جعبه سیاهی که سیاه نیست

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 سانحه‌اي براي يک هواپيما سوالات زيادي در مورد علت سقوط هواپيما مطرح مي‌شود. پاسخ به اين سوالات به کمک سيستم‌هاي Flight Data Recorder (FDR) ( ضبط کننده اطلاعات پرواز) و Cockpit Voice Recorder يا (CVR) ( ضبط کننده صدای کابین خلبان) که در مجموع جعبه سياه ناميده مي‌شود، انجام مي‌گيرد.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.اين سيستم‌ها هر يک قيمتي بين 10000$ تا 15000$ دارند.
تاریخچه
برادران رايت در واقع اولين کساني بودند که از اين سيستم ها استفاده مي‌کردند. آنها از وسيله‌اي براي ضبط چگونگي چرخش پره‌هاي ملخ استفاده مي‌کردند. اما استفاده گسترده از اينگونه سيستم‌ها تا قبل از جنگ جهاني دوم آغاز نشد. اين سيستم در واقع بيشتر اطلاعات مربوط به نحوه عملکرد هواپيما را ضبط مي‌نمود.
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 هواپيما نصب مي 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.
پالس‌هاي فرستاده شده توسط ULB، از عمق 7 هزار متری توان رسیدن به سطح را دارند. زماني که ULB فعال مي‌شود، در هر ثانيه يک بار به صدا در مي‌آيد و اين عمل را تا 30 روز انجام مي‌دهد. واحد ULB توسط يک باطري با عمر شش سال کار مي‌کند و احتمال آسیب دیدگی آن در اثر ضربات شديد 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 هواپيما احتمال آسيب ديدن آن را تا حد امكان پايين مي آورد و رنگ نارنجي روشن آن، پيدا كردنش را در ميان انبوه بقاياي پراكنده هواپيما آسان مي سازد.
گيرنده هاي متصل به اين جعبه كه صدا و اطلاعات را براي آن مي آورند در سراسر هواپيما پراكنده اند و مي توانند بيش از صدها پارامتر پروازي و تمامي مكالمات كابين خلبان را لحظه به لحظه ثبت كرده و براي ضبط به جعبه سياه ارسال كنند. قسمت اصلي اين جعبه (كه بايد بعد از سانحه سالم بماند) حافظه آن است كه مي تواند حداكثر 2 ساعت مكالمات كابين و 25 ساعت اطلاعات پروازي را ثبت و ذخيره كند. اين قسمت حافظه مقاوم در برابر سانحه (CSMU) ناميده مي شود.CSMU شامل واحدهاي مغناطيسي يا ديجيتالي حافظه است كه در يك استوانه مقاوم قرار داده شده و درون جعبه در كنار تجهيزات الكترونيكي دريافت و ضبط اطلاعات نصب مي شود.
اما اين حافظه ي ظريف چطور فشارها و حرارت ناشي از انفجار يا سانحه را تحمل مي كند؟
CMUS درون جعبه سياه solid- state توسط سه لايه از مواد، ضمن عايق کردن بسته memory board که اطلاعات ديجيتالي شده را ذخيره مي‌کند، از آن محافظت نيز مي‌نمايد. مواد بکار رفته در اين بخش از recorder ها با شروع از قسمتهاي داخلي بسمت قسمتهاي خارجي عبارتند از:
- Aluminum housing : لايه‌‌ نازکي از آلومينيوم است که اطراف کارتهاي حافظه را فرا گرفته است.

- High-temperature insulation : اين بخش که شامل ماده سيليس خشک است با داشتن ضخامتي در حدود 1 اينچ، پوشش حرارتي مقاومي را ايجاد مي‌کند که از واحد memory board در زمان آتش‌سوزي محافظت مي‌کند.
- Stainless-steel shell : عايق‌ حرارتي فوق، در پوشش محافظ فولادي ضدزنگي که تقريبا 0.25 اينچ ضخامت دارد، قرار مي‌گيرد که البته براي مقاومت بيشتر آن از تيتانيوم هم در قسمتهاي بيروني استفاده مي‌شود.
اما چنين مجموعه اي هنوز بايد آزمايش هاي سنگين و ويژه اي را از سر بگذراند تا توانايي آن براي محافظت از اطلاعات به اثبات برسد. اين آزمايش ها معمولا ً به صورت زير هستند:
• آزمايش برخورد: واحد CSMU با شتاب 3400g (كه به وسيله ي يك تفنگ هوا ايجاد مي شود) به يك هدف آلومينيومي اصابت مي كند و به اين ترتيب تحت تاثير نيروي 3400 برابر وزنش قرار مي گيرد.
• آزمايش سقوط جسم تيز: آزمايش كننده ها براي امتحان مقاومت نفوذي استوانه، يك وزنه 230 كيلوگرمي را كه يك ميخ فولادي به قطر 6 ميلي متر به زير آن متصل است از ارتفاع 30 متري روي استوانه مي اندازند.
• آزمايش فشار ايستا: به مدت 5 دقيقه فشاري معادل 35 مگا پاسكال يا چيزي حدود 350 برابر فشار اتمسفر را بر هر يك از 6 سوي استوانه وارد مي كنند.
• آزمايش آتش: واحد CSMU در يك گوي آتش به دماي 1100 درجه كه با سه مشعل پروپان ايجاد مي شود قرار مي گيرد. طبق استاندارد هاي هواپيمائي، CSMU بايد بتواند چنين حرارتي را به مدت يك ساعت تحمل كند.
• آزمايش مقاومت در برابر فشار آب: CSMU به مدت 24 ساعت در يك تانكر آب پر فشار (كه محيطي شبيه عمق درياست) قرار داده مي شود.
• آزمايش مقاومت در برابر خوردگي: CSMU سي روز در يك تانكر آب نمك غوطه ور مي شود.
• آزمايش مقاومت در برابر مايعات: اجزاء مختلف CSMU درون انواع مايعات هواپيمائي مانند سوخت جت، روان كننده ها و آتش خاموش كن ها قرار داده مي شود.
تنها پس از پشت سر گذاشتن همه ي اين آزمايش هاست كه CSMU شايستگي نصب در جعبه ي سياه هواپيما را پيدا مي كند. بي خود نيست كه هر جعبه ي سياه (با اينكه تجهيزات الكترونيكي چندان پيچيده اي ندارد) تا 15000 دلار قيمت 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 پارامترهاي پروازي را ضبط مي‌کند. سنسورهاي زيادي از قسمتهاي مختلف هواپيما از طريق سيم‌کشي به سيستم FDR مرتبط شده‌اند. زماني که کليدي روشن يا خاموش مي‌شود، عمليات آن توسط سيستم FDR به ثبت مي‌رسد. کميت و بازه اطلاعات ضبط شده توسط اين سيستم به ميزان زيادي متفاوت بوده و به عمر و اندازه هواپيما وابسته است. FDR هاي مدرن بجاي نوارهاي مغناطيسي بکار رفته در نوع متوسط آن از memory chip استفاده مي‌کنند. نوارهاي مغناطيسي که همانند نوار ضبط صوت عمل مي‌کنند، با استفاده از هد الکترومغناطيسي به ثبت اطلاعات مي‌پردازند. البته از سال 1990 سازندگان سيستم جعبه سياه به سمت استفاده از تکنولوژي solid-state يا solid-state memory boards پيش رفته‌اند.
( Flight Data Recorder (FDR انواع مختلفي دارد كه سه نوع ان عبارتست از:
1ـ نوع نوار فويلي:
اولين نوع دستگاه FDR مدل نوار فويلي بود.اين نوع جعبه سياه از سال 1958در هواپيماها نصب شد.
در اين وسيله نوعي نوار از جنس الومينيم يا استيل وجود دارد كه به دور قرقره هايي پيچيده شده است.
هنگامي كه دستگاه شروع به كار مي كند نوار از يك قرقره ي باز و روي قرقره ي ديگر بسته مي شود.
طول اين ورقه ي آلومينيمي حدود 60متر است و در هر دقيقه حدود 25ميلي متر جابه جا مي شود.البته طول نوار و سرعت حركت ان به نوع دستگاه بستگي دارد.هنگامي كه نوار حركت مي كند توسط سوزن هاي مخصوص خط هايي روي نوار نصب مي شود .هر كدام از اين خط ها در واقع نوعي اطلاعات را ثبت مي كنند.
زماني كه هواپيما دچار سانحه شود كارشناسان پس از يافتن جعبه سياه ان را به مراكز ويژه اي منتقل مي كنند تا اطلاعات داخل ان را بررسي نمايند.
هرگونه خراش يا علامتي كه روي اين نوار داخل جعبه بيفتد ممكن است شواهد مربوط به علل سانحه از بين برود.
2ـ نوع نوار فتوگرافيك:
اين نوع جعبه سياه تقريبا به جعبه ي قبلي شباهت دارد با اين تفاوت كه نوار ان از كاغذ مخصوصي است و سوزن آن هم ويژگي خاصي دارد.
در اين سيستم مي توان اطلاعات ثبت شده را به راحتي خواند.
دستگاه FDRفتوگرافيك را بايد از مواد راديوكتيو دور نگه داشت و هنگام باز كردن در جعبه نيز بايد از زدن ضربه به ان و علامت گذاري روي ان خودداري كرد.
اگر جعبه سياه اسيب ديده و نوار ان بيرون امده باشد بايد از تابيدن نور به ان جلوگيري كرد.
به همين دليل عكس برداري از اين نوع نوار ممنوع است و به اطلاعات ان صدمه مي رساند.
3ـ نوع الكترومغناطيسي:
جعبه هاي سياه نوع الكترومغناطيسي خود دو نوع متفاوت دارند.
يك نوع از اين دستگاه داراي سيستم ديجيتالي است كه از نظر كيفيت و كميت بر ساير دستگاه ها برتري دارد. برخي از اين دستگاه ها مي توانند تا 64 پارامتر پروازي را در خود ثبت كنند.
اطلاعات پروازي در اين نوع از جعبه هاي سياه روي نواري به طول 820 فوت يا 25/0ميلي مترقطر و 6/0 سانتي متر عرض ثبت مي شود.البته اندازه ي اين نوارها به نوع و مدل دستگاه بستگي دارد.
در دستگاه هاي ضبط كننده ي اطلاعات پروازي نوعي (هد)وجود دارد كه با توجه به مدت زمان نوار پس از پاك كردن اطلاعات قبلي اطلاعات جديدي روي ان ثبت مي گردد.
نوع ديگر اين دستگاه داراي سيستم فركانسي مي باشد.

گفتیم که FDR يا Flight Data Recorder پارامترهاي پروازي را ضبط مي‌کند. طبق استانداردهای هوایی حداقل اطلاعاتي که بايد توسط اين سيستم ضبط شود شامل موارد زير 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 ارتباطهاي راديويي برقرار شده توسط خدمه را ضبط مي‌کند، براي تطبيق اطلاعات ضبط شده توسط FDR و CVR بکار مي‌رود. سيستم‌هاي کنوني به منظور بررسي تمامي جهات عملکردي هواپيما تا صدها پارامتر را ضبط مي‌کنند.
پس از يافتن جعبه سياه و انتقال آن به آزمايشگاه اطلاعات از روي recorder ها پیاده شده و تلاش براي بازسازي سانحه آغاز مي‌شود. اين پروسه تا تکميل شدن مي‌تواند هفته‌ها يا ماهها ادامه يابد. در حال حاضر توليدکنندگان اين سيستم در آمريکا، NTSB را براي تحليل کامل اطلاعات ذخيره شده در recorder ها به سيستم‌هاي readout و نرم‌افزارهاي لازم براي انجام اين امر مجهز مي‌نمايند.
در صورتيکه FDR آسيب نديده باشد، محققين به آساني مي‌توانند با اتصالFDR به سيستم readout ، اطلاعات ذخيره شده را بخوانند. اما در بسياري از موارد پس از يافتن recorder ها از ميان لاشه هواپيما، memory board آن را خارج کرده و پس از تميز کردن آن، يک کابل رابط بر روي آن نصب کرده و memory board را به يک working recorder متصل مي‌نمايند. اين recorderکه داراي نرم افزار مخصوصي ‌است اطلاعات را بدون کوچکترين کم و کاستي بازخواني مي‌کند.
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
/خ