Hộp đen máy bay là gì?

Khi một vụ tai nan máy bay xảy ra, người ta hay nói đến việc tìm kiếm hộp đen máy bay để xem đã có sự cố gì trong qua trình vận hành chuyến bay. Vậy hộp đen máy bay là gì? có cấu tạo và hoạt động như thế nào? Mới các bạn đọc viết dưới đây

Hộp đen là gì?

Máy ghi chuyến bay là thiết bị ghi âm điện tử có kích thước 20 x 30 cm được đặt ở đuổi máy bay hoặc các ví trí an toàn nhất nhằm mục đích hỗ trợ điều tra tai nạn, sự cố hàng không, thiết bị thường được gọi là “hộp đen” (Black Box). Tên gọi này được hình thành do ban đầu thiết bị này thường được sơn màu đen, nhưng hiện tại đây là một cái tên lỗi thời có thể gây nhầm lẫn  vì giờ đây chúng được yêu cầu sơn màu cam sáng để hỗ trợ việc tìm kiếm sau tai nạn.
 
Có hai loại thiết bị ghi lại chuyến bay: thiết bị ghi dữ liệu chuyến bay (FDR) lưu lại lịch sử gần đây của chuyến bay thông qua việc ghi lại hàng chục thông số được thu thập nhiều lần trong một giây; máy ghi âm buồng lái (CVR) lưu giữ lịch sử gần đây của các âm thanh trong buồng lái, bao gồm cả cuộc trò chuyện của các phi công. Hai thiết DR và ​​CVbị có thể được kết hợp thành một thiết bị duy nhất. Cùng với nhau, FR ghi lại lịch sử chuyến bay của máy bay một cách khách quan, có thể hỗ trợ cho bất kỳ cuộc điều tra nào sau này.
 
Theo quy định quốc tế, Tổ chức Hàng không Dân dụng Quốc tế yêu cầu hai thiết bị ghi chuyến bay phải có khả năng sống sót trong các điều kiện có thể gặp phải trong một vụ tai nạn máy bay nghiêm trọng. Vì lý do này, chúng thường được chỉ định để chịu được tác động 3400 g và nhiệt độ trên 1.000 ° C (1.830 ° F), theo yêu cầu của EUROCAE ED-112. Chúng là yêu cầu bắt buộc đối với máy bay thương mại ở Hoa Kỳ kể từ năm 1967. Sau sự biến mất không rõ nguyên nhân của chuyến bay 370 của Malaysia Airlines vào năm 2014, các nhà bình luận đã kêu gọi phát trực tiếp dữ liệu xuống mặt đất, cũng như kéo dài thời lượng pin dưới nước. đèn hiệu định vị.
 
Những hộp đen máy bay này có giá từ 10.000 USD đến 15.000 USD mỗi chiếc

Lịch sử của Hộp đen

Những thiết kế ban đầu

Một trong những nỗ lực sớm nhất và đã được chứng minh là của François Hussenot và Paul Beaudouin vào năm 1939 tại trung tâm thử nghiệm bay Marignane, Pháp, với máy ghi chuyến bay “loại HB” của họ; về cơ bản chúng là máy ghi chuyến bay dựa trên ảnh, bởi vì kỷ lục này được thực hiện trên một cuộn phim ảnh dài 8 mét (8,7 yd) x 88 mm (3,5 in) rộng. Hình ảnh ẩn được tạo ra bởi một tia sáng mỏng bị lệch bởi gương nghiêng theo độ lớn của dữ liệu được ghi lại (độ cao, tốc độ, v.v.). Một đợt tiền sản xuất gồm 25 máy ghi âm “HB” đã được đặt hàng vào năm 1941 và các máy ghi âm HB vẫn được sử dụng trong các trung tâm bay thử của Pháp vào những năm 1970.

Máy ghi âm buồng lái

 
Năm 1947, Hussenot thành lập Société Française des Instruments de Mesure cùng với Beaudouin và một cộng sự khác, để tiếp thị phát minh của mình, còn được gọi là “hussenograph”. Công ty này đã trở thành nhà cung cấp lớn các thiết bị ghi dữ liệu, không chỉ được sử dụng trên máy bay mà còn trên tàu hỏa và các phương tiện khác. SFIM ngày nay là một phần của tập đoàn Safran và vẫn có mặt trên thị trường máy ghi chuyến bay. Ưu điểm của công nghệ phim là nó có thể dễ dàng phát triển sau đó và cung cấp phản hồi trực quan, bền bỉ về các thông số chuyến bay mà không cần bất kỳ thiết bị phát lại nào. Mặt khác, không giống như băng từ hoặc công nghệ dựa trên bộ nhớ flash sau này, phim ảnh không thể bị xóa và tái sử dụng, và vì vậy phải được thay đổi định kỳ. Công nghệ này được dành riêng cho việc sử dụng một lần, hầu hết trong các chuyến bay thử nghiệm theo kế hoạch: nó không được gắn trên máy bay dân dụng trong các chuyến bay thương mại thông thường. Ngoài ra, cuộc trò chuyện trong buồng lái không được ghi lại.
 
Một dạng máy ghi dữ liệu chuyến bay khác đã được phát triển ở Anh trong Thế chiến II. Len Harrison và Vic (chồng cô) đã phát triển một thiết bị có thể chịu được va chạm và hỏa hoạn để giữ nguyên dữ liệu chuyến bay. Thiết bị này là tiền thân của máy ghi âm ngày nay, với khả năng chịu được các điều kiện mà phi hành đoàn không thể làm được. Nó sử dụng lá đồng làm phương tiện ghi âm, với nhiều kiểu cách khác nhau, tương ứng với các nhạc cụ hoặc điều khiển máy bay khác nhau, làm lõm lá. Lớp giấy bạc này được nâng cấp định kỳ vào những khoảng thời gian đã định, đưa ra lịch sử các kết quả đọc thiết bị và cài đặt điều khiển của máy bay. Thiết bị này được phát triển tại Farnborough cho Bộ Sản xuất Máy bay. Khi chiến tranh kết thúc, Bộ đã yêu cầu Harrison và Chồng ký tên vào phát minh của họ và Bộ đã cấp bằng sáng chế cho nó theo bằng sáng chế của Anh 19330/45.
 
Máy ghi dữ liệu chuyến bay hiện đại đầu tiên, được gọi là “Mata Hari”, được tạo ra vào năm 1942 bởi kỹ sư hàng không Phần Lan Veijo Hietala. Hộp cơ khí công nghệ cao màu đen này có thể ghi lại tất cả các chi tiết quan trọng trong các chuyến bay thử nghiệm của máy bay chiến đấu mà quân đội Phần Lan sửa chữa hoặc chế tạo tại nhà máy hàng không chính của họ ở Tampere, Phần Lan.  Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, không quân Anh và Mỹ đã thử nghiệm thành công máy ghi âm trên máy bay. Vào tháng 8 năm 1943, Không quân Hoa Kỳ đã tiến hành một cuộc thử nghiệm với máy ghi âm dây từ tính để ghi lại các cuộc trò chuyện qua điện thoại của một phi hành đoàn máy bay ném bom B-17 trong một nhiệm vụ chiến đấu trên nước Pháp bị Đức Quốc xã chiếm đóng.  Đoạn ghi âm đã được đài phát thanh truyền hình trở lại Hoa Kỳ hai ngày sau đó.

Cha đẻ của hộp đen hiện đại

Năm 1953, trong khi làm việc tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hàng không (ARL) của Tổ chức Khoa học và Công nghệ Quốc phòng, ở Melbourne, nhà khoa học nghiên cứu người Úc David Warren đã nghĩ ra một thiết bị không chỉ ghi lại các bài đọc của thiết bị mà còn ghi lại giọng nói trong buồng lái.  Năm 1954, ông xuất bản một báo cáo có tựa đề “Một thiết bị hỗ trợ điều tra tai nạn máy bay”.
 
Tiến sĩ David Warren
 
Warren đã chế tạo một nguyên mẫu FDR được gọi là “Bộ nhớ chuyến bay ARL” vào năm 1956, [9] và vào năm 1958, ông đã chế tạo nguyên mẫu FDR/CVR kết hợp đầu tiên. Nó được thiết kế với mục đích dành cho máy bay dân dụng, dành cho người khám phá mục đích kiểm tra sau sự cố. Ban đầu, các nhà chức trách hàng không trên thế giới phần lớn không quan tâm, nhưng điều này đã thay đổi vào năm 1958 khi Ngài Robert Hardingham, thư ký của Ban Đăng ký Hàng không Anh, đến thăm ARL và được giới thiệu với David Warren. Hardingham nhận ra tầm quan trọng của phát minh và sắp xếp để Warren trình diễn nguyên mẫu ở Anh.
 
ARL đã chỉ định một nhóm kỹ sư giúp Warren phát triển nguyên mẫu sang giai đoạn bay trên không. Nhóm, bao gồm các kỹ sư điện tử Lane Sear, Wally Boswell và Ken Fraser, đã phát triển một thiết kế hoạt động kết hợp vỏ chống cháy và chống va đập, một hệ thống đáng tin cậy để mã hóa và ghi lại các bài đọc và giọng nói của thiết bị máy bay trên một dây và mặt đất- thiết bị giải mã dựa trên. Hệ thống ARL, do công ty S. Davall & Sons Ltd của Anh, ở Middlesex, chế tạo, được đặt tên là “Quả trứng đỏ”  (red eggs) vì hình dạng và màu đỏ tươi của nó.
 
Các thiết bị được thiết kế lại vào năm 1965 và được bố trí lại ở phía sau máy bay để tăng xác suất truy xuất dữ liệu thành công sau một vụ tai nạn. Thiết bị ghi dữ liệu đã trở thành một bộ phận của máy bay, bắt buộc phải lắp đối với các máy bay được đăng ký tại Vương quốc Anh trong hai giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên dành cho các loại máy bay vận tải công cộng có động cơ tuabin mới có trọng lượng trên 12.000 lb (5.400 kg) được yêu cầu vào năm 1965, với yêu cầu thêm vào năm 1966 đối với động cơ vận chuyển piston có động cơ trên 60.000 lb (27.000 kg), với yêu cầu trước đó được mở thêm cho tất cả các phương tiện vận tải bằng máy bay phản lực. Một trong những cách sử dụng dữ liệu đầu tiên của Vương quốc Anh đối với dữ liệu được khôi phục sau một vụ tai nạn máy bay là dữ liệu được khôi phục từ máy ghi dữ liệu Royston “Midas” trên tàu Midland Argonaut của Anh có liên quan đến Thảm họa hàng không Stockport năm 1967.
 
Các thiết kế của Hoa Kỳ
 
Máy ghi chuyến bay được phát minh và cấp bằng sáng chế tại Hoa Kỳ bởi Giáo sư James J. “Crash” Ryan, giáo sư kỹ thuật cơ khí tại Đại học Minnesota từ năm 1931 đến năm 1963. Bằng sáng chế “Máy ghi chuyến bay” của Ryan được nộp vào tháng 8 năm 1953 và được phê duyệt vào Ngày 8 tháng 11 năm 1960, là Bằng sáng chế Hoa Kỳ 2.959.459. Bằng sáng chế thứ hai của Ryan cho “Thiết bị mã hóa cho máy ghi chuyến bay và tương tự” là Bằng sáng chế Hoa Kỳ 3.075.192, ngày 22 tháng 1 năm 1963. Một nguyên mẫu ban đầu của Máy ghi dữ liệu chuyến bay Ryan được mô tả trong bài báo Lịch sử hàng không tháng 1 năm 2013 với tựa đề “Cha đẻ của Hộp đen “của Scott M. Fisher.
 
Ông bắt đầu làm việc với ý tưởng về máy ghi chuyến bay vào năm 1946, và phát minh ra thiết bị này để đáp ứng yêu cầu năm 1948 từ Ban Hàng không Dân dụng nhằm thiết lập các quy trình vận hành để giảm rủi ro không khí. Yêu cầu là một phương tiện tích lũy dữ liệu chuyến bay. Thiết bị ban đầu được gọi là “Máy ghi chuyến bay của General Mills”.
 
Lợi ích của máy ghi chuyến bay và thiết bị mã hóa máy ghi chuyến bay đã được Ryan vạch ra trong nghiên cứu của ông có tựa đề “Các nền kinh tế trong hoạt động hàng không với máy ghi chuyến bay” được đưa vào Hồ sơ của Quốc hội vào năm 1956. Máy ghi chuyến bay của Ryan duy trì việc ghi liên tục chuyến bay của máy bay dữ liệu như nhiệt độ khí thải của động cơ, lưu lượng nhiên liệu, vận tốc máy bay, độ cao, vị trí bề mặt điều khiển và tốc độ hạ cánh.
 
“Máy ghi âm buồng lái” (CSR) được phát minh độc lập và được cấp bằng sáng chế bởi Edmund A. Boniface Jr., một kỹ sư hàng không tại Lockheed Aircraft Corporation. Ban đầu, ông đã nộp đơn cho Văn phòng Sáng chế Hoa Kỳ vào ngày 2 tháng 2 năm 1961, với tư cách là “Máy ghi âm buồng lái máy bay”. Phát minh năm 1961 bị một số người coi là “xâm phạm quyền riêng tư”. Sau đó, Boniface đã đệ trình một lần nữa vào ngày 4 tháng 2 năm 1963, cho một “Máy ghi âm buồng lái” (Bằng sáng chế Hoa Kỳ 3,327,067) với việc bổ sung một công tắc có lò xo cho phép phi công xóa bản ghi âm / băng âm thanh khi kết thúc một chuyến bay và hạ cánh an toàn.
 
Sự tham gia của Boniface trong các cuộc điều tra tai nạn máy bay vào những năm 1940 và trong các cuộc điều tra tai nạn về việc mất một trong các cánh ở độ cao hành trình trên mỗi chiếc trong số hai máy bay động cơ phản lực cánh quạt Lockheed Electra (Chuyến bay 542 do Hãng hàng không Braniff khai thác năm 1959 và Chuyến bay 710 vận hành của hãng hàng không Northwest Orient vào năm 1961) khiến ông tự hỏi các phi công có thể đã nói những gì ngay trước khi mất cánh và trong quá trình hạ cánh cũng như loại và bản chất của bất kỳ âm thanh hoặc tiếng nổ nào có thể xảy ra trước hoặc xảy ra trong quá trình mất cánh.
 
Bằng sáng chế của ông là cho một thiết bị ghi lại âm thanh nhận xét của phi công và động cơ hoặc các âm thanh khác được “chứa trong máy ghi âm trên chuyến bay trong một hộp kín được gắn chống va đập, chống cháy và cách nước” và “được niêm phong theo cách có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt khi hỏa hoạn va chạm “. CSR là một thiết bị tương tự cung cấp một vòng lặp ghi / xóa liên tục (kéo dài 30 phút trở lên) của tất cả các âm thanh (tiếng nổ, giọng nói và tiếng ồn của bất kỳ bộ phận cấu trúc máy bay nào đang bị gãy và vỡ nghiêm trọng) có thể bị nghe trộm trong buồng lái .

Hộp đen hoạt động như thế nào?

Hộp đen giúp làm rõ nguyên nhân tai nạn và tìm cách phòng tránh. Thiết bị được sử dụng lần đầu tiên là vào năm 1947. sau năm 1958 bắt buộc phải có chúng trên máy bay theo các quy tắc do Ủy ban Hàng không Dân dụng đặt ra.
 
Hộp đen lưu trữ tất cả các loại thông tin và cuộc trò chuyện về máy bay. Nhờ thiết kế chắc chắn, nó có thể được bảo vệ ngay cả trong những điều kiện khó khăn nhất. Hộp đen của máy bay chở khách có thể gửi tín hiệu dưới biển trong 90 ngày. Các hộp đen, nặng trung bình 5 kg, được kích hoạt ngay khi chúng tương tác với nước và bắt đầu gửi tín hiệu. Vì vậy, bất kỳ đội tìm kiếm vị trí máy bay rơi thậm chí có thể tìm thấy nó dưới biển.
 
Cuộc trò chuyện của các phi công được ghi lại trong hộp đen. Vì vậy, các nhà nghiên cứu có thể lắng nghe cuộc trò chuyện cuối cùng của các phi công. Tuy nhiên, điều này không áp dụng cho mọi hộp đen. Một số hộp đen chỉ ghi dữ liệu về máy bay, trong khi những hộp khác thực hiện cả hai công việc.
 
Hộp đen được thiết kế để ít bị ảnh hưởng nhất khi va chạm. Đây là lý do tại sao chúng nằm ở phần đuôi của máy bay.
 
Hộp đen được thiết kế chắc chắn như đá granit. Ngay cả ở nhiệt độ 1100 độ C, tính toàn vẹn của cấu trúc có thể vẫn còn nguyên vẹn trong một thời gian nhất định. Điều này tạo cơ hội cho ngành nghiên cứu lý do máy bay rơi và những gì có thể làm để ngăn ngừa các tai nạn trong tương lai.
 
Các hộp đen phải trải qua nhiều cuộc thử nghiệm an toàn trước khi chúng được lắp lên máy bay. Chỉ những hộp đen có thể vượt qua các bài kiểm tra an toàn này mới được sử dụng trên máy bay.
 
cách hoạt động của hộp đen máy bay
cách hoạt động của hộp đen máy bay
 
Hộp đen tuy không phải là một thiết bị mới nhưng ngày nay nó vẫn hoạt động với nguyên lý tương tự. Các cuộc trò chuyện trong 2 giờ cuối cùng trong buồng lái, cùng với dữ liệu từ 25 giờ qua của máy bay, được thiết bị này ghi lại.
 
Khi chiếc hộp này bị mất ở bất cứ đâu, nó sẽ tiếp tục phát ra sóng cùng với tiếng bíp trong khoảng 30 ngày. Các điều tra viên có thể nhận ra âm thanh này từ khoảng cách khoảng 2-3 km. Một sự thật thú vị liên quan đến Hộp đen là nó có thể phát ra sóng từ độ sâu 14000 feet dưới biển. Mặc dù hộp đen không phản ánh một bức tranh rõ ràng về các vụ tai nạn máy bay và trong một số trường hợp ngẫu nhiên, nó khó có thể được tìm thấy nhưng một thực tế chắc chắn là nó đóng một vai trò quan trọng trong việc điều tra các vụ tai nạn máy bay.

Cấu tạo của một hộp đen máy bay

Một hộp đen máy bay được thiết kế bao gồm: nguồn điện, bộ nhớ, bảng điều khiển điện tử, thiết bị đầu vào và đèn hiệu.
  • Nguồn điện: Cả FDR và ​​CVR đều chạy bằng nguồn điện điện áp kép (115 VAC hoặc 28 DC), giúp các thiết bị này có thể sử dụng linh hoạt trên nhiều loại máy bay. Pin được thiết kế để hoạt động liên tục trong 30 ngày và có thời hạn sử dụng sáu năm.
  • Bộ nhớ có thể sống sót trong sự cố (CSMU): CSMU được thiết kế để lưu giữ 25 giờ thông tin chuyến bay kỹ thuật số. Thông tin được lưu trữ có chất lượng rất cao vì thiết bị điện tử hiện đại của thiết bị cho phép lưu trữ dữ liệu ở dạng không nén.
  • Bảng mạch điều khiển và mạch tích hợp (ICB): Bo mạch này chứa mạch điện tử hoạt động như một tổng đài cho dữ liệu đến.
  • Aircraft Interface: máy bay: Cổng này đóng vai trò là kết nối cho các thiết bị đầu vào mà từ đó hộp đen thu được tất cả thông tin của chúng về máy bay. Giao diện FDR nhận và xử lý tín hiệu từ nhiều thiết bị khác nhau trên máy bay, chẳng hạn như chỉ báo tốc độ, cảnh báo cảnh báo trên máy bay, máy đo độ cao, v.v. Nó được sử dụng cho CVR nhận và xử lý tín hiệu từ micrô khu vực buồng lái, thường được gắn ở đâu đó trên bảng điều khiển thiết bị trên cao giữa hai phi công. Micrô dùng để thu các âm thanh có thể hỗ trợ các nhà điều tra xác định nguyên nhân gây ra tai nạn, chẳng hạn như tiếng ồn của động cơ, cảnh báo dừng máy, phần mở rộng và thu hồi của thiết bị hạ cánh, cũng như các tiếng nhấp và bật khác. Những âm thanh này có thể giúp xác định thời gian xảy ra một số sự kiện liên quan đến sự cố. Micrô cũng chuyển tiếp thông tin liên lạc với Kiểm soát không lưu, thông báo thời tiết tự động qua radio và cuộc trò chuyện giữa phi công và phi hành đoàn mặt đất hoặc tiếp viên.
  • Báo hiệu định vị dưới nước (ULB): Mỗi máy ghi có thể được trang bị Báo hiệu Định vị Dưới nước (ULB) để hỗ trợ xác định vị trí của nó trong trường hợp xảy ra tai nạn trên mặt nước. Thiết bị, thường được gọi là “pinger”, được kích hoạt khi máy ghi âm được ngâm trong nước. Nó truyền tín hiệu âm thanh trên 37,5 KHz có thể được phát hiện bằng một bộ thu đặc biệt. Các
  • Máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR): là một hệ thống máy tính thu nhỏ theo dõi nhiều loại dữ liệu liên quan đến chuyến bay của máy bay, bao gồm cả tốc độ bay, vị trí và độ cao của nó. Hệ thống được đặt trong một thùng kim loại nặng được chế tạo để chịu được sức ép khi va chạm. beacon có thể truyền từ độ sâu đến 14.000 ft (4.200 m)

Trả lời