جعبه سیاه هواپیما، شاهد خاموش و رازگشای حوادث هوایی

جعبه سیاه هواپیما اطلاعات مهمی از قبیل ارتفاع، سرعت، جهت و عملکرد موتور را در طول پرواز ثبت می کند.

جعبه سیاه هواپیما یا ضبط‌کننده اطلاعات پرواز به طور متداول، یک تجهیزات حیاتی در هواپیماهاست که پارامترهای عملکرد و عملیاتی هواپیما را ثبت می‌کند. وظیفه اصلی آن، جمع‌آوری و ذخیره داده‌هایی از سنسورها و تجهیزات مختلف هواپیماست تا در صورت وقوع حوادث، اطلاعات مربوط به پرواز در دسترس محققان قرار گیرد. این دستگاه معمولاً یکی از دو نوع جعبه سیاه در هواپیما است، که نوع دیگر آن ضبط‌کننده صدای کابین خلبان است. در برخی موارد، این دو نوع جعبه سیاه در یک واحد ترکیبی تلفیق می‌شوند. ضبط‌کننده‌های ترکیبی باید الزامات تجهیزات ضبط‌کننده پرواز را که در مقررات هوانوردی مشخص شده‌اند، برآورده کنند.

فهرست مطالب

• جعبه سیاه هواپیما چیست؟
• جعبه سیاه هواپیما چه رنگی است و چرا؟
• همه چیز درباره اختراع جعبه سیاه هواپیما
• تاریخچه ضبط کننده های اطلاعات پرواز
• اصول عملکرد ضبط کننده اطلاعات پرواز
• زبان جعبه سیاه هواپیما
• الزامات ایکائو برای جعبه سیاه هواپیما
• دلایل آسیب نرسیدن به جعبه سیاه پس از سقوط
• قرارگیری جعبه سیاه در هواپیما
• استانداردهای فعلی مقاومت ضبط کننده های پرواز

جعبه سیاه هواپیما چیست؟

جعبه سیاه هواپیما، به‌عنوان «ضبط‌کننده الکترونیکی اطلاعات پرواز» در صنعت هواپیمایی شناخته می‌شود. اما به طور کلی، می‌توان گفت که جعبه سیاه هواپیما، یک وسیله قوی و مقاوم است که به‌صورت مداوم تمام جزئیات مربوط به پروازهای هواپیما را ثبت می‌کند. این ابزار با استفاده از هارد دیسک‌هایی که به‌شدت تقویت شده‌اند، عملکرد هواپیما را به‌دقت ثبت می‌کند. جعبه سیاه در تمامی هواپیماها نصب می‌شود تا اطلاعات لحظه‌ای پروازهای داخلی و بین‌المللی را ذخیره و ثبت کند. این اطلاعات با الگوریتم خاصی به‌طور دقیق ثبت می‌شوند تا همیشه آخرین و مهم‌ترین داده‌ها در دسترس باشند.

جعبه سیاه هواپیما چه رنگی است و چرا؟

شاید تعجب کنید اما لازم به ذکر است که رنگ جعبه سیاه هواپیما بر خلاف نامش به رنگ نارنجی روشن است.
اما شاید برایتان سوا باشد که چرا جعبه سیاه هواپیما سیاه است؟ ریشه پیدایش جعبه سیاه به دهه ۱۹۳۰ برمی‌گردد، زمانی که مهندس فرانسوی فرانسوا هوسنو شروع به کار روی یک دستگاه ثبت اطلاعات مجهز به حسگرهایی کرد که حدود ده پارامتر را به صورت نوری روی یک فیلم عکاسی نمایش می‌داد. این فیلم به طور مداوم درون یک جعبه ضد نور حرکت می‌کرد، از همین رو نام «جعبه سیاه» برای آن ماندگار شد، هرچند که رنگ این دستگاه در واقع نارنجی است نه سیاه. در حقیقت، رنگ نارنجی از همان ابتدا به دلیل سهولت تشخیص جعبه فلزی انتخاب شده بود.

همه چیز درباره اختراع جعبه سیاه هواپیما

در دهه ۵۰ میلادی، دکتر دیوید وارن ایده‌ی اولیه ساخت جعبه سیاه را ارائه کردند. این دستگاه قادر بود اطلاعات پرواز و صداهای داخل کابین خلبان را قبل از سقوط هواپیما ضبط کند. وارن نمونه اولیه این دستگاه را در استرالیا ساخت، اما در این کشور استقبال نکرد. این اختراع به عنوان «تخم‌مرغ قرمز» معرفی شد، اما بعدها به دلیل رنگ داخلی سیاهش، به «جعبه سیاه» شناخته شد. استرالیا در سال ۱۹۶۷ اولین کشوری بود که استفاده از دو جعبه سیاه در هواپیماها را اجباری کرد. امروزه، تکنولوژی مشابه (بلک باکس) در خودروها هم استفاده می‌شود، تا در صورت وقوع حوادث، اطلاعات مفیدی برای درک خرابی‌ها و تعیین مسئولیت فراهم شود.

تاریخچه ضبط کننده های اطلاعات پرواز

جعبه سیاه هواپیما اولین بار در دهه ۱۹۵۰ معرفی شدند. نسل اول این دستگاه‌ها از فویل فلزی به عنوان حافظه استفاده می‌کردند. فویل فلزی در جعبه‌ای مقاوم در برابر سقوط نصب شده در انتهای هواپیما نگهداری می‌شد. از سال ۱۹۶۵، رنگ این جعبه‌ها که به جعبه سیاه معروف شد، به نارنجی یا زرد روشن تغییر یافت تا پیدا کردن آن‌ها در محل سقوط آسان‌تر شود. نسل دوم جعبه سیاه هواپیما در دهه ۷۰ میلادی با افزایش نیاز به ثبت داده‌های بیشتر معرفی شد. اما این دستگاه‌ها توانایی پردازش حجم بالای داده‌های ورودی سنسورها را نداشتند. راه‌حل توسعه واحد دریافت اطلاعات پرواز این بود که سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال مختلفی را از تعدادی سنسور و سیستم‌های الکترونیکی هواپیما دریافت می‌کند و سپس آن‌ها را به جعبه سیاه هواپیما و در صورت نصب، به ضبط‌کننده دسترسی سریع ارسال می‌کند. اطلاعات ارسال شده از واحد دریافت اطلاعات پرواز به جعبه سیاه از طریق فریم‌های داده خاصی منتقل می‌شود که به سازنده هواپیما بستگی دارد.

نسل دوم  جعبه سیاه دیجیتال از نوار مشابه نوار ضبط صدا استفاده می‌کند. این نوار ۳۰۰ تا ۵۰۰ فوت طول دارد و می‌تواند تا ۲۵ ساعت داده را ضبط کند. نوار در یک دستگاه کاست که در یک محفظه ضد ضربه قرار دارد، نگهداری می‌شود. تغییرات قانون سازمان هوانوردی فدرال آمریکا در اواخر دهه ۱۹۸۰، جایگذاری جعبه سیاه هواپیما از نسل  اول با ضبط‌کننده‌های دیجیتال را اجباری کرد. بسیاری از جعبه سیاه‌های  قدیمی با ضبط‌کننده‌های نوار مغناطیسی نسل دوم جایگزین شدند که می‌توانند بدون نیاز به واحد دریافت اطلاعات پرواز داده‌های ورودی را پردازش کنند. اکثر این دستگاه‌ها می‌توانند تا ۱۸ پارامتر ورودی (سیگنال) را پردازش کنند. این الزام بر اساس هواپیمایی با چهار موتور و نیاز به ثبت ۱۱ پارامتر عملیاتی تا ۲۵ ساعت تعیین شد.

جدیدترین ضبط‌کننده‌ها از فناوری حالت جامد استفاده می‌کنند. فناوری حالت جامد از آرایه‌های انباشته‌ای از تراشه‌های حافظه استفاده می‌کند، بنابراین قطعه متحرکی ندارد. عدم وجود قطعات متحرک به معنای تعمیر و نگهداری کمتر و احتمال کمتری برای شکستن دستگاه در هنگام سقوط است. داده‌های هر دو دستگاه ضبط‌کننده صدای کابین خلبان و ضبط‌کننده صدای پرواز در بردهای حافظه انباشته شده داخل (واحد حافظه مقاوم در برابر سقوط) ذخیره می‌شود.

مدرن‌ترین سیستم‌های جعبه سیاه هواپیما فرستنده موقعیت‌یاب اضطراری (ELT) را در خود جای داده‌اند و برخی از ضبط‌کننده‌های به‌روز نیز برای کمک به موقعیت‌یابی در صورت تصادف روی آب به یک فرستنده موقعیت‌یاب زیرآبی (ULB) مجهز شده‌اند. وسیله‌ای به نام (پینگر) زمانی که ضبط‌کننده در آب غوطه‌ور می‌شود، به طور خودکار فعال می‌شود. این دستگاه یک سیگنال صوتی با فرکانس ۳۷.۵ کیلوهرتز ارسال می‌کند که می‌توان آن را با یک گیرنده مناسب تشخیص داد. در مورد جدیدترین ضبط‌کننده‌ها، این انتقال‌ها تقریباً در عمیق‌ترین نقاط اقیانوسی قابل تشخیص هستند، اما از آنجایی که باتری‌خورد می‌شوند، انتقال آن‌ها فقط برای مدت محدودی ادامه می‌یابد.

اصول عملکرد ضبط کننده اطلاعات پرواز

ضبط داده های پرواز:

جعبه سیاه هواپیما (FDR) پارامترهای عملیاتی پرواز را ثبت می‌کند، از جمله زمان، ارتفاع، سرعت، جهت، و وضعیت هواپیما. این دستگاه معمولاً بیش از ۱۰۰۰ ویژگی دیگر در حین پرواز نیز ثبت می‌کند، از جمله موقعیت فلپ، حالت خلبان خودکار، و آلارم دود. بررسی سالانه جعبه سیاه هواپیما برای اطمینان از ثبت تمام پارامترهای اجباری الزامی است.

حامل های داده:

در زمینه حامل‌ های داده، قبلاً از نوار مغناطیسی استفاده می‌شد، اما اکنون بیشتر دستگاه ضبط اطلاعات پروازها از ضبط دیجیتال استفاده می‌کنند. فناوری حالت جامد نیز بهبود‌های قابل توجهی را به دستگاه‌های جعبه سیاه ارائه داده است، از جمله افزایش ظرفیت ضبط، دوام در برابر سقوط و آتش، و افزایش قابلیت اطمینان.

فناوری حالت جامد:

اصول عملکرد جعبه سیاه هواپیما داده‌های مختلفی را برای بررسی حوادث هوایی و بهبود ایمنی جمع‌آوری می‌کند. فناوری ضبط همچنین از نوار مغناطیسی به حالت جامد پیشرفت کرده است، که ظرفیت ضبط، دوام، و قابلیت اطمینان را افزایش داده است.

زبان جعبه سیاه هواپیما:

زبان جعبه سیاه هواپیما انگلیسی است. این زبان به عنوان زبان جهانی هوانوردی شناخته می‌شود و در اکثر سیستم‌های ناوبری و ارتباطی هوایی به کار می‌رود. علاوه بر انگلیسی، زبان فرانسه نیز به عنوان زبان دوم در جعبه سیاه هواپیما استفاده می‌شود. این امر به دلیل سابقه طولانی فرانسه در هوانوردی و نقش آن در سازمان بین‌المللی هوانوردی غیرنظامی (ایکائو ICAO) است.

الزامات ایکائو برای جعبه سیاه هواپیما

بر اساس استانداردهای ایکائو (سازمان بین‌المللی هوانوردی غیرنظامی)، ضبط‌کننده اطلاعات پرواز نوع ۱ باید پارامترهایی مانند مسیر پرواز، سرعت، وضعیت، قدرت موتور و پیکربندی ثبت کند. از سوی دیگر، ضبط‌کننده‌های اطلاعات پرواز نوع ۲ و ۲A باید اطلاعاتی از قبیل مسیر پرواز، سرعت، وضعیت، قدرت موتور و همچنین مقاومت وسایل بالابرنده را ثبت کنند. استانداردهای ایکائو در بخش ۶.۳ و پیوست D تعیین می‌کند که چه پارامترهایی باید توسط ضبط‌کننده‌های اطلاعات پرواز ثبت شود. همچنین، مشخصات مربوط به تجهیزات جعبه سیاه هواپیما براساس حداکثر جرم مجاز تیک‌آف و تاریخ صدور اولین گواهی نامه صلاحیت پرواز فردی مشخص می‌شود.

به‌طور مثال، هواپیماهای با حداکثر جرم مجاز تیک‌آف بیش از ۵۷۰۰ کیلوگرم، که گواهی نامه صلاحیت پرواز فردی آن‌ها برای اولین بار پس از ۱ ژانویه ۲۰۰۵ صادر می‌شود، باید به یک دستگاه جعبه سیاه هواپیما  نوع IA مجهز شوند. با توجه به استانداردها و روش‌های توصیه‌شده ایکائو، فقط از دستگاه‌های ضبط‌کننده ترکیبی (FDR/CVR) می‌توان برای برآورده کردن الزامات تجهیز ضبط‌کننده پرواز طبق مشخصات ضمیمه D استفاده کرد.

دلایل آسیب نرسیدن به جعبه سیاه پس از سقوط

در حوادث سقوط هواپیما، جعبه سیاه به عنوان واحدی باقی‌مانده و ارزشمند شناخته می‌شود. این جعبه، معمولاً تنها قسمتی از هواپیما است که بعد از سانحه باقی می‌ماند. طراحی آن بسیار مقاوم است و شامل سه لایه مختلف است: یک محفظه آلومینیومی، یک عایق حرارتی و یک پوسته فولادی ضدزنگ یا تیتانیوم.

این لایه‌های محافظتی باعث می‌شوند که داده‌های پرواز درون جعبه سیاه، حتی پس از حوادث شدید مانند حریق و فشار زیاد، حفظ شوند. اهمیت این لایه‌های محافظ بسیار بالاست؛ زیرا اگر این لایه‌ها وجود نداشته باشند، جعبه سیاه دچار آسیب می‌شود و اطلاعات مهم درون آن از بین می‌رود. به همین دلیل، ساخت و تست جعبه سیاه با دقت بالا صورت می‌گیرد تا اطمینان از ایمنی و عملکرد صحیح آن حاصل شود.

قرارگیری جعبه سیاه در بخش انتهایی یا دم هواپیما

جعبه سیاه هواپیما، معمولاً در یکی از قسمت‌هایی از هواپیما قرار می‌گیرد که به عنوان یکی از محافظت‌ترین نقاط آن شناخته می‌شود. این جعبه، به‌طور استثنایی در قسمت دم یا بخش انتهایی هواپیما قرار می‌گیرد. چرا که به طور تجربی و علمی ثابت شده است که در صورت بروز سانحه هوایی، قسمت عقب هواپیما کمترین آسیب را می‌بیند. همچنین، در صورت وقوع آتش‌سوزی، بخش عقبی هواپیما آخرین قسمتی است که دچار آتش‌سوزی می‌شود. بنابراین، جایگذاری جعبه سیاه در قسمت دم هواپیما، اطمینان بیشتری از حفظ اطلاعات مهم در شرایط بحرانی فراهم می‌کند و به این ترتیب از امنیت و اعتماد بیشتری برخوردار است.

استانداردهای فعلی مقاومت ضبط کننده های پرواز

این استانداردها توسط سازمان فنی هواپیمایی (TSO) تعریف شده و برای ضبط‌کننده‌های صدای کابین خلبان (CVR) و ضبط‌کننده‌های اطلاعات پرواز (جعبه سیاه هواپیما) (FDR) اعمال می‌شوند:

• آتش با شدت بالا: شعله با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۳۰ دقیقه کل جعبه سیاه را فرا می‌گیرد. در صورت استفاده از پروتکل تست ED56، این مدت به ۶۰ دقیقه افزایش می‌یابد
• آتش با شدت پایین: جعبه سیاه به مدت ۱۰ ساعت در دمای ۲۶۰ درجه سانتی‌گراد قرار می‌گیرد.
• ضربه شدید: جعبه سیاه می‌تواند حداکثر نیروی شتاب ۳۴۰۰ برابر گرانش زمین (G) را برای ۶.۵ میلی‌ثانیه تحمل کند.
• فشار ایستا: جعبه سیاه هواپیما می‌تواند وزنی معادل ۵۰۰۰ پوند را به مدت ۵ دقیقه در هر محور تحمل کند.
• غوطه‌وری در مایعات: جعبه سیاه می‌تواند به مدت ۲۴ ساعت در مایعات هواپیما مانند سوخت و روغن غوطه‌ور شود.
• غوطه‌وری در آب: جعبه سیاه هواپیما می‌تواند به مدت ۳۰ روز در آب دریا غوطه‌ور شود.
• مقاومت در برابر نفوذ: در صورت رها شدن از ارتفاع ۱۰ فوتی با نقطه تماس ¼ اینچی، جعبه سیاه نباید با بیش از ۵۰۰ پوند آسیب ببیند.
• فشار هیدرواستاتیک: جعبه سیاه باید بتواند در برابر فشار معادل عمق ۲۰ هزار فوتی آب (حدود ۶ کیلومتری) مقاومت کند.

نکات کلیدی درباره استاندارهای جعبه سیاه

این استانداردهای سختگیرانه تضمین می‌کنند که جعبه‌های سیاه حتی در شرایط شدید حوادث مانند آتش‌سوزی، سقوط و غوطه‌وری در آب بتوانند اطلاعات حیاتی را برای بررسی سوانح هوایی حفظ کنند. این اطلاعات برای بهبود ایمنی پرواز و نجات جان انسان‌ها در حوادث احتمالی آینده بسیار ارزشمند است.