جعبه سیاهی که سیاه نیست

تهیه کننده : محمود کریمی
منبع : راسخون

در مواردی که هواپیمایی سقوط می‌کند و حادثه‌ای غم‌انگیز به بار می‌آورد، کارشناسان تلاش‌هایی را بکار می‌گیرند تا علت حادثه را روشن کنند، و احتمالا از تکرار چنین حوادث دردناک جلوگیری بعمل آورند. در بیشتر موارد شدت حادثه به حدی است که متاسفانه کسی زنده نمی‌ماند تا بتواند واقعه را بازگو کند و جزئیات کافی و مفیدی بدست دهد. از این رو پژوهشگران غالبا سرنخ‌ها را در میان لاشه هواپیما و قطعات به جا مانده از آن جستجو می‌کنند. برای آنکه پژوهشگران و کارشناسان بتوانند پس از سقوط هواپیما موضوع را بررسی کنند، هواپیماها را به دستگاهی به نام جعبه سیاه مجهز می‌کنند.
با بروز هر سانحه‌ای برای یک هواپیما سوالات زیادی در مورد علت سقوط هواپیما مطرح می‌شود. پاسخ به این سوالات به کمک سیستم‌های Flight Data Recorder (FDR) ( ضبط کننده اطلاعات پرواز) و Cockpit Voice Recorder یا (CVR) ( ضبط کننده صدای کابین خلبان) که در مجموع جعبه سیاه نامیده می‌شود، انجام می‌گیرد.FDR ضبط کننده صداهای داخل کابین خلبان، و همه مکالمات رادیویی و صدای موتورها میباشد.
CVR پارامترهایی همچون ارتفاع، سرعت هوایی، جهت حرکت، شتاب وارد بر هواپیما، تعداد مکالمات انجام شده خلبان با برج مراقبت و بالعکس، حرارت اطراف موتورها، دور موتورها، وضعیت هوای سوخت هواپیما، شرایط ترمز هواپیما، وضعیت ضد یخ روی لبه حمله هواپیما و شرایط بالچه و سطوح کنترل را ثبت و ضبط میکند.این سیستم‌ها هر یک قیمتی بین 10000$ تا 15000$ دارند.
تاریخچه
برادران رایت در واقع اولین کسانی بودند که از این سیستم ها استفاده می‌کردند. آنها از وسیله‌ای برای ضبط چگونگی چرخش پره‌های ملخ استفاده می‌کردند. اما استفاده گسترده از اینگونه سیستم‌ها تا قبل از جنگ جهانی دوم آغاز نشد. این سیستم در واقع بیشتر اطلاعات مربوط به نحوه عملکرد هواپیما را ضبط می‌نمود.
نخستین بار چارلز لیندبرگ در سفر هوایی خود بر فراز اقیانوس اطلس ابتدایی‌ترین نوع جعبه سیاه را بکار گرفت. از آن زمان تا کنون در ساختمان جعبه سیاه تغییرات زیادی داده‌اند. جعبه‌ای که لیندبرگ از آن استفاده کرد، ارتفاع پرواز و اطلاعات مربوط به زمان پرواز را ثبت می‌کرد. تا چند سال استفاده از وسیله‌ای که اطلاعات مربوط به پرواز را ثبت کند، اختیاری بود. در سال 1947 استفاده از جعبه سیاه در هواپیماها اجباری شد. اما معایب و نواقص جعبه‌های سیاه به حدی بود که پژوهشگران به اطلاعات ثبت شده اعتماد چندانی نداشتند. به همین دلیل حکم اجباری بودن استفاده از جعبه‌های سیاه لغو شد. ده سال بعد پیشرفت‌های علمی موجب شد تا بار دیگر کارشناسان به کار جعبه‌های سیاه اطمینان پیدا کنند. امروزه در تمامی هواپیماها از جعبه‌های سیاه ، که در واقع ثبت کننده اطلاعات مربوط به پرواز هواپیما است، استفاده می‌شود.
خصوصیات جعبه سیاه
رنگ جعبه سیاه بر خلاف نامش سیاه نیست، رنگ آن نارنجی روشن و گاهی زرد است. زیرا این رنگ در میان قطعات متلاشی هواپیما بهتر جلب توجه می‌کند. برای آنکه اطلاعات ذخیره شده در داخل جعبه‌های سیاه به آسانی لطمه نبیند، این جعبه‌ها باید در برابر آتش و ضربه مقاوم باشند و به همین دلیل در قسمت عقب هواپیما نصب می شوند. این دستگاهها را طوری می‌سازند که به مدت نیم ساعت در برابر گرمای شدید تا 1000 درجه سانتیگراد مقاومت کنند. حفاظ آنها نیز باید ضربه یک میله فولادی به وزن 250 کیلوگرم را که از ارتفاع 3 متری سقوط کرده است، تحمل کند. جعبه‌های سیاه به شکل مکعب مستطیل هستند و عرض و طول آنها در حدود 12.5 سانتیمتر و طولشان 30 تا 50 سانتیمتر است.
جعبه‌های سیاه به دستگاه کوچکی مجهز هستند که در اثر تماس با آب صدای بلندی معادل 37.4 کیلو هرتز تولید می‌کنند.
پالس‌های فرستاده شده توسط ULB، از عمق 7 هزار متری توان رسیدن به سطح را دارند. زمانی که ULB فعال می‌شود، در هر ثانیه یک بار به صدا در می‌آید و این عمل را تا 30 روز انجام می‌دهد. واحد ULB توسط یک باطری با عمر شش سال کار می‌کند و احتمال آسیب دیدگی آن در اثر ضربات شدید بسیار کم است.
این دستگاه در مواقعی که در آب فرو رود، فعال میشود. علائم ارسالی توسط هواپیماها و بالگردهای جستجو و نجات که به گیرنده های مخصوص مجهز هستند، قابل دریافت است.
نصب جعبه در عقب هواپیما احتمال آسیب دیدن آن را تا حد امکان پایین می آورد و رنگ نارنجی روشن آن، پیدا کردنش را در میان انبوه بقایای پراکنده هواپیما آسان می سازد.
گیرنده های متصل به این جعبه که صدا و اطلاعات را برای آن می آورند در سراسر هواپیما پراکنده اند و می توانند بیش از صدها پارامتر پروازی و تمامی مکالمات کابین خلبان را لحظه به لحظه ثبت کرده و برای ضبط به جعبه سیاه ارسال کنند. قسمت اصلی این جعبه (که باید بعد از سانحه سالم بماند) حافظه آن است که می تواند حداکثر 2 ساعت مکالمات کابین و 25 ساعت اطلاعات پروازی را ثبت و ذخیره کند. این قسمت حافظه مقاوم در برابر سانحه (CSMU) نامیده می شود.CSMU شامل واحدهای مغناطیسی یا دیجیتالی حافظه است که در یک استوانه مقاوم قرار داده شده و درون جعبه در کنار تجهیزات الکترونیکی دریافت و ضبط اطلاعات نصب می شود.
اما این حافظه ی ظریف چطور فشارها و حرارت ناشی از انفجار یا سانحه را تحمل می کند؟
CMUS درون جعبه سیاه solid- state توسط سه لایه از مواد، ضمن عایق کردن بسته memory board که اطلاعات دیجیتالی شده را ذخیره می‌کند، از آن محافظت نیز می‌نماید. مواد بکار رفته در این بخش از recorder ها با شروع از قسمتهای داخلی بسمت قسمتهای خارجی عبارتند از:
- Aluminum housing : لایه‌‌ نازکی از آلومینیوم است که اطراف کارتهای حافظه را فرا گرفته است.

- High-temperature insulation : این بخش که شامل ماده سیلیس خشک است با داشتن ضخامتی در حدود 1 اینچ، پوشش حرارتی مقاومی را ایجاد می‌کند که از واحد memory board در زمان آتش‌سوزی محافظت می‌کند.
- Stainless-steel shell : عایق‌ حرارتی فوق، در پوشش محافظ فولادی ضدزنگی که تقریبا 0.25 اینچ ضخامت دارد، قرار می‌گیرد که البته برای مقاومت بیشتر آن از تیتانیوم هم در قسمتهای بیرونی استفاده می‌شود.
اما چنین مجموعه ای هنوز باید آزمایش های سنگین و ویژه ای را از سر بگذراند تا توانایی آن برای محافظت از اطلاعات به اثبات برسد. این آزمایش ها معمولا ً به صورت زیر هستند:
• آزمایش برخورد: واحد CSMU با شتاب 3400g (که به وسیله ی یک تفنگ هوا ایجاد می شود) به یک هدف آلومینیومی اصابت می کند و به این ترتیب تحت تاثیر نیروی 3400 برابر وزنش قرار می گیرد.
• آزمایش سقوط جسم تیز: آزمایش کننده ها برای امتحان مقاومت نفوذی استوانه، یک وزنه 230 کیلوگرمی را که یک میخ فولادی به قطر 6 میلی متر به زیر آن متصل است از ارتفاع 30 متری روی استوانه می اندازند.
• آزمایش فشار ایستا: به مدت 5 دقیقه فشاری معادل 35 مگا پاسکال یا چیزی حدود 350 برابر فشار اتمسفر را بر هر یک از 6 سوی استوانه وارد می کنند.
• آزمایش آتش: واحد CSMU در یک گوی آتش به دمای 1100 درجه که با سه مشعل پروپان ایجاد می شود قرار می گیرد. طبق استاندارد های هواپیمائی، CSMU باید بتواند چنین حرارتی را به مدت یک ساعت تحمل کند.
• آزمایش مقاومت در برابر فشار آب: CSMU به مدت 24 ساعت در یک تانکر آب پر فشار (که محیطی شبیه عمق دریاست) قرار داده می شود.
• آزمایش مقاومت در برابر خوردگی: CSMU سی روز در یک تانکر آب نمک غوطه ور می شود.
• آزمایش مقاومت در برابر مایعات: اجزاء مختلف CSMU درون انواع مایعات هواپیمائی مانند سوخت جت، روان کننده ها و آتش خاموش کن ها قرار داده می شود.
تنها پس از پشت سر گذاشتن همه ی این آزمایش هاست که CSMU شایستگی نصب در جعبه ی سیاه هواپیما را پیدا می کند. بی خود نیست که هر جعبه ی سیاه (با اینکه تجهیزات الکترونیکی چندان پیچیده ای ندارد) تا 15000 دلار قیمت دارد.
همانطور که گفته شد صدای خدمه پرواز و همچنین صداهای دیگر کابین بر روی سامانه ضبط کننده صداهای داخل کابین ذخیره میگردد و میکروفون ضبط کننده صداهای مربوط به سامانه مذکور معمولا بر روی صفحه آلات دقیق بالای سر، واقع در بین دو خلبان نصب شده است.
از جمله صداهایی که توسط گروه بررسی سوانح هوایی بررسی میشود، صدای موتورها، سامانه هشدار دهنده واماندگی موتورها، سامانه باز کننده و جمع کننده ارابه فرود و دیگر موارد مربوط میباشد. همچنین پارامترهای دیگر از جمله دور موتورها، سامانه های از کار افتاده، سرعت و تعیین دقیق زمان حادثه میتواند توسط گروه بررسی مشخص شود. از دیگر مواردی که در سامانه ضبط کننده صداهای داخل کابین هواپیما ثبت میگردد، مکالمات انجام شده بین خلبانان و برج کنترل و شرایط آب و هوایی در لحظات بروز سانحه میباشد. اعضای کمیته بررسی سانحه را معمولا NTSB و FAA، کاربر هواپیما، شرکت سازنده هواپیما و اتحادیه خلبانان تشکیل میدهند که صداهای ضبط شده و اطلاعات پروازی را مورد بررسی دقیق قرار میدهند. به طور کلی سامانه ثبت اطلاعات پروازی نصب شده در هواپیماهای جدید باید حداقل 88 پارمتر مهم از جمله زمان، ارتفاع، سرعت هوایی، جهت حرکت، وضعیت هواپیما و ... را ثبت نماید. البته بعضی از سامانه ها ضبط کننده صداهای داخل کابین هواپیما نیز به گونه ای طراحی و ساخته شده اند که بیش از 1000 پارامتر هوایی را در پرواز ثبت میکنند که این امر به گروه بررسی سوانح هوایی کمک میکند تا به تشخیص دقیق تر عامل حادثه بپردازند.
مشخصات فنی سامانه ضبط کننده صداهای داخل کابین هواپیما (CVR):
حداکثر زمان ضبط صداهای داخل کابین : 30 دقیقه به طور مداوم، در صورت مجهز بودن به سامانه دیجیتالی تا دو ساعت. تعداد کانالها: 4 کانال مقاومت در برابر آتش: تا 1100 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه
مقاومت در برابر فشار آب: تا 20000 پا حداکثر زمان فعال بودن (ULB): 30 روز به طور مداوم و مجهز به باطری با عمر مفید شش سال.
مشخصات فنی سامانه ثبت کننده اطلاعات پرواز (FDR):
حداکثر زمان ثبت اطلاعات پروازی: 25 ساعت به طور مداوم.
مقاومت در برابر آتش: تا 11000 درجه سانتی گراد به مدت 30 دقیقه.
مقاومت در برابر فشار آب: تا 20000پا حداکثر زمان فعال بودن (ULB): 30 روز به طور مداوم و مجهز به باطری با عمر مفید شش سال.

Cockpit Voice Recorder یا CVR مکالمات ردو بدل شده بین خلبان و برج مراقبت / خلبان و مرکز کنترل/ خلبان با کروی پروازی را ثبت و ضبط میکند .
Flight Data Recorder یا FDR پارامترهای پروازی را ضبط می‌کند. سنسورهای زیادی از قسمتهای مختلف هواپیما از طریق سیم‌کشی به سیستم FDR مرتبط شده‌اند. زمانی که کلیدی روشن یا خاموش می‌شود، عملیات آن توسط سیستم FDR به ثبت می‌رسد. کمیت و بازه اطلاعات ضبط شده توسط این سیستم به میزان زیادی متفاوت بوده و به عمر و اندازه هواپیما وابسته است. FDR های مدرن بجای نوارهای مغناطیسی بکار رفته در نوع متوسط آن از memory chip استفاده می‌کنند. نوارهای مغناطیسی که همانند نوار ضبط صوت عمل می‌کنند، با استفاده از هد الکترومغناطیسی به ثبت اطلاعات می‌پردازند. البته از سال 1990 سازندگان سیستم جعبه سیاه به سمت استفاده از تکنولوژی solid-state یا solid-state memory boards پیش رفته‌اند.
( Flight Data Recorder (FDR انواع مختلفی دارد که سه نوع ان عبارتست از:
1ـ نوع نوار فویلی:
اولین نوع دستگاه FDR مدل نوار فویلی بود.این نوع جعبه سیاه از سال 1958در هواپیماها نصب شد.
در این وسیله نوعی نوار از جنس الومینیم یا استیل وجود دارد که به دور قرقره هایی پیچیده شده است.
هنگامی که دستگاه شروع به کار می کند نوار از یک قرقره ی باز و روی قرقره ی دیگر بسته می شود.
طول این ورقه ی آلومینیمی حدود 60متر است و در هر دقیقه حدود 25میلی متر جابه جا می شود.البته طول نوار و سرعت حرکت ان به نوع دستگاه بستگی دارد.هنگامی که نوار حرکت می کند توسط سوزن های مخصوص خط هایی روی نوار نصب می شود .هر کدام از این خط ها در واقع نوعی اطلاعات را ثبت می کنند.
زمانی که هواپیما دچار سانحه شود کارشناسان پس از یافتن جعبه سیاه ان را به مراکز ویژه ای منتقل می کنند تا اطلاعات داخل ان را بررسی نمایند.
هرگونه خراش یا علامتی که روی این نوار داخل جعبه بیفتد ممکن است شواهد مربوط به علل سانحه از بین برود.
2ـ نوع نوار فتوگرافیک:
این نوع جعبه سیاه تقریبا به جعبه ی قبلی شباهت دارد با این تفاوت که نوار ان از کاغذ مخصوصی است و سوزن آن هم ویژگی خاصی دارد.
در این سیستم می توان اطلاعات ثبت شده را به راحتی خواند.
دستگاه FDRفتوگرافیک را باید از مواد رادیوکتیو دور نگه داشت و هنگام باز کردن در جعبه نیز باید از زدن ضربه به ان و علامت گذاری روی ان خودداری کرد.
اگر جعبه سیاه اسیب دیده و نوار ان بیرون امده باشد باید از تابیدن نور به ان جلوگیری کرد.
به همین دلیل عکس برداری از این نوع نوار ممنوع است و به اطلاعات ان صدمه می رساند.
3ـ نوع الکترومغناطیسی:
جعبه های سیاه نوع الکترومغناطیسی خود دو نوع متفاوت دارند.
یک نوع از این دستگاه دارای سیستم دیجیتالی است که از نظر کیفیت و کمیت بر سایر دستگاه ها برتری دارد. برخی از این دستگاه ها می توانند تا 64 پارامتر پروازی را در خود ثبت کنند.
اطلاعات پروازی در این نوع از جعبه های سیاه روی نواری به طول 820 فوت یا 25/0میلی مترقطر و 6/0 سانتی متر عرض ثبت می شود.البته اندازه ی این نوارها به نوع و مدل دستگاه بستگی دارد.
در دستگاه های ضبط کننده ی اطلاعات پروازی نوعی (هد)وجود دارد که با توجه به مدت زمان نوار پس از پاک کردن اطلاعات قبلی اطلاعات جدیدی روی ان ثبت می گردد.
نوع دیگر این دستگاه دارای سیستم فرکانسی می باشد.

گفتیم که FDR یا Flight Data Recorder پارامترهای پروازی را ضبط می‌کند. طبق استانداردهای هوایی حداقل اطلاعاتی که باید توسط این سیستم ضبط شود شامل موارد زیر است:
Time
Vertical acceleration
Control-column position
Rudder-pedal position
Control-wheel position
Horizontal stabilizer
Fuel flow
Indicated Airspeed
Pressure Altitude
Magnetic Heading
Normal Acceleration
Microphone Keying
Microphone Keying که زمان ارتباطهای رادیویی برقرار شده توسط خدمه را ضبط می‌کند، برای تطبیق اطلاعات ضبط شده توسط FDR و CVR بکار می‌رود. سیستم‌های کنونی به منظور بررسی تمامی جهات عملکردی هواپیما تا صدها پارامتر را ضبط می‌کنند.
پس از یافتن جعبه سیاه و انتقال آن به آزمایشگاه اطلاعات از روی recorder ها پیاده شده و تلاش برای بازسازی سانحه آغاز می‌شود. این پروسه تا تکمیل شدن می‌تواند هفته‌ها یا ماهها ادامه یابد. در حال حاضر تولیدکنندگان این سیستم در آمریکا، NTSB را برای تحلیل کامل اطلاعات ذخیره شده در recorder ها به سیستم‌های readout و نرم‌افزارهای لازم برای انجام این امر مجهز می‌نمایند.
در صورتیکه FDR آسیب ندیده باشد، محققین به آسانی می‌توانند با اتصالFDR به سیستم readout ، اطلاعات ذخیره شده را بخوانند. اما در بسیاری از موارد پس از یافتن recorder ها از میان لاشه هواپیما، memory board آن را خارج کرده و پس از تمیز کردن آن، یک کابل رابط بر روی آن نصب کرده و memory board را به یک working recorder متصل می‌نمایند. این recorderکه دارای نرم افزار مخصوصی ‌است اطلاعات را بدون کوچکترین کم و کاستی بازخوانی می‌کند.
کپی برداری از مطالب این مقاله با ذکر منابع اصلی و نقل از راسخون بلا مانع است.
منابع:
www.avia.ir
هوانورد
Roshd.ir (دانشنامه رشد)
سایت علمی دانشجویان ایران(Daneshju.ir)
مجله صنایع هوایی
Arff.blogfa.com
Parscms.com
مجله هواییAir-mag.blogsky.net