如果汽車也裝上“黑匣子”……

寒武

1988年12月21日，美國泛美航空公司的103號班機在英國蘇格蘭洛克比鎮(zhèn)上空爆炸并墜毀，機組人員和259名乘客全部遇難，同時造成地面11人死亡。

2010年7月19日，航空飛行記錄器（俗稱“黑匣子” ） 之父——澳大利亞科學(xué)家戴維·沃倫博士與世長辭，享年85歲。戴維·沃倫的一生飽受空難帶來的痛苦。1925年沃倫出生在澳大利亞北部的偏遠山區(qū)。他9歲時父親死于一場空難，那是澳大利亞最早的空難之一。父親生前送給他的最后一件禮物是一臺晶體管收音機。從此以后，小沃倫最大的一個愛好就是在每晚熄燈之后用收音機聽節(jié)目，這激發(fā)了沃倫對電子和機械的濃厚興趣，也正是這份好奇心將他帶入了澳大利亞墨爾本航空研究實驗室。

“黑匣子”之父

1953年， 世界上第一架噴氣式民航客機——“彗星”客機墜毀。當(dāng)時沃倫所在的墨爾本航空實驗室參與了這起事故的調(diào)查。由于這次空難沒有客機的殘骸和生還者，因此無法提供任何線索。在上世紀50年代早期，噴氣式飛機上使用的新燃料比傳統(tǒng)的飛機燃料更容易在高空爆炸，這被認為是“彗星”墜毀的一個可能的原因。在聽取有關(guān)墜機可能的原因爭論時，沃倫就意識到，如果飛機上有能夠記錄飛行過程的設(shè)備，問題就會變得更容易解決。

他想起不久前在墨爾本的一個商品交易會上看到的世界上第一款微型錄音機，心想：如果將這種設(shè)備安裝在飛機的駕駛艙內(nèi)，就能夠記錄下飛行員處理緊急事件的全過程。當(dāng)時，沃倫將這個想法告訴了他的主管，但是領(lǐng)導(dǎo)認為這些事情并不屬于他的工作范疇，讓他繼續(xù)回去研究飛機的油箱是如何爆炸的。但是，沃倫并沒有放棄，他相信解開飛機失事之謎的關(guān)鍵，是記錄下駕駛艙中的一切聲音，使調(diào)查員可以通過錄音重現(xiàn)飛機墜毀前的最后幾分鐘的對話，以此可以知道失事前機艙內(nèi)發(fā)生了什么情況。

但是，普通的錄音機能經(jīng)受住飛機墜毀燃燒的高溫或水浸后仍能播放的可能性幾乎為零，沃倫放棄磁帶，改用金屬線作為錄音的載體。沃倫和他的同事經(jīng)過一次次的試驗和一次次的失敗，終于在1956年研制成功了可保持4個小時語音和飛行數(shù)據(jù)的“黑匣子”雛形，并向澳大利亞航空局展示了他們的成果。但可惜的是，他再一次失望而返，因為澳大利亞空軍認為“這種設(shè)備并沒有多大用處，無助于解釋飛機失事的原因”，而且也并不是所有的同事都對沃倫的想法表示支持。這個原型機最主要的問題就是涉及個人隱私，對此飛行員聯(lián)合會做出了一些有趣的評價，例如，“感覺就像有一位間諜坐在自己的飛機上”?？哲妱t認為磁帶記錄下的粗話恐怕比有用的信息更多，沃倫因此遭遇了很多敵意和冷眼。

“黑匣子”的發(fā)明者戴維·沃倫。

就在沃倫的發(fā)明成果即將夭折的時候，1958年的一天，一位來自英國的貴客來到了沃倫的實驗室，他提出想要看一看沃倫的原型機。他就是曾經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)英國皇家空軍取得不列顛之戰(zhàn)勝利的前空軍中將羅伯特·哈丁漢。沃倫在實驗室中為哈丁漢先生對自己的原型機進行了簡單的示范和講解，哈丁漢先生隨即對這項發(fā)明產(chǎn)生了濃厚的興趣，他認為這是一個非常棒的主意，并相信這項發(fā)明將會成為航空事故調(diào)查的有力工具。沃倫受邀與哈丁漢先生一同返回英國展示這項發(fā)明，為了方便沃倫研究，英國政府向他提供了一個工程隊供他差遣。英國航空部門宣稱，不久的將來，在飛機上安裝“黑匣子”將會成為強制性規(guī)定。

英國民用航空管理局開始著手讓沃倫發(fā)明的裝置成為民用航班的必備裝備。英國米德爾塞克斯的一家公司第一個拿到生產(chǎn)許可證，開始生產(chǎn)。1958年，第一批“黑匣子”走下流水線。它們的顏色不是黑色的，而是耀眼的橙色，并一直保持這個顏色至今。鮮艷的橙色也是為了飛機失事墜毀后便于尋找識別，那為什么被叫做“黑匣子”呢？沃倫回憶說，這還要怪英國廣播公司（BBC）的記者在采訪他時用了一個電子裝置的統(tǒng)稱“黑匣子”來介紹他的發(fā)明，“黑匣子”從此成為了飛行數(shù)據(jù)記錄儀的最廣為人知的俗名。

看到英國政府支持的態(tài)度，沃倫所在的澳大利亞航空實驗室最終決定為這個項目投入資金。1960年，福克公司一架飛機在昆士蘭地區(qū)墜毀，機上29人全部遇難，事故調(diào)查員強烈要求在所有的飛機上安裝“黑匣子”。澳大利亞政府也開始重視“黑匣子”的作用，并將“黑匣子”的型號進行了規(guī)范，使其適用于澳大利亞的所有飛機。3年后，澳大利亞政府頒布法律，成為世界上第一個強制要求安裝駕駛艙語音記錄器的國家。從這時起，戴維·沃倫發(fā)明的飛行記錄器被民航普遍采用，并成為調(diào)查、預(yù)防飛行事故的重要設(shè)備。

直到1977年，“黑匣子”才真正引起了全世界的關(guān)注。那一年，兩架波音747型客機在西班牙特內(nèi)里費島機場的跑道上相撞，造成了583人喪生，數(shù)百人受傷，這是飛機航行史上最嚴重的空難之一。多虧了有“黑匣子”的記錄，這起事故很快就真相大白。通過回放“黑匣子”記錄的當(dāng)時駕駛艙內(nèi)的錄音，人們發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致這場災(zāi)難的主要原因是飛行員之間的誤會以及對塔臺給出指令的錯誤理解。如果沒有“黑匣子”，人們也許永遠無法獲得這些至關(guān)重要的信息，“黑匣子”為空難調(diào)查員提供了新的調(diào)查方向。

這項發(fā)明從來沒有給沃倫帶來任何收入，但在2002年，他終于被授予澳大利亞勛章。2008年，為了表示對沃倫的敬意，澳大利亞航空公司以他的名字命名了一架當(dāng)時世界上最大的空客A380客機。

“黑匣子”中的科技

隨著科技的發(fā)展、時代的進步，“黑匣子”也在不斷進步。近年來出現(xiàn)的新一代“黑匣子”，它可以記錄視頻信息，記錄的參數(shù)數(shù)量也多達幾千個，并且能夠通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈定期傳輸“黑匣子”的關(guān)鍵信息。但是受通信帶寬、信號盲點和氣象環(huán)境等影響，數(shù)據(jù)實時傳輸方式無法完全取代傳統(tǒng)“黑匣子”的作用。此外，新型拋放式“黑匣子”也已經(jīng)出現(xiàn)，它能夠在飛機墜毀時自動與機身分離，并且具備水上漂浮和無線電、衛(wèi)星定位功能。

那么在飛機發(fā)生事故后，“黑匣子”是怎么被人們找到的呢？當(dāng)前，“黑匣子”在陸地的定位主要依靠人工目視，找到飛機殘骸后，利用“黑匣子”鮮亮的外表、獨特的顏色和反光標識進行搜索?！昂谙蛔印痹谒露ㄎ恢饕揽克露ㄎ恍艠耍║LB，Underwater Locator Beacon）。這是一個電池供電的水下超聲波脈沖發(fā)生器，牢固地安裝在“黑匣子”外部。一旦“黑匣子”墜入水中，它外部的信標上的水敏開關(guān)啟動信標工作，通過信標的金屬外殼把頻率37.5kHz的超聲波信號發(fā)射到周圍水域，每秒一個脈沖。其內(nèi)置電池可連續(xù)工作至少30天，30天以后隨著蓄電池的電量逐漸耗盡，超聲波將越來越微弱直至停止工作。

這個信標可以在6096米的深度發(fā)出超聲波，但在距離信標1800—3600米的范圍內(nèi)才能被相關(guān)的探測儀檢測到，所以，水下定位信標發(fā)出信號時，可以通過專用聲吶探測儀進行定位。由于信標信號的可探測范圍相對于大海而言極其有限，一般先要進行殘骸大致范圍的定位，然后再通過聲吶縮小定位范圍，最后再使用可以定位信號來源方向的水聽器，定位“黑匣子”的方位。

但是，海水的狀態(tài)、周圍的船只、海洋動物、石油管道等因素都會影響信標被探測的范圍。如果“黑匣子”沉入淺海，可由潛水員進行打撈;如果“黑匣子”沉入深海，超過人工潛水深度時，就需要專門的搜索、打撈設(shè)備——現(xiàn)在一般使用的是輪船上放下的水下線控機器人，操控人員通過機械手打撈“黑匣子”。

2009年6月1日，法國航空公司的一架從里約熱內(nèi)盧飛往巴黎的航班在大西洋上空失事，由于“黑匣子”沉入4000米的海底，調(diào)查人員歷時兩年才打撈出“黑匣子”，耗資巨大。這架飛機上的“黑匣子”雖然帶有水下定位信標，但是由于信標作用距離僅僅只有幾千米，打撈時間又超過了電池的工作時間、定位信號消失等原因，甚至出現(xiàn)了無法打撈的問題。據(jù)統(tǒng)計，1970—2009年發(fā)生的大型民用航空器在公海墜毀的36起事故中，有4起沒有找到飛機的殘骸、9起沒有找到“黑匣子”，反映出了水下定位信標位置的方式存在一定的局限性。此外，雖然現(xiàn)在“黑匣子”的抗墜毀性能正在不斷提高，但是在一些嚴重的空難中，“黑匣子”損壞的事故還是經(jīng)常發(fā)生。

2018年11月1日，印尼雅加達的搜救人員展示印尼獅航墜毀的波音737飛機的“黑匣子”。

為了解決水上事故定位和打撈“黑匣子”困難以及陸地事故中“黑匣子”存活率達不到100%的難題，拋放式的“黑匣子”應(yīng)運而生。這種“黑匣子”可以通過飛機上的墜毀感知傳感器，監(jiān)控飛機事故時觸地或者墜海瞬間的飛機參數(shù)的異常變化，迅速控制“黑匣子”與飛機的機身進行分離，這個原理和汽車在撞車的瞬間會迅速彈出氣囊的方式相似。這樣，“黑匣子”在事故發(fā)生瞬間迅速脫離機身，如果落在陸地上，就可以避免“黑匣子”被破壞;如果落在海面上，就可以避免墜入海底，這樣的設(shè)計就可以保證“黑匣子”可以以預(yù)定的姿態(tài)漂浮在海面上。之后，“黑匣子”通過無線電和衛(wèi)星自動發(fā)送定位信號。由于具有以上特點，拋放式“黑匣子”不但便于事故后搜尋和打撈，同時可作為傳統(tǒng)“黑匣子”的備份，提高數(shù)據(jù)存活率。

對“黑匣子”的反思

前一段時間特斯拉剎車失靈事件不斷爆出，但事故調(diào)查原因不能服眾。由此人們想到，自動駕駛汽車上是不是也需要安裝相關(guān)的“黑匣子”呢？其實，各大汽車制造商上市的車輛已經(jīng)有類似的裝置，不過記錄的汽車數(shù)據(jù)只能由汽車制造商自己提取解析，一直缺乏很好的公信力。讓汽車制造商自己承認自己的車輛有問題， 似乎是不可能的。在2020年底，我國出臺了汽車事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)國家標準，這就意味著受法規(guī)約束的“黑匣子”它來了！這個標準從法規(guī)層面詳細規(guī)定了汽車制造商應(yīng)該記錄哪些數(shù)據(jù)、以怎樣的格式記錄數(shù)據(jù)。雖然這項標準在2022年1月1日起才開始強制執(zhí)行，但是現(xiàn)在不少主流汽車制造商在國標發(fā)布之日起就已經(jīng)開始實施了。

汽車“黑匣子”是具有監(jiān)測、采集并記錄碰撞事件發(fā)生前、發(fā)生時和發(fā)生后車輛和乘員保護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)功能的系統(tǒng)或裝置。通常汽車“黑匣子”的功能集成在安全氣囊控制器中，真正的名字叫事件數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)（EDR）。國標中規(guī)定了60種碰撞數(shù)據(jù)，主要記錄的數(shù)據(jù)包括：車速、行車制動、安全帶狀態(tài)、加速踏板位置、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、事件中上電周期、自動緊急制動系統(tǒng)狀態(tài)等。如此，特斯拉與維權(quán)車主爭論的焦點問題，或許就能夠更好地查證了。