Как устроен "чёрный ящик", и почему его трудно расшифровать
Обсудить 2
«Они» — это бортовые устройства регистрации, БУРы. Именно так на языке профессионалов называют те самые «черные ящики», к поискам которых приступают сразу же после очередной драмы в воздухе. Про то, что ящики никакие не черные, а оранжевые, знают сегодня даже маленькие дети. Интереснее другое — эти по сути своей несложные, но нечеловечески выносливые приборы претерпели в последние годы серьезные конструктивные преобразования, радикально поменяли внешний вид и стали более надежными.
Родом из Австралии
Бортовые устройства регистрации накапливают два типа данных — параметрическую информацию (крен, тангаж, скорость, высота, перегрузки, отклонение рулей, параметры работы двигателей и т. д.) и запись переговоров из пилотской кабины. Еще в 1930-х был выдан забавный патент на устройство звукозаписи для кабин самолетов. В прочном защитном кожухе помещалось нечто вроде фонографа Эдисона — валик, на котором нарезалась дорожка. В реальности, однако, устройства записи параметрических данных опередили «звук». Французы Уссено и Бодуэн в 1939 году создали регистратор полетной информации на основе фотопленки. На ней рисовал графики луч света от отклоняющегося зеркала. По одной из версий, название «черный ящик» как раз и восходит к экспериментам с фотопленкой, ведь светочувствительные материалы, как известно, любят темноту. В 1950-х австралийский инженер Дэвид Уоррен разработал регистратор, записывающий одновременно звук из кабины и параметры полета. В 1960-х БУРы Уоррена стали устанавливать на лайнеры, совершающие коммерческие рейсы. Впоследствии речевой и параметрический регистраторы были конструктивно разнесены в отдельные устройства: БУР для полетной информации ставили в хвост самолета, а регистратор звука помещали в кабине. Но поскольку в авиапроисшествиях кабина обычно разрушается больше, чем хвостовая часть, со временем речевой регистратор также отправили в хвост.
Нахождение и исследование «черного ящика» — лишь первый этап расследования авиапроисшествия. Далее следует выкладка обломков, или макетирование самолета.
Всю вторую половину XX века в качестве носителя записей выступали как фотопленка и бумага со специальным покрытием, так и магнитные носители — тонкая проволока (обычно применявшаяся для записи звука), магнитная лента на лавсановой основе, биметаллическая холоднокатаная лента. Революция произошла лишь с появлением БУРов на твердотельной энергонезависимой памяти, то есть на основе флэш-памяти. Главный плюс перехода к флэш-памяти заключается в том, что в БУРах нового поколения нет движущихся частей, а значит, вся система надежней. В лучшую сторону от магнитных и фотопленок отличается и сам носитель информации. В результате стало возможным повысить требования к оборудованию. Так, например, если БУРы с магнитными носителями должны были хранить информацию при 100%-ном охвате огнем лишь 15 минут и выдерживать ударную перегрузку 1000G, то сегодняшние устройства выпускаются в соответствии с международным стандартом TSO-C124, предусматривающем сохранность данных при 30 минутах полного охвата огнем и ударных перегрузках 3400G в течение 6 мс. Сегодняшние накопители могут без риска утраты информации лежать на глубине 6000 м в течение месяца и выдерживать статические перегрузки более 2 т в течение 5 минут.
Данные из вороха
На сегодняшний день и в России, и за рубежом регистраторы на магнитной ленте сняты с производства, однако воздушных судов, на которых установлены БУРы старого типа, еще достаточно. И экспертам Межгосударственного Авиационного комитета, расследующим авиапроисшествия, приходится работать с аппаратурой разных поколений.
«По статистике примерно в 32% случаев происходит полная или частичная потеря информации с БУРов, — рассказывает Юрий Попов, доктор технических наук, начальник отдела исследований параметрической и звуковой информации МАК. — И тогда нам приходится задействовать методики восстановления данных.
Когда мы говорим, что информация частично утрачена, это означает, что данные есть, но с ними что-то произошло. Или лента частично размагничена и порвана, или плата с твердотельной памятью повреждена и т. п. У меня был случай на Дальнем Востоке, когда после аварии БУР разлетелся на мелкие куски, а магнитная пленка представляла собой ворох кусочков от нескольких миллиметров до 10 см длиной. Пришлось восстанавливать данные, как пазл, по отдельным фрагментам. Для таких случаев мы используем метод порошковых фигур или метод магнитооптической визуализации. В первом случае на пленку наносят каплю коллоидной суспензии ферромагнитного порошка (Fe3O4). Там, где есть «единицы' и «нули', возникают импульсы, и под их действием порошок проседает. Так получается графический образ магнитной записи, опираясь на который можно восстановить данные. При втором методе мы накладываем специальное стекло на пленку, и в поляризованном свете возникает картинка записи. Но все это возможно, если у пленки сохранилась хотя бы остаточная намагниченность.
Современный БУР на флэш-памяти На фото — «черный ящик» типичной современной компоновки. Особо стоит обратить внимание на установленный горизонтально белый цилиндр. Это подводный акустический маяк. При попадании БУРа под воду маяк активизируется и начинает ежесекундно выдавать ультразвуковой импульс частотой 37,5 кГц.
Одно из происшествий, которые я расследовал, касалось катастрофы МиГ-31 на Сахалине. Самолет упал в море, где пролежал 22 дня, затем его вытащили. Вода, как известно, несжимаема, и падение на нее со скоростью в сотни км/ч приводит к сильному разрушению самолета. От столкновения с обломками БУР разгерметизировался и затонул. Если вода попала внутрь, то регистратор необходимо доставить в лабораторию в емкости с той самой водой, в которой он лежал, что и было сделано. Пленку достали, отмыли, информацию с нее считали, но уже на следующий день лента покрылась точками ржавчины — кислород воздуха вместе с морской солью начали свое черное дело.
До сих пор нам не приходилось работать с сильно поврежденными твердотельными накопителями. Обычно, если БУР разрушен, а кристалл памяти целый, но оборваны какие-то контакты, они подпаиваются, затем чип вставляется в переходник-адаптер, и дальше все считывается обычным порядком. Однако я знаю, что разрабатываются технологии восстановления данных с чипов флэш-памяти, пострадавших от пожара или сильно разрушенных».
При выяснении причин авиапроисшествия данные БУРов изучают технические эксперты, пилоты, штурманы, диспетчеры. Каждый из них может внести в расследование что-то свое.
Последнее кино
Технический прогресс сделал «черные ящики» более компактными, легкими и надежными устройствами, но достигнут ли предел совершенства? Чего еще не хватает нынешним БУРам, чтобы максимально облегчить и упростить расследование авиационных происшествий? Один ответ напрашивается сам собой — видео! «Регистраторы, записывающие видео, уже появились, — говорит Юрий Попов. — Необходимость в них связана прежде всего с тем, что в сравнительно недавнюю эпоху мы перешли от стрелочных приборов к отображению информации на ЖК-дисплеях. При аварии, то есть при столкновении самолета с препятствием, стрелки оставляли на шкале отпечаток, и мы могли точно знать, что показывал прибор в последнее мгновение перед гибелью самолета. Понятно, что изображение на ЖК-дисплее таких следов не оставляет. Поэтому появилось предложение снимать приборные доски на видео, осуществляя двойной контроль: непосредственная запись параметров полета плюс их отражение на приборах. Конечно, сниматься будет и происходящее в кабине. И хоть иные пилоты усмотрят в этом вторжение в их личное пространство, их возражения вряд ли будут приняты. Когда речь идет о судьбе сотен пассажиров, любые дополнительные меры контроля окажутся полезными».
Достать БУРы со дна моря — задача сложная и не всегда посильная даже для такой техники, как этот подводный робот. С другой стороны, сохранность «черного ящика» непосредственно безопасность полета не повышает — в случае катастрофы его данные станут лишь горьким уроком на будущее. А поскольку утрата БУРа все же большая редкость, то городить дорогостоящий огород с отстреливаемыми «черными ящиками» не стали, хотя разговоры на эту тему время от времени возникают вновь. Еще одна идея, интерес к которой пробудился на волне катастрофы в Атлантике, заключается в том, чтобы все данные, обычно записываемые регистратором, передавать в реальном времени по спутниковому радиоканалу на землю. Специалисты, впрочем, оценивают эту идею довольно скептически, опять же в силу потенциально высокой цены.
За последние полвека известно с десяток случаев, когда после катастрофы самолета «черные ящики» обнаружить не удавалось. Почти все эти случаи связаны с падением самолета в море в районе больших глубин. Одна из таких трагедий произошла чуть больше года назад, когда французский лайнер, следовавший рейсом из Рио-де-Жанейро в Париж, рухнул в Атлантику. Тогда в интернете и в прессе не раз обсуждался вопрос о том, нельзя ли делать бортовые регистраторы плавучими. Правильный ответ таков: можно, и давно делают. Например, еще в советское время в нашей стране выпускались плавучие БУРы для палубной авиации. Практически после всех аварий удавалось обнаружить самописцы на поверхности воды и считать с них информацию. Десятки лет подобные устройства выпускают и применяют (также в военной сфере) на Западе, например, свой DFIRS (развертываемый аварийный регистрационный комплекс) производит американская фирма DRS Technologies. Так почему же подобные приборы не ставятся на гражданские лайнеры? Разгадка, похоже, кроется в сфере экономики. Дело в том, что БУР непросто сделать плавучим — ведь в случае катастрофы он с большой долей вероятности уйдет на дно, увлекаемый обломками лайнера. Значит, в самый момент столкновения с водой регистратор нужно отстрелить и выбросить за пределы места аварии, примерно как это происходит с пилотской катапультой. При срабатывании датчика, фиксирующего удар о препятствие, регистратор выпускает аэродинамические плоскости, что позволяет ему пролететь расстояние, на котором его уже не достанет взрыв, и достаточно мягко спланировать на воду (или на землю). Нетрудно понять, что принятие «на вооружение» гражданской авиацией такой сложной системы приведет к значительным дополнительным затратам.
