گجت نیوز آخرین اخبار تکنولوژی، علم و خودرو 
احتمالا با وظیفه جعبه سیاه در یک هواپیما آشنا هستید. اما آیا می‌دانید جعبه سیاه هواپیما چیست، چگونه کار می‌کند و از چه بخش‌هایی تشکیل شده است؟
در دوره کنونی که بخش اعظمی از سفرهای افراد به کمک هواپیما انجام می‌شود، جعبه سیاه که به‌طور عامیانه با نام «رکوردر هواپیما» هم شناخته می‌شود یکی از مهم‌ترین ابزارهای اطلاعاتی این وسایل حمل و نقل به شمار می‌رد. البته جعبه سیاه یکی از گنگ‌ترین و مشکوک‌ترین مفاهیم در هوانوردی است که شاید در هنگام رخ دادن سوانح نتواند به کسی کمک مستقیم کند، اما با این وجود یکی از کلیدی‌ترین ابزارها برای شناسایی دلایل اختلال در هواپیماها و سقوط احتمالی آن‌ها به شمار می‌رود.
امروز ما قصد داریم در گجت نیوز به معرفی مکانیزم عملکرد جعبه سیاه بپردازیم و تکنولوژی‌ها و ابزارهای کلیدی به کار رفته در آن را بررسی کنیم. به‌طور کلی جعبه سیاه هر هواپیما از دو بخش اصلی تشکیل شده که یکی مسئولیت ضبط صدای درون کابین خلبان را بر عهده دارد و دیگری اطلاعات و جزئیات مربوط به پرواز را ضبط می‌کند. این دو عضو در کنار یکدیگر به سنجش تمامی اطلاعات مورد نیاز برای پایش وضعیت پرواز می‌پردازند و دید ارزشمندی در خصوص فاکتورهای موثر در کیفیت سفر هوایی را به کارشناسان می‌دهند.
در گجت نیوز بخوانید:
آلمانی‌ها به دنبال تعبیه جعبه سیاه در ماشین های خودران هستند
آناتومی جعبه سیاه هواپیما
جعبه سیاه همان‌طور که اشاره شد از دو بخش اصلی و مجزا تشکیل شده است. بخش نخست مسئولیت ضبط اطلاعات پرواز را بر عهده داشته و دیگری وظیفه ضبط صدای خلبان و کمک او در داخل کابین را بر دوش می‌کشد. بخش ثبت اطلاعات پرواز (FDR) تمامی داده‌های کلیدی مربوط به یک سفر هوایی اعم از ارتفاع، سرعت هواپیما، دمای موتور، توان، مسیر پرواز و دیگر داده‌ها را در فاصله زمانی 24 ساعته ثبت می‌کند. به بیان دیگر، تمامی داده‌هایی که برای ثبت آن‌ها حسگری در نقطه‌ای از هواپیما جای گرفته، توسط جعبه سیاه ثبت خواهند شد.
همچنین بخش دوم جعبه سیاه هم صدای درون کابین را ضبط کرده و CVR نام دارد. این بخش تمامی ارتباطات رادیویی خلبان و کمک خلبان‌ها و همچنین صدای محیط را از طریق میکروفون‌های مرکزی ضبط می‌کند. برخی سیستم‌ها همچنین به کمک میکروفون‌های نصب شده در خارج از کابین خلبان همچنین قادرند صدای بیرون را نیز ضبط کنند. وظیفه اصلی CVR آن است که تمامی مکالمات خلبانان تا لحظه بروز سانحه را در خود ضبط کند تا بعدا بتوان برای شناسایی دلایل حادثه یا موارد پیش‌گیرانه بعدی به آن استناد کرد. این بخش به ضبط دائمی صدا می‌پردازد؛ اما قادر به ضبط تنها دو ساعت آخر رکوردهاست.
هر دو بخش تشکیل دهنده جعبه سیاه هواپیما به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قادر به تاب آوردن دماها، فشارها و ضربات شدید باشند. همچنین در برخی سیستم‌های مدرن‌تر نیز بخش‌های ثبت اطلاعات و ضبط صدا با یکدیگر ادغام شده‌اند؛ هرچند که اکثر هواپیماها همچنان از مکانیزم‌هایی مجزا برای ذخیره اطلاعات استفاده می‌کنند. جعبه نگهدارنده جعبه سیاه معمولا از جنس فولادهای بسیار مقاوم یا تیتانیوم ساخته شده تا قادر به تاب آوردن ضربات شدید ناشی از سقوط هواپیما باشد. در داخل این قاب هارد دیسک جعبه سیاه قرار گرفته و در اطراف آن نیز عایق‌های متعدد حرارتی و رطوبتی قرار گرفته تا هنگام بروز آتش سوزی یا غرق شدن زیر آب از هارد دیسک محافظت کنند.
تکنولوژی‌های اولیه جعبه سیاه
دستگاه‌های ضبط اطلاعات و مکالمات پرواز در گذر زمان دستخوش تغییرات فراوانی شده‌اند. یکی از نخستین مدل‌های جعبه سیاه استفاده شده در هواپیماها در سال 1939 مورد استفاده قرار گرفت و عملکرد بسیار ساده‌ای داشت. مکانیزم عملکرد این سیستم جعبه سیاه بر پایه عکس گرفتن از سنجه‌های اندازه‌گیری شده توسط حسگرها بود. با این وجود در سال 1954 اختراع بزرگ دیوید وارن پیشرفت بزرگی در طراحی این دستگاه‌ها رقم زد و منجر به رونمایی از نخستین جعبه سیاهی شد که می‌توانست به‌طور الکترونیکی سنجه‌های مربوط به پرواز و مکالمات درون کابین را ضبط کند.
نخستین ریکوردرهای به کار رفته در هواپیماها از کاغد مخصوص عکس برای ثبت اطلاعات استفاده می‌کردند. با این وجود اندکی بعد، این کاغذها با نوارهای مغناطیسی جایگزین شدند. البته هم کاغذ عکس و هم نوارهای مغناطیسی با محدودیت جدی فضا روبرو بودند و به‌منظور ضبط دائمی و خالی از اشکال داده‌ها نیازمند رسیدگی فراوان بودند.
در دهه 1990 میلادی سرانجام شاهد گذر از نوارهای مغناطیسی به چیپ‌های حافظه دیجیتال بودیم که زمینه‌ساز پیشرفت‌های بزرگی در عرصه ضبط اطلاعات هواپیماها شدند. این چیپست‌ها از جنبه‌های مختلفی برتر از همه نمونه‌های پیشین بودند. به‌طور خاص، این حافظه‌ها امکان ضبط مجدد اطلاعات را به کاربر داده و پس از هر پرواز موفق، اطلاعات جدید را روی اطلاعات قبلی بازنویسی می‌کردند. از این طریق نیاز آن‌ها به نگهداری کاهش پیدا می‌کرد.
افزایش باورنکردنی تعداد سفرهای هوایی پس از جنگ جهانی دوم باعث محبوبیت و گسترش انفجاری هواپیماهای تجاری شد و چالش‌های بسیاری را پیش روی مهندسین این حوزه قرار داد. پیش از استفاده مناسب از جعبه های سیاه، بسیاری پروازها به دلیل خطاهای متعدد انسانی سقوط کرده و تلفات مالی و جانی شدیدی را به همراه می‌داشت. در این شرایط، نبود جعبه سیاه باعث می‌شد که نتوان دلیل رخ دادن سوانح را پیدا کرد. با این وجود، بهینه‌سازی‌های گسترده‌ای که در طراحی جعبه‌های سیاه رخ داد باعث فراهم شدن امکان تحقیقات گسترده در خصوص دلایل رخ دادن سوانح هوایی شد و در نتیجه کیفیت کلی پروازها را افزایش داد.
FDR و مکانیزم عملکرد آن
ثبت کننده داده‌های پرواز که به اختصار FDR خوانده می‌شود، نقشی حیاتی در تحقیقات پس از رخ دادن سوانح هوایی ایفا کرده و داده‌های مهمی را در اختیارمان قرار می‌دهد. بر اساس قوانین اداره فدرال پرواز آمریکا، جعبه سیاه هر هواپیما باید قادر به ضبط حداقل 88 دیتا پوینت منحصربفرد باشد؛ هرچند که بسیاری ضبط کننده‌های مدرن قادر به ثبت و ضبط تعداد بسیار بیشتری داده هستند. اف دی آر معمولا اطلاعات بسیار مهمی اعم از ارتفاع، مسیر و سرعت پرواز به همراه وضعیت اتوپایلوت را ثبت می‌کند که اگرچه همگی چندان مهم و کلیدی نیستند؛ اما در صورت بروز یک حادثه می‌توانند به تحقیقات کمک بسیاری کنند.
کارشناسان پرواز با استفاده از اطلاعات گسترده‌ای که FDR فراهم می‌کند، قادر به ترسیم مسیر سه‌بعدی دقیقی از حرکت هواپیما و مسیر آن خواهند بود. ساخت این مدل به برخی سوالات کلیدی در خصوص جزئیات پرواز و سقوط اعم از میزان و چگونگی فعال‌سازی مد اتوپایلوت پاسخ می‌دهد. از این طریق همچنین می‌توان متوجه شد که سانحه رخ داده به دلیل ایرادات مکانیکی یا الکترونیکی هواپیما بوده یا خطای انسانی خلبان.
یکی از مثال‌های بارز استفاده از ثبت‌کننده‌های داده‌های پرواز مربوط به پرواز 587 ایرلاین American Airlines است که مدت کوتاهی پس از اتفاقات 11 سپتامبر رخ داد و بیم یک حمله تروریستی دیگر را در دل آمریکایی‌ها انداخت. با این وجود با بررسی جعبه سیاه این هواپیما مشخص شد که دلیل سقوط خطای خلبان بوده است. البته از دست رفتن جان انسان‌ها در هر شرایطی ناراحت کننده است. با این وجود نبود سیستم ثبت داده‌های پرواز ممکن بود در این شرایط باعث رخ دادن ترس و وحشت عمومی در آمریکایی‌ها شود.
ضبط کننده صدای کابین چگونه کار می‌کند؟
ضبط‌کننده صدای کابین یا CVR خلبان هم دومین عضو کلیدی جعبه سیاه است که از طریق میکروفون‌هایی اختصاصی به‌طور دائمی مشغول ضبط صدای کاپیتان و کمک خلبان در کنار تمامی مکالمات آن‌ها با برج مراقبت و سایرین است. این ویژگی جعبه سیاه نیز می‌تواند در صورت بروز حادثه کمک بسیاری به کارشناسان کند و ضمن آگاه‌سازی آن‌ها از وضعیت خلبان، اثرات خطای انسانی در سانحه را نیز بررسی کند.
نمونه بارزی از استفاده از CVR مربوط به پرواز 593 Aeroflot که سقوط کرد و تمامی سرنشینان آن از بین رفتند. اطلاعات دریافتی از FDR این هواپیما در آن زمان اطلاعات واضحی در اختیار کارشناسان قرار نداد. اتفاقی که به نظر می‌رسید رخ داده این بود که هواپیما به‌طور ناگهانی از مسیر خارج شده و علیرغم تلاش فراوان خلبان سقوط کرد و تمامی سرنشنیانش جان باختند. با این وجود واقعیت امر این نیست؛ چرا که پس از بررسی CVR مشخص شد که خلبان به فرزندان نوجوانش اجازه داده بود که وارد کابین شده و کنترل هواپیما را تمرین کنند! در اثر این اتفاق، سیستم اتوپایلوت هواپیما به‌طور ناخواسته خاموش می‌شود و زمانی که خلبان متوجه این اتفاق می‌شود، کار از کار گذشته است!
همچنین بخوانید:
طراحی جعبه سیاه برای کلاه ایمنی دوچرخه سواران !
در صورتی که CVR در جعبه سیاه این هواپیما حضور نداشت، هرگز امکان فهمیدن دلیل این سانحه و وضع قوانین سخت‌گیرانه‌تر برای خلبانان وجود نداشت.
فرآیند بازیابی و تحلیل اطلاعات جعبه سیاه هواپیماها چگونه است؟
جعبه سیاه یک هواپیما بر خلاف نامش، سیاه رنگ نبوده و رنگ نارنجی روشن و جیغی دارد. علاوه بر این، سطح خارجی جعبه سیاه معمولا با یک نوار چسب براق پوشانده می‌شود! انتخاب این رنگ البته بی‌دلیل نیست و باعث می‌شود تشخیص جعبه سیاه پس از یک تصادف ساده‌تر شود. همان‌طور که اشاره شد، طراحی جعبه سیاه به‌گونه‌ای انجام شده که توانایی تحمل ضربه‌های سنگین، قرار گرفتن طولانی مدت زیر آب یا هر مایع دیگر یا فشار زیاد سیال را داشته باشد.
چالش اصلی در فرآیند پیدا کردن جعبه سیاه هواپیما تشخیص دقیق محل آن است. این قطعه معمولا در قسمت دم هواپیما قرار دارد. بنابراین در شرایطی که بدنه هواپیما در آسمان از وسط به دو نیم تقسیم می‌شود باید شعاع چندین کیلومتری اطراف محل سقوط را جستجو کرد تا جعبه سیاه را پیدا کرد! این مساله به‌طور خاص زمانی که هواپیما داخل دریا یا اقیانوس سقوط می‌کند بسیار سخت می‌شود. البته طراحان جعبه‌های سیاه برای این مساله نیز تدبیری اندیشیده و قطعه‌ای کوچک را درون آن تعبیه کرده‌اند که در صورت سقوط هواپیما داخل آب، سیگنالی مافوق صوت را ارسال می‌کند که به شناسایی آن کمک بسیاری می‌کند. این فرستنده که توسط باتری تعبیه شده درون خود جعبه سیاه تغذیه می‌شود قادر است به‌مدت سی روز سیگنال‌های فراصوت خود را ارسال کد تا پیدا کردن آن به کمک ادوات مختلف تسهیل شود.
در برخی مواقع خاص که آب محل سقوط هواپیما با موارد شیمیایی یا طبیعی خاصی ترکیب شده، کارشناسان پس از پیدا کردن جعبه سیاه آن را درون محفظه ای پر از آب نگه می‌دارند تا از خوردگی و آسیب دیدن اجزای آن در اثر خشک شدن آب محیط و تماس املاح جلوگیری شود. این سیستم نگهداری معمولا تا زمانی که روشی مطمئن برای استخراج داده‌ها از جعبه سیاه پیدا شود، ادامه می‌یابد.
تاثیر جعبه سیاه در امنیت سفرهای هوایی
ثبت‌کننده‌های اتفاقات پرواز و جعبه‌های سیاه در گذر زمان تاثیر بسزایی در ارتقای کیفیت پرواز هواپیماها داشته‌اند؛ چرا که تصویب بسیاری قوانین مرتبط با هواپیماها نتیجه مستقیم تحقیقاتی بوده که انجامشان به واسطه جعبه های سیاه و داده‌های ثبت شده توسط آن‌ها امکان‌پذیر شده است.
اداره فدرال پرواز آمریکا (FAA) همچنین در صدد تصویب قوانین جدیدی است که افزایش زمان ضبط داده‌های پرواز از دو ساعت به 25 ساعت را اجباری کند. در صورتی که چنین اتفاقی رخ دهد، جعبه های سیاه می‌توانند به نقش حتی پررنگ‌تری در ارتقای کیفیت پرواز در دنیا برسند و گروه ملی امنیت پرواز آمریکا که از سال 2018 به دنبال تصویر این قانون بوده به پیروزی بزرگی دست خواهد یافت!
استفاده از جعبه‌های سیاه در تمامی پروازهای تجاری جهان اجباری است و هم به‌صورت فعال و هم غیرفعال تاثیر بسزایی در افزایش کیفیت و ایمنی پرواز داشته است. علاوه بر پروازهای تجاری، استفاده از جعبه‌های سیاه در پروازهای آموزشی و تمرینی نیز می‌تواند نقش پررنگی در تعلیم خلبانان جدید داشته باشد و با جمع‌آوری داده‌های متعدد مثل عملکرد و واکنش خلبان به تحریک‌های مختلف امکان تحلیل مناسب‌تر داده‌های پرواز آموزشی را فراهم کند. در کنار نظارت مستقیم بر خلبان، اطلاعات موجود در جعبه های سیاه همچنین می‌تواند باعث ارتقای پروتکل‌های مربوط به پرواز شود.
کلید افزایش دائمی سطح امنیت پروازهای آینده، بهینه‌سازی عملکرد خلبانان و پیشرفت در بخش‌های مختلف این صنعت استفاده و ارتقای پیوسته فناوری‌های پایشی و جعبه های سیاه در هواپیماهاست.
آینده جعبه‌های سیاه
تا به این جا متوجه شدیم که تاثیر جعبه‌های سیاه بر ارتقای امنیت پرواز و تحقیقات پس از رخ دادن سوانح هوایی غیرفابل انکار است. با این وجود مفید بودن آن‌ها در گرو دوام و استحکامشان در تحمل ضربات و آسیب‌های ناشی از سانحه و سپس پیدا شدن آن‌ها پس از رخ دادن حادثه است.
از مدت‌ها قبل بسیاری ایرلاین‌های مطرح دنیا اقدام به ارائه شبکه وای فای به مسافرینشان کرده‌اند و حجم گسترده‌ای از اطلاعات را در ارتفاع 30 هزار پایی زمین در اختیار مسافرین قرار داده‌اند. این شبکه علاوه بر قابلیت‌های آشنای وای فای همچنین امکان جمع‌آوری سریع و بهینه داده‌های کاربران را نیز برای ایرلاین‌ها فراهم کرده است. این مساله باعث شده که در سال‌های اخیر ایده انتقال داده‌های جمع آوری شده از خلبان و مسافران به یک فضای ابری قبل مطرح شود تا نیاز به یک جعبه سیاه فیزیکی از بین رفته و مشکلات ناشی از ضربه خوردن یا آسیب دیدن آن از بین برود. به این ترتیب می‌توان مطمئن بود که داده‌های مربوط به کاربران در هر شرایطی حفظ شده و در معرض خطر قرار ندارد.
این مساله البته مخالفت‌های بسیاری صاحب‌نظران را هم در پی داشته است. این افراد مواردی نظیر چالش‌های فنی مربوط به تعبیه این فناوری، حفره‌های احتمالی در پوشش ماهواره‌ای یک منطقه یا عدم انتقال اطلاعات به واسطه شرایط جوی نامساعد را از جمله فاکتورهایی می‌دانند که می‌تواند روند انتقال داده‌های هواپیما به فضای ابری را مختل کنند. علاوه بر این، خطر هک شدن داده‌ها نیز یکی دیگر از نگرانی‌های بزرگ مخالفین جعبه های سیاه دیجیتالی در هواپیماهاست. این افراد معتقدند که استریم زنده داده‌ها می‌تواند خطر هک شدن را نیز افزایش داده و کل زیرساخت امنیت سایبری هواپیما را به خطر بیندازد.
با وجود تمامی این نگرانی‌ها نقش جعبه‌های سیاه در آینده صنعت پرواز واضح است! این سیستم‌ها قرار است همچنان به ایفای نقش پررنگ خود در جمع آوری داده‌ها و ارتقای امنیت پرواز ادامه داده و زندگی افراد بیشتری را نجات دهند!