять потоковую передачу данных на землю и увеличить срок службы батарей подводных акустических маяков.

Ранние проекты

Одна из самых ранних и подтвержденных попыток была предпринята Франсуа Хуссено и Полем Бодуэном в 1939 году в летном испытательном центре в Мариньяне, Франция, с их бортовым самописцем "тип HB"; по сути, это были самописцы, основанные на фотографии, поскольку запись велась на прокручивающейся фотопленке длиной в и шириной в . Скрытое изображение создавалось тонким лучом света, отклоняемым зеркалом, угол наклона которого зависел от величины записываемых данных (высота, скорость и т.д.). В 1947 году Хуссено основал Société Française des Instruments de Mesure вместе с Бодуэном и еще одним партнером, чтобы коммерциализировать свое изобретение, которое также было известно как "hussenograph". Эта компания стала крупным поставщиком самописцев, используемых не только на борту самолетов, но и на поездах и других транспортных средствах. Сегодня SFIM входит в состав группы Safran и по-прежнему присутствует на рынке бортовых самописцев. Преимуществом пленочной технологии было то, что ее можно было легко проявить впоследствии, обеспечивая долговечную визуальную обратную связь о параметрах полета без необходимости в устройстве воспроизведения. С другой стороны, в отличие от магнитных лент или более поздней технологии на основе флэш-памяти, фотографическую пленку нельзя стереть и повторно использовать, поэтому ее необходимо периодически заменять. Технология предназначалась для однократного использования, в основном во время запланированных испытательных полетов: она не устанавливалась на борту гражданских самолетов во время обычных коммерческих рейсов. Кроме того, переговоры в кабине пилотов не записывались. Другой тип бортового самописца был разработан в Великобритании во время Второй мировой войны. Лен Харрисон и Вик Хазбенд разработали устройство, способное выдерживать аварии и пожары, сохраняя данные о полете. Это устройство стало предшественником современных самописцев, поскольку оно могло выдерживать условия, которые были невыносимы для экипажа. В качестве носителя информации использовалась медная фольга, на которую различными стилусами, соответствующими различным приборам или органам управления самолетом, наносились оттиски. Фольга периодически продвигалась через устройство с заданными интервалами времени, создавая историю показаний приборов самолета и положения органов управления. Устройство было разработано в Фарнборо для Министерства авиационной промышленности. По окончании войны министерство добилось от Харрисона и Хазбенда передачи прав на изобретение, и министерство запатентовало его под британским патентом 19330/45. Первый современный бортовой самописец, названный "Mata Hari", был создан в 1942 году финским авиационным инженером Веййо Хиеталой. Этот черный высокотехнологичный механический ящик мог записывать все необходимые данные во время испытательных полетов истребителей, которые финские ВВС ремонтировали или строили на своем основном авиационном заводе в Тампере, Финляндия. Во время Второй мировой войны британские и американские военно-воздушные силы успешно экспериментировали с устройствами записи голоса в кабине пилотов. В августе 1943 года ВВС США провели эксперимент с магнитопроволочным самописцем для записи переговоров экипажа бомбардировщика B-17 во время боевого вылета над оккупированной нацистами Францией. Запись была передана по радио в Соединенные Штаты через два дня.

Австралийские образцы

В 1953 году, работая в Лаборатории аэронавтических исследований (ARL) Организации оборонной науки и технологий в Мельбурне, он был разработан с учетом гражданской авиации, специально для последующего анализа после авиакатастроф. Перевозка оборудования для записи данных стала обязательной для воздушных судов, зарегистрированных в Великобритании, в два этапа: первый – для новых транспортных самолетов с турбинными двигателями весом более определенного значения, был введен в 1965 году, а затем, в 1966 году, – для транспортных самолетов с поршневыми двигателями весом более определенного значения, при этом первоначальное требование было впоследствии распространено на все реактивные транспортные самолеты. Одним из первых случаев использования в Великобритании данных, полученных с помощью бортового самописца после авиакатастрофы, стало использование данных, извлеченных из регистратора данных "Midas" производства Royston, который находился на борту самолета British Midland Argonaut, потерпевшего крушение в Стокпорте в 1967 году.

Американские образцы

Профессор Джеймс Дж. "Крэш" Райан, профессор машиностроения в Университете Миннесоты с 1931 по 1963 год, изобрел и запатентовал бортовой самописец в Соединенных Штатах. Патент Райана на "рекордёр полета" был подан в августе 1953 года и одобрен 8 ноября 1960 года как патент США 2 959 459. Второй патент Райана на "Кодирующий аппарат для бортовых самописцев и подобных устройств" – патент США № 3075192 от 22 января 1963 года. Ранний прототип Ryan Flight Data Recorder описан в статье "Отец черного ящика" в журнале Aviation History за январь 2013 года. Райан, также изобретатель инерционного ремня безопасности, который теперь является обязательным в автомобилях, начал работу над идеей бортового самописца в 1946 году и изобрел устройство в ответ на запрос Совета по гражданской авиации от 1948 года, направленный на разработку оперативных процедур для снижения количества авиационных происшествий. Требовалось средство для накопления данных о полете. Первоначально устройство было известно как "Flight Recorder General Mills". Преимущества бортового самописца и кодирующего аппарата для бортовых самописцев были изложены Райаном в его исследовании под названием "Экономическая эффективность авиационной эксплуатации с использованием бортовых самописцев", которое было внесено в протокол Конгресса в 1956 году. Бортовой самописец Райана непрерывно записывал данные о полете самолета, такие как температура выхлопных газов двигателя, расход топлива, скорость самолета, высота, положение органов управления и скорость снижения. "Звукозаписывающее устройство кабины пилота" (CSR) был независимо изобретен и запатентован Эдмундом А. Бонифасом-младшим, инженером-аэронавтом из Lockheed Aircraft Corporation. Он первоначально подал заявку в Патентное ведомство США 2 февраля 1961 года на "Звукозаписывающее устройство кабины самолета". Некоторые рассматривали изобретение 1961 года как "нарушение конфиденциальности". Впоследствии Бонифас повторно подал заявку 4 февраля 1963 года на "Звукозаписывающее устройство кабины пилота" (патент США 3327067) с добавлением пружинного переключателя, который позволял пилоту стирать аудиозапись после безопасного завершения полета и посадки. Участие Бонифаса в расследованиях авиакатастроф в 1940-х годах и в расследованиях аварий, связанных с потерей крыла на крейсерской высоте на двух турбовинтовых самолетах Lockheed Electra (рейс 542, выполняемый Braniff Airlines в 1959 году, и рейс 710, выполняемый Northwest Orient Airlines в 1961 году), заставило его задуматься о том, что могли сказать пилоты непосредственно перед потерей крыла и во время снижения, а также о типе и характере любых звуков или взрывов, которые могли предшествовать или произойти во время потери крыла. Его патент был на устройство для записи голоса пилотов и звуков двигателя или других звуков, которые должны были быть "размещены вместе с бортовым самописцем в герметичном контейнере, устойчивом к ударам, огнестойком и водонепроницаемом" и "запечатан таким образом, чтобы выдерживать экстремальные температуры во время пожара". CSR был аналоговым устройством, которое обеспечивало непрерывный цикл стирания/записи (длительностью 30 минут или более) всех звуков (взрывы, голоса и шум любых конструктивных элементов самолета, подвергающихся серьезным разрушениям и поломкам), которые можно было услышать в кабине пилота.

Терминология

Термин "черный ящик" был британской фразой времен Второй мировой войны, возникшей с развитием радио, радара и электронных навигационных средств в британских и союзнических боевых самолетах. Эти часто секретные электронные устройства заключались в не отражающие свет черные ящики или корпуса. Первое зафиксированное упоминание о "черных ящиках" встречается в статье журнала Flight за май 1945 года "Радар для авиалиний", где описывалось применение радиолокационного оборудования и навигационных средств RAF в военное время к гражданским самолетам: "Размещение "черных ящиков" и, что еще более важно, негативное влияние внешних антенн на характеристики, по-прежнему остаются проблемой радиолокации и радиосвязи". (Термин "черный ящик" используется в науке и технике с другим значением, описывая систему исключительно по ее входам и выходам, без какой-либо информации о ее внутреннем устройстве.) К 1943 году магнитные ленты и проволочные диктофоны были испытаны на бомбардировщиках RAF и USAAF, что пополнило арсенал полевых и экспериментальных электронных устройств, используемых на самолетах союзников. Еще в 1944 году авиационные журналисты предвидели использование этих записывающих устройств на коммерческих самолетах для помощи в расследовании происшествий. Когда в 1958 году современные бортовые самописцы были предложены Британскому совету по аэронавтике, термин "черный ящик" уже употреблялся экспертами в разговорной речи. К 1967 году, когда ведущие авиационные страны обязали использовать бортовые самописцы, это выражение вошло в общий обиход: "Эти так называемые "черные ящики" на самом деле имеют цвет флуоресцентного оранжевого". Официальные названия устройств – бортовой самописец данных и самописец речевой информации в кабине пилотов. Самописцы должны размещаться в корпусах ярко-оранжевого цвета, чтобы их было легче обнаружить в обломках после катастрофы. Современные бортовые самописцы данных обычно имеют двойную оболочку из прочной коррозионностойкой нержавеющей стали или титана с высокотемпературной изоляцией внутри. Современные бортовые самописцы данных оснащены подводным локатором, который излучает ультразвуковой "сигнал", облегчающий их обнаружение под водой. Эти маяки работают до 30 дней и способны функционировать на глубине до. В 2023 году FAA предложила увеличить требования к продолжительности записи до 25 часов, чтобы помочь в расследовании таких инцидентов, как выкатывание на взлетно-посадочную полосу. На пресс-конференции в январе 2024 года, посвященной рейсу 1282 авиакомпании Alaska Airlines, председатель Национального совета по безопасности на транспорте (NTSB) Дженнифер Хоменди вновь призвала увеличить срок хранения данных до 25 часов, а не до 2 часов, как это предписано в настоящее время, для всех существующих устройств, а не только для вновь выпущенных. Стандартный самописец речевой информации в кабине пилотов способен записывать четыре канала аудиоданных в течение двух часов. Первоначально требовалось, чтобы самописец речевой информации в кабине пилотов записывал данные в течение 30 минут, но было установлено, что этого недостаточно во многих случаях, поскольку значительная часть аудиоданных, необходимых для последующего расследования, была получена более чем за 30 минут до окончания записи. Первые самописцы речевой информации в кабине пилотов использовали аналоговую проволочную запись, которая позже была заменена аналоговой магнитной лентой. Некоторые устройства с магнитной лентой использовали два катушки, при этом лента автоматически переворачивалась на каждом конце. Оригинальным устройством был ARL Flight Memory Unit, разработанный в 1957 году австралийцем Дэвидом Уорреном и производителем приборов Тайчем Мирфильдом. Другие устройства использовали одну катушку, при этом лента соединялась в непрерывную петлю, как в 8-трековом картридже. Лента циркулировала, и старая аудиоинформация перезаписывалась каждые 30 минут. Восстановление звука с магнитной ленты часто оказывается затруднительным, если самописец извлечен из воды и его корпус поврежден. Поэтому в новейших конструкциях используется твердотельная память и применяются отказоустойчивые методы цифровой записи, что делает их гораздо более устойчивыми к ударам, вибрации и воздействию влаги. Благодаря сниженным требованиям к энергопотреблению твердотельных самописцев теперь практически возможно встраивать в устройства аккумулятор, чтобы запись могла продолжаться до окончания полета, даже если электрическая система самолета выйдет из строя. Как и бортовой самописец данных, самописец речевой информации в кабине пилотов обычно устанавливается в задней части фюзеляжа самолета, чтобы максимизировать вероятность его выживания в случае аварии. среди прочего. Твердотельные самописцы стали коммерчески целесообразными в 1990 году, имея преимущество в виде отсутствия необходимости в плановом техническом обслуживании и облегчения извлечения данных. Это было расширено на двухчасовую запись речевой информации в 1995 году.

Дополнительное оборудование

С 1970-х годов большинство крупных гражданских реактивных самолетов дополнительно оснащаются "регистратором быстрого доступа" (QAR). Он записывает данные на съемный носитель информации. Доступ к бортовому самописцу (FDR) и кабиному самописцу (CVR) затруднен, поскольку они должны быть установлены в местах, обеспечивающих максимальную вероятность их выживания при аварии; для считывания записей также требуется специализированное оборудование. Носитель информации QAR легко извлекается и предназначен для чтения оборудованием, подключаемым к стандартному настольному компьютеру. Во многих авиакомпаниях записи с QAR сканируются на предмет "событий" – значительных отклонений от нормальных рабочих параметров. Это позволяет выявлять и устранять эксплуатационные проблемы до возникновения аварии или инцидента. Блок сбора данных о полете (FDAU) – это устройство, которое принимает различные дискретные, аналоговые и цифровые параметры от множества датчиков и авионики, а затем передает их в FDR и, при наличии, в QAR. Информация от FDAU в FDR передается посредством специальных пакетов данных, структура которых зависит от производителя воздушного судна. Многие современные авиационные системы являются цифровыми или управляются цифровыми системами. Зачастую цифровые системы включают встроенное тестовое оборудование, которое записывает информацию о работе системы. Эта информация также может быть использована для помощи в расследовании аварии или инцидента.

Технические характеристики

Конструкция современных бортовых самописцев (FDR) регулируется международно признанными стандартами и рекомендуемой практикой, касающимися бортовых записывающих устройств, которые изложены в Приложении 6 к Конвенции ИКАО. В этом приложении содержится ссылка на отраслевые спецификации по защите от последствий аварий и пожарной безопасности, такие как спецификации Европейской организации по оборудованию гражданской авиации. Кроме того, предъявляются требования к устойчивости к пробитию, статическому сдавливанию, воздействию высоких и низких температур, давлению на большой глубине, погружению в морскую воду и воздействию жидкостей. EUROCAE ED 112 (Минимальные эксплуатационные характеристики для бортовых записывающих систем, защищенных от последствий аварий) определяет минимальные требования, которым должны соответствовать все воздушные суда, оснащенные бортовыми самописцами для записи данных полета, звука в кабине пилотов, изображений и цифровых сообщений CNS/ATM, используемые при расследовании авиационных происшествий или инцидентов. Стандарты ARINC разрабатываются Комитетом по авиационной электронике (AEEC). Серия стандартов 700 описывает форму, габариты и функциональность авиационного оборудования, устанавливаемого преимущественно на самолетах транспортной категории. Бортовой самописец FDR определяется характеристикой ARINC 747, а речевой самописец CVR – характеристикой ARINC 757. Запись голосовых данных поверх предыдущих записей нигерийскими экипажами привела к выпуску в 2023 году письма всем операторам, в котором подчеркивается недопустимость данной практики.

Развертываемые записывающие устройства

В 1999 году NTSB рекомендовал обязать операторов устанавливать два комплекта систем CVDR, причем вторая CVDR должна быть спроектирована для выброса из самолета до столкновения с землей или водой. Выброс должен инициироваться компьютером на основе данных датчиков, указывающих на неминуемость аварии. Развертываемый регистратор объединяет в одном устройстве бортовой самописец и самописец полетных данных, а также аварийный радиолокационный маяк (ELT). Устройство должно выбрасываться и плавать вдали от самолета, выдерживать спуск на землю или оставаться на плаву в воде неограниченно долго. Оно должно быть оснащено спутниковой технологией для облегчения быстрого обнаружения. Технология развертываемых CVDR используется ВМС США с 1993 года. 26 июня 2003 года конгрессмен Дэвид Прайс (D NC) и конгрессмен Джон Дункан (R Tenn.) представили законопроект в рамках двухпартийной инициативы, чтобы обеспечить следователям доступ к информации сразу после аварий самолетов транспортной категории. 8 января 2015 года, до извлечения бортовых самописцев, анонимный представитель ИКАО заявил: "Настало время серьезно рассмотреть вопрос о развертываемых регистраторах". Другой представитель ИКАО отметил, что общественное внимание "подстегнуло импульс в пользу использования выбрасываемых регистраторов на коммерческих самолетах". В аварии рейса 1282 авиакомпании Alaska Airlines бортовой самописец работал исправно, но данные были перезаписаны, поскольку CVR оставался включенным и функционировал. Критически важные данные об аварии были перезаписаны более чем двумя часами звуков, записанных после инцидента, пока бригада технического обслуживания не смогла попасть в самолет и отключить CVR.

Записывающие устройства

НТСБ запросил установку бортовых камер в кабинах пилотов крупных транспортных самолетов для получения информации, дополняющей существующие данные бортовых самописцев речевой информации (CVR) и параметрических самописцев (FDR) при расследовании авиационных происшествий. Также было рекомендовано оснащать бортовыми камерами небольшие самолеты, не обязанные иметь CVR или FDR.

Культурные отсылки

Изображение альбома группы Rammstein Reise, Reise выполнено так, чтобы напоминать бортовой самописец (CVR); в него также включена запись, сделанная во время авиакатастрофы. Запись взята из последних 1–2 минут записи бортового самописца рейса 123 авиакомпании Japan Airlines, потерпевшего крушение 12 августа 1985 года, в результате которого погибли 520 человек; JAL123 – крупнейшая в истории авиакатастрофа с одним самолетом. Члены театрального коллектива Collective:Unconscious создали театральную постановку пьесы под названием Charlie Victor Romeo, сценарий которой основан на расшифровках голосовых записей CVR девяти авиационных чрезвычайных ситуаций. В пьесе рассказывается о знаменитом рейсе 232 авиакомпании United Airlines, совершившем вынужденную посадку в кукурузном поле недалеко от города Сиу-Сити, штат Айова, после катастрофической поломки одного двигателя и большинства органов управления полетом. В стендап-комедии часто шутят о том, почему весь самолет не сделан из материала, используемого для изготовления бортовых самописцев, учитывая, что бортовые самописцы переживают крушения. Эта идея упоминается в фильме Криса Рока 2001 года "Вниз по Земле", хотя оригинальная шутка обычно приписывается Джорджу Карлину.