秉轴持钧—“黑匣子”的诞生

NHA航空

在MU5735事故发生后，有关“黑匣子”的讨论就从未间断。事发之后，便有很多读者希望我们能够科普“黑匣子”。相信大部分人对于驾驶舱话音记录器（CVR）、飞行数据记录器（FDR）的工作原理以及用途有所了解。因此，我们不过多赘述。本文将从“黑匣子”历史的角度出发，简述“黑匣子”诞生的故事。

埃塞俄比亚航空ET302的“黑匣子”

初步探索阶段
法国先驱，方向不对
1939年，法国马里尼亚索飞行测试中心的工程师弗朗索瓦·侯赛诺（François Hussenot）与同事保罗·博杜安（Paul Beaudouin）一同研发出了人类航空史上第一款飞行记录器——“HB型（Type HB）”。“HB型”飞行记录器的本质其实是图像记录器，它通过将摄像机拍摄到的画面记录在一卷长8米、宽0.088米的滚动胶卷上，以达到数据记录的目的。

弗朗索瓦·侯赛诺

1941年，首批量产的25台“HB型”飞行记录器交付使用，供新飞机试飞时使用。1947年，弗朗索瓦·侯赛诺和保罗·博杜安一同成立了法国测量仪器公司（SFIM），大批量生产这种可用于航空摄影的一次性图像记录器。今天，法国测量仪器公司是法国赛峰集团的子公司，仍然活跃于“黑匣子”市场。

“HB型”飞行记录器事实上不能算是人类航空史上第一款“黑匣子”。“HB型”飞行记录器的胶卷记录设计，就决定了其不能擦除并重复使用的弊端。且随着航空制造业的发展，飞机越来越先进，仅凭图像来捕捉飞机试飞时的数据过于片面，算是方向不对。

英国专利，雏形有了
二战期间，英国飞机生产部范堡罗分部的工程师伦·哈里森（Len Harrison）和维克·哈斯本（Vic Husband）发明了另一种形式的飞行记录器，称为“飞行仪表读数记录器”，被认为是现今飞行数据记录器的雏形。“飞行仪表读数记录器”也是为新飞机试飞收集数据而生的，它原理是让各种数据测针在铜制薄膜上压出痕迹，来记录飞行仪表数据。

这并不是“飞行仪表读数记录器”最大的创新所在，它最大的创新是对于抗高温、碰撞的初步探索。他们在“飞行仪表读数记录器”在外面包上了几层铝制薄膜，保护记录器不受损，从而保证了数据的完整性。二战之后，两位工程师为““飞行仪表读数记录器”成功申请专利。因此，他们在英国被认为是“黑匣子之父”。

芬兰探索，总结经验
1942年，芬兰传奇航空工程师韦约·希塔拉（Veijo Hietala）在总结法国、英国探索的经验后，设计出了人类航空史上第一款真正意义上的现代飞行数据记录仪，名为“玛塔·哈里（Mata Hari，一战传奇女间谍）”。同年年底，“玛塔·哈里”量产，用于芬兰本国飞机制造商新飞机的试飞数据采集。

美国实验，打下基础
1943年8月，美国空军将一台录音机安装在了一架B-17轰炸机上，进行了一项实验。这项实验的目的旨在通过飞行员在执行任务时的对话研究他们的心理活动。这是驾驶舱话音记录器的雏形。

B-17

步入正轨
澳大利亚工程师大卫·沃伦（David Warren）发明飞行数据记录器原型“飞行记忆单元（The ARL Flight Memory Unit）”
1953年，墨尔本国防科学技术组织航空研究实验室（ARL）工程师大卫·沃伦构思出了一种全新的设备，这种设备不仅能够记录飞机的各种飞行数据，也能记录驾驶舱里的各种声音，有助于事故调查。1954年，大卫·沃伦发表了题为《飞机事故辅助调查装置》一文，在国际上虽未引起任何波澜，却让实验室的高层看到了这一装置实现的可能与巨大的潜力。

大卫·沃伦

1956年，大卫·沃伦制造出了现代飞行数据记录器的原型“飞行记忆单元”。1958年推出组合式飞行数据、驾驶舱话音记录器原型，为人类航空业的发展做出了重大贡献。大卫·沃伦曾明确指出该设计将用于事故调查，虽最终因技术问题未能完成驾驶舱话音记录器开发，世人依旧尊称其为“黑匣子之父”。

大卫·沃伦

1965年，墨尔本国防科学技术组织航空研究实验室聘请澳大利亚传奇电子工程师莱恩·西尔（Lane Sear）、沃利·博斯韦尔（Wally Boswell）、肯·弗雷泽（Ken Fraser）与大卫·沃伦合作，继续推进飞行数据记录器开发。最终，他们开发出了现代飞行数据记录器（FDR）。为了更加便于寻找，他们将飞行数据记录器的外壳涂成了鲜明的橙色。后来，大卫·沃伦团队在结合了美国的“驾驶舱录音机”后，推出了人类航空史上第一款组合式“黑匣子”，为人类航空业的发展做出了巨大贡献。

大卫·沃伦

同年，英国当局颁布法令，强制规定MTOW超过5400千克的飞行器必须安装飞行数据记录器，1966年进一步规定所有商业运营的飞行器务必安装该设备。至此，英国成为全球首个强制要求飞行器安装飞行数据记录器的国家。

大卫·沃伦

大卫·沃伦

大卫·沃伦

1967年6月4日，英伦航空（British Midland Airways）一架加空C-4“北极星”客机在柴郡斯托克伯特附近失事，造成机上84人中72人罹难。事故发生后，英国事故调查部门（AIB）成功利用飞行数据记录器记录的数据进行了事故调查。至此，英伦航空“斯托克波特空难”成为人类航空史上第一起利用飞行数据记录器调查的事故。

出事的G-ALHG

美国明尼苏达大学机械工程教授詹姆斯·瑞安（James J. “Crash” Ryan）改良“飞行记忆单元”，发明美国版现代飞行数据记录器。
1963年，明尼苏达大学机械工程教授詹姆斯·瑞安在大卫·沃伦的“飞行记忆单元”基础上研究出了性能更佳、记录数据更多的美国版飞行数据记录器，于1963年1月22日顺利申请飞行数据记录器的美国专利。因此，詹姆斯·瑞安被很多美国人认为是“黑匣子之父”。

詹姆斯·瑞安
他也是汽车安全座椅的发明人

美国航空工程师埃德蒙·博尼法斯（Edmund A. Boniface）发明驾驶舱话音记录器原型“驾驶舱录音机（CSR，Cockpit Sound Recorder）”
埃德蒙·博尼法斯任职于洛克希德，曾参与四十年代多起洛克希德L-188“伊莱克特拉”客机事故。他在事故调查中萌生了开发驾驶舱话音记录器的想法，以方便事故调查。最终，在洛克希德上下的支持下，埃德蒙·博尼法斯于1961年发明驾驶舱话音记录器前身“驾驶舱录音机”。

1961年2月2日，埃德蒙·博尼法斯向美国专利局提交“驾驶舱录音机”发明专利。不久之后，这一申请便因“侵犯飞行员隐私”被美国专利局驳回。在修改设计，并重新撰写专利申请后，埃德蒙·博尼法斯于1963年2月4日重新提交了“驾驶舱录音机”的专利申请，最终获批。

“驾驶舱录音机”专利

埃德蒙·博尼法斯第二次提交的“驾驶舱录音机”新增了一个飞行员能够操作的开关，允许飞行员在某些时候自行擦除“驾驶舱录音机”所记录下来的音频内容，这也给后来众多“不了了之”的“悬案”埋下了伏笔。

跨澳大利亚航空538航班在昆士兰州麦凯失事后，事故调查委员会向澳大利亚当局提交了在所有商用飞行器上安装“驾驶舱录音机”的建议。次年（1963年）年底，澳大利亚成为全球首个强制商用飞行器安装“驾驶舱录音机”的国家。

1964年，美国政府颁布法令，要求全国所有搭载四个发动机及四个以上发动机的飞机必须在1967年3月1日之前安装“驾驶舱录音机”，否则不能飞行。1966年11月1日，加拿大民航局局长罗比·艾伦（Robbie R. Allen）在同年的AIAA/CASI大会上发表《飞行记录仪在飞机事故调查中的潜在作用》演讲，倡导各国颁布法令，强制安装飞行记录仪。短短十年时间，全球百分之八十的国家相继响应，为人类航空业的发展做出了巨大贡献。

苏联力量
六十年代，苏联工程师布拉克因（B. Ф. Буралкин）制造出了苏联版的“黑匣子”。因为这个系统能够记录64个飞行数据，它被命名为MSRP-64（МСРП-64）。MSRP在后来的几十年时间里一直在改进，与西方“黑匣子”不同，苏联版“黑匣子”一般是一个拥有橙色铝合金外壳的球体，同样具备抗高温高压能力。下图为注册号为RA-85572的Tu-154B-2搭载亚历山德罗夫红旗歌舞团在索契发生事故后回收的苏联版“黑匣子”：

RA-85572的“黑匣子”

除了用于事故调查外，苏联当局也会通过“黑匣子”来检查机组是否存在违规行为。1974年后，苏联引入自动化数据分析系统，这个系统使1974至1984年间机组违规的数量降低了五分之四。下图为苏联版“黑匣子”手册中的示意图：

下图为MSRP-64的实物图：

“鸡肋”并非一无是处
除了我们熟知的驾驶舱话音记录器和飞行数据记录器外，在事故调查中，偶尔也会用到快速存取记录器（QAR，Quick access recorder）。快速存取记录器，顾名思义，就是能够快速存取飞行数据的低配版飞行数据记录器。

英国欧洲航空 三叉戟

六十年代，英国欧洲航空为了加快其霍克·希德利三叉戟客机自动着陆系统安全性认证的速度，与霍克·希德利合作开发了人类航空史上第一款快速存取记录器。现代的快速存取记录器同样能够记录两千多个飞行参数，多用于航空公司自我审查和运营分析等方面。

英国欧洲航空 三叉戟

虽是如此，部分在事故中幸存下来的快速存取记录器也是可以作为事故调查的辅助研究对象的。典型的通过快速存取记录器数据完成事故调查的案例有英国欧洲航空548航班事故、美国联合航空585航班事故以及全美航空427航班事故等。

英国欧洲航空548航班事故残骸

结构及原理
现代的黑匣子主要包含以下几大部分：供电，控制板，冲击存活记忆单元（Crash Survivable Memory Unit, CSMU）和水下信标。

其中CSMU是整个黑匣子最重要的部分，其他部分都可以损坏，就算是粉碎也没有问题，但CSMU如果损坏或者丢失，那事情就大条了。所以CSMU是会做很充足的防护的。隔热，防水，防撞等措施一应俱全，外形也一般选用圆柱体或球体，目的就是为了让CSMU几乎不会受损。

SJ182事故中的CVR，可见其圆柱形的CSMU完好无损

早期的黑匣子使用的是钢针在金属箔上刮擦出痕迹，或在胶卷上滴化学药剂来记录信息。这种方法并不可靠，甚至过大的振动可能会导致钢针乱刮，导致数据失去准确性

早期使用金属箔的飞行数据记录器

稍后，更可靠的方法被发明了出来，使用磁带进行记录。磁头在磁带上边写边擦，可以很方便地记录数据，可记录的数据种类也变多了。但是在长时间的高温下，磁带可能会消磁甚至融化，这样数据会不可恢复地丢失。

一型俄制FDR，使用磁带

到了现代，黑匣子一般使用固态硬盘进行记录，数据记录种类更多，时间更长，也更安全。

现代的黑匣子，左侧便是CSMU和内部的固态硬盘

而到了更加现代化的波音787身上，CVR和FDR的功能被合并到了EAFR（Enhanced Airborne Flight Recorders）上，但是由于法规的规定，波音787仍然装有2个黑匣子。而且FDR部分数据来源不再是从航电系统中获取，而是从飞机上的各个传感器直接获取资料，传送到EAFR中。

波音787的EAFR

番外：“黑匣子（Black Box）”的由来
二战期间，英国为盟军战机开发了新型的无线电雷达导航系统，这个系统为了保密被装在一个神秘的黑色盒子中。1945年，英国飞行杂志发表的“航空雷达”一文中，第一次提到了英国皇家空军机载雷达“黑匣子”的作用和原理。

1958年，英国航空研究委员会的专家第一次在正式会议上用“黑匣子”指代新机型试飞时记录数据的装置。后来，为了更加便捷的指代飞行数据记录器和驾驶舱话音记录器这两个复杂的装置名，“黑匣子”的官方绰号被留了下来，并一直延续至今。

写在最后
人类航空史，说是“人类空难史”并不过分。人类航空业的发展，离不开人们在每一起事故背后经验的积淀。每一项重大技术变革的背后，或许都是一个人、一群人用生命换来的一点反思。在今天，生于百年后的我们，既没有理由，也没有资格，去辜负前人的努力与奉献。我们唯有铭记历史、踔厉奋发、笃⾏不怠，方能不负历史，不负时代。

谨以本文致敬每一位为人类航空业发展、飞航安全建设作出贡献的人。同时，我们也向在MU5735事故中罹难的同胞致哀，我们将永远铭记。

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编辑：143

责任编辑：EK

审核签字：0523

图片审核签字：0523

最终审核：NHA审核组

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