Як влаштований «чорний ящик», і чому його важко розшифрувати?

0
97

Вони буденно стоять на лабораторних столах — одні зовсім як нові, інші зі слідами довгого перебування в землі, треті деформовані або обгорілі. Тільки приклеєні до них паперові бирки нагадують про трагедії, про які так багато писали в газетах.
«Вони» — це бортові пристрої реєстрації, Бури. Саме так на мові професіоналів називають ті самі «чорні ящики», до пошуків яких приступають відразу ж після чергової драми в повітрі. Про те, що ящики ніякі не чорні, а помаранчеві, знають навіть маленькі діти.
Цікавіше інше — ці по суті своїй нескладні, але дуже витривалі прилади зазнали в останні роки серйозні конструктивні перетворення, радикально змінили зовнішній вигляд і стали більш надійними.

Родом з Австралії
Бортові пристрої реєстрації накопичують два типи даних — параметричну інформацію (крен, тангаж, швидкість, висота, перевантаження, відхилення рулів, параметри роботи двигунів і т. д.) і запис переговорів з пілотської кабіни.
Ще в 1930-х був виданий кумедний патент на пристрій звукозапису для кабін літаків. В міцному захисному кожусі поміщалося щось начебто фонографа Едісона — валик, на якому нарізалася доріжка. У реальності, однак, пристрої запису параметричних даних випередили «звук». Французи Уссено і Бодуен в 1939 році створили реєстратор польотної інформації на основі фотоплівки. На ній малював графіки промінь світла відхиляється від дзеркала.
За однією з версій, назва «чорний ящик» як раз і сходить до експериментів з фотоплівкою, адже світлочутливі матеріали, як відомо, люблять темряву. У 1950-х австралійський інженер Девід Уоррен розробив реєстратор, одночасно записує звук з кабіни і параметри польоту.
У 1960-х Бури Уоррена стали встановлювати на лайнери, які здійснюють комерційні рейси. Згодом мовний і параметричний реєстратори були конструктивно рознесені в окремі пристрої: БУР для польотної інформації ставили у хвіст літака, а реєстратор звуку поміщали в кабіні. Але оскільки в авиапроисшествиях кабіна зазвичай руйнується більше, ніж хвостова частина, з часом мовний реєстратор також відправили у хвіст.
Всю другу половину XX століття в якості носія записів виступали як фотоплівка і папір зі спеціальним покриттям, так і магнітні носії — тонка дріт (зазвичай застосовувалася для запису звуку), магнітна стрічка на лавсановій основі, біметалева холоднокатана стрічка.
Революція сталася лише з появою Бурів на твердотільної енергонезалежній пам’яті, тобто на основі флеш-пам’яті. Головний плюс переходу до флеш-пам’яті полягає в тому, що в Бурів нового покоління немає рухомих частин, а значить, вся система надійніше. В кращу сторону від магнітних і фотоплівок відрізняється і сам носій інформації. В результаті стало можливим підвищити вимоги до обладнання.
Так, наприклад, якщо Бури з магнітними носіями повинні були зберігати інформацію при 100%-ном охопленні вогнем лише 15 хвилин і витримувати ударні перевантаження 1000G, то сьогоднішні пристрої випускаються у відповідності з міжнародним стандартом TSO-C124, що передбачає збереження даних при 30 хвилинах повного охоплення вогнем і ударних перевантаженнях 3400G протягом 6 мс.
Сьогоднішні накопичувачі можуть без ризику втрати інформації лежати на глибині 6000 м протягом місяця і витримувати статичні перевантаження понад 2 т протягом 5 хвилин.
Знаходження і дослідження «чорного ящика» — лише перший етап розслідування авіаподії. Далі слід викладка уламків, або макетування літака.
Как устроен «чёрный ящик», и почему его трудно расшифровать? авиатур
Дані з купи
На сьогоднішній день і в Росії, і за кордоном реєстратори на магнітній стрічці зняті з виробництва, однак повітряних суден, на яких встановлені Бури старого типу, ще достатньо. І експертам Міждержавного Авіаційного комітету, що розслідують авіаподії, доводиться працювати з апаратурою різних поколінь.
«За статистикою, приблизно у 32% випадків відбувається повна або часткова втрата інформації з БУРов, — розповідає Юрій Попов, доктор технічних наук, начальник відділу досліджень параметричної та звукової інформації МАК. — І тоді нам доводиться задіяти методики відновлення даних.
Как устроен «чёрный ящик», и почему его трудно расшифровать? авиатур
Коли ми говоримо, що інформація частково втрачена, це означає, що дані є, але з ними щось сталося. Або стрічка частково размагничена і порвана, або плата за твердотільної пам’яттю пошкоджена і т. п.
У мене був випадок на Далекому Сході, коли після аварії БУР розлетівся на дрібні шматки, а магнітна плівка представляла собою купу шматочків від декількох міліметрів до 10 см завдовжки. Довелося відновлювати дані, як пазл, за окремими фрагментами.
Для таких випадків ми використовуємо метод порошкових фігур або метод магнитооптической візуалізації. У першому випадку на плівку наносять краплю колоїдної суспензії феромагнітного порошку (fe 3 o 4). Там, де є ‘одиниці» і «нулі’, виникають імпульси, і під їх дією порошок просідає. Так виходить графічний образ магнітного запису, спираючись на який можна відновити дані.
При другому методі ми накладаємо спеціальне скло на плівку, і в поляризованому світлі постає картинка запису. Але все це можливо, якщо у плівки збереглася хоча б залишкова намагніченість.
Сучасний БУР на флеш-пам’яті На фото — «чорний ящик» типової сучасної компонування. Особливо варто звернути увагу на встановлений горизонтально білий циліндр. Це підводний акустичний маяк. При попаданні БУРа під воду маяк активізується і починає щомиті видавати ультразвуковий імпульс частотою 37,5 кГц.
Как устроен «чёрный ящик», и почему его трудно расшифровать? авиатур
Одне з пригод, які я розслідував, стосувалося катастрофи Міг-31 на Сахаліні. Літак впав в море, де пролежав 22 дні, потім його витягли. Вода, як відомо, нестислива, і падіння на неї зі швидкістю в сотні км/год призводить до сильного руйнування літака. Від зіткнення з уламками БУР розгерметизувався і затонув.
Якщо вода потрапила всередину, то реєстратор необхідно доставити в лабораторію в ємності з тією самою водою, в якій він лежав, що і було зроблено. Плівку дістали, відмили, інформацію з неї вважали, але вже на наступний день стрічка покрилася точками іржі — кисень повітря разом з морською сіллю почали свою чорну справу.
Досі нам не доводилось працювати з сильно пошкодженими твердотільними накопичувачами. Зазвичай, якщо БУР зруйнований, а кристал пам’яті цілий, але обірвані якісь контакти, вони підпоюють, потім чіп вставляється в перехідник-адаптер, і далі все зчитується звичайним порядком. Однак я знаю, що розробляються технології відновлення даних з чіпів флеш-пам’яті, постраждалих від пожежі або сильно зруйнованих».
При з’ясуванні причин авіаподії дані Бурів вивчають технічні експерти, пілоти, штурмани, диспетчери. Кожен з них може внести до розслідування щось своє.
Как устроен «чёрный ящик», и почему его трудно расшифровать? авиатур
Останнє кіно
Технічний прогрес зробив «чорні ящики» більш компактними, легкими і надійними пристроями, але досягнуть межа досконалості? Чого ще не вистачає нинішнім БУРам, щоб максимально полегшити і спростити розслідування авіаційних подій?
Один відповідь напрошується сам собою — відео! «Реєстратори, записні відео, вже з’явилися, — каже Юрій Попов. — Необхідність у них пов’язана насамперед з тим, що на порівняно недавню епоху ми перейшли від стрілочних приладів відображення інформації на РК-дисплеях. При аварії, тобто при зіткненні літака з перешкодою, стрілки залишали на шкалі відбиток, і ми могли точно знати, що показував прилад в останню мить перед загибеллю літака.
Зрозуміло, що зображення на РК-дисплеї таких слідів не залишає. Тому з’явилася пропозиція знімати приладові дошки на відео, здійснюючи подвійний контроль: безпосередня запис параметрів польоту плюс їх відображення на приладах. Звичайно, буде зніматися і відбувається в кабіні.
І хоч інші пілоти вбачатиму у цьому вторгнення в їх особисте простір, їх заперечення навряд чи будуть прийняті. Коли мова йде про долю сотень пасажирів, будь-які додаткові заходи контролю виявляться корисними».
Дістати Бури з дна моря — завдання складне і не завжди посильна навіть для такої техніки, як цей підводний робот. З іншого боку, збереження «чорної скриньки» безпосередньо безпека польоту не підвищує — у разі катастрофи його дані стануть лише гірким уроком на майбутнє. А оскільки втрата БУРа все ж велика рідкість, то городити дорогий город з отстреливаемыми «чорними ящиками» не стали, хоча розмови на цю тему час від часу виникають знову.
Ще одна ідея, інтерес до якої пробудився на хвилі катастрофи в Атлантиці, полягає в тому, щоб всі дані, які зазвичай записуються реєстратором, передавати в реальному часі по супутниковому радіоканалу на землю. Фахівці, втім, оцінюють цю ідею досить скептично, знову ж таки в силу потенційно високої ціни.
Підводний робот категорії Tethered Unmaned Work Vehicle System (TUWVS) — Super Scorpio ROV
Как устроен «чёрный ящик», и почему его трудно расшифровать? авиатур
За останні півстоліття відомо з десяток випадків, коли після катастрофи літака «чорні ящики» виявити не вдавалося. Майже всі ці випадки пов’язані з падінням літака в море в районі великих глибин.
Одна з таких трагедій сталася трохи більше року тому, коли французький лайнер, що прямував рейсом з Ріо-де-Жанейро в Париж, впав в атлантичний океан. Тоді в інтернеті і в пресі не раз обговорювалося питання про те, чи можна робити бортові реєстратори плавучими. Правильна відповідь така: можна, і давно роблять. Наприклад, ще в радянський час у нашій країні випускалися плавучі Бури для палубної авіації.
Практично після усіх аварій вдавалося виявити самописці на поверхні води і зчитати з них інформацію. Десятки років подібні пристрої виробляють і застосовують (також у військовій сфері) на Заході, наприклад, свій DFIRS (развертываемый аварійний реєстраційний комплекс) виробляє американська фірма DRS Technologies.
Так чому ж подібні прилади не ставляться на цивільні лайнери? Розгадка, схоже, криється в сфері економіки. Справа в тому, що БУР непросто зробити плавучим — адже в разі катастрофи він з великою часткою ймовірності піде на дно, захоплюємося уламками лайнера.
Отже, у момент зіткнення з водою реєстратор потрібно відстрелити і викинути за межі місця аварії, приблизно як це відбувається з пілотської катапультою. При спрацьовуванні датчика, що фіксує удар про перешкоду, реєстратор випускає аеродинамічні площині, що дозволяє йому пролетіти відстань, на якому його вже не дістане вибух, і досить м’яко спланувати на воду (або на землю).
Неважко зрозуміти, що прийняття на озброєння» цивільною авіацією такої складної системи призведе до значних додаткових витрат.