科普：黑匣子这么重要，为什么数据不能云同步？

     每当有空难发生，事故调查组最重要的任务之一就是找到飞机上的“黑匣子”。

　　这个长度半米左右小盒子里保存着飞机失事前最后的信息，是判断事故原因最直接的证据。

　　黑匣子包括两套仪器：一套是飞行数据记录器（FDR），能实时记录飞机的飞行参数，飞机的速度、高度、航向、推力、加速度等重要数据都包含在内，记录时间范围是最近的25小时。

     另一套是驾驶舱通话记录器（CVR），飞行开始后，仪器上的四条音轨就开始分别记录飞行员与航空管制员的通话，正、副驾驶员之间的对话，机组员对乘客的广播，以及驾驶舱内各种声音（引擎声、警报声）。记录的时间约2小时，录满后会自动倒带从头录起。

　　在分秒必争的事故调查中，寻找黑匣子的过程显得过于漫长。而且黑匣子并非无坚不摧，可能被爆炸摧毁，被海水泡坏，甚至可能像马航MH370的黑匣子那样不知所终。

　　那么，为什么不把黑匣子数据实时同步到云端，方便调查人员快速提取呢？

　　黑匣子数据能不能实时云同步？

　　比起发明黑匣子的年代，如今的通信技术已经大大发展，飞机上都能连上Wi-Fi了。我们还能从网上看到东航客机最后一段时间的速度和高度数据，这些信息已经实现了实时共享。

　　但是，要让黑匣子实现所有数据云同步，没那么简单。

　　黑匣子最主要的任务是保存数据，其他方面的性能很差，无法搭载实现数据同步所需的操作环境。

　　在过去几十年中，存储技术有了极大的提升。早先的黑匣子配备的是磁盘，如今大部分飞机都用上了固态飞行数据记录器（SSFDR）。

　　为了抵抗强大的物理冲击，黑匣子不能使用一般的硬盘、SD卡这些大容量存储设备。实际上，黑匣子的数据存储能力还不到一般笔记本电脑的百分之一，它通常只有1~4G的存储空间来保管所有的系统文件，无法执行运算等任务。

　　其次，在硬件方面，黑匣子的重量、尺寸、能耗都有严格的限制。

　　黑匣子的设计要求它能够用有限的电量运作足够长的时间。黑匣子配备独立的电源，以确保在飞机发生异常的时候记录仪器能够继续工作；一旦黑匣子落水，这个电源还要维持水下定位信标工作至少30天。这样一来，黑匣子内部仪器的能耗就要尽可能降低，加装一个数据发射模块实在太费电了。

　　最后，同步保存这么关键的数据需要一个非常稳定的网络环境，但目前飞机上的网络还做不到。这可能是最重要的一个原因。

　　如果你用过飞机上的Wi-Fi，你会发现它网速慢，连接也不稳定。飞机上的Wi-Fi主要依靠两种技术接入互联网，分别是地面的基站网络和天上的卫星网络。卫星的位置、地形、天气状况等因素都会影响网络的稳定。然而黑匣子需要确保数据记录连续、完整，无论飞机上的Wi-Fi，还是无线电、雷达、卫星电话等系统，都无法做到这点。

　　此外，还有专家在接受媒体采访时提到，实时同步每一台飞机的海量数据并无必要。

　　当前的民航系统已经能够实时监控飞机的速度、高度等数据，飞机也能通过卫星电话与地面沟通重要信息；但如果把所有飞机的详细飞行数据、驾驶舱对话这样的信息都实时同步，数据量就太大了，对管理也没有帮助。

　　其实绝大多数的飞行事故都发生在飞机的起飞和降落阶段，飞机损毁程度比较轻。在这样的情况下，找到黑匣子提取数据就很简单了。

　　哪怕飞机解体，黑匣子都还在

　　虽然名字叫黑匣子，但它实际上是醒目的鲜橙色，并配备了反光条，以便搜救人员发现。为了确保数据安全，航空业对黑匣子的安装位置、供电模式、防冲击和耐高温的能力都做了细致的规定。

　　黑匣子一般安装在飞机尾部，根据统计数据，这里是飞机失事后最不容易损坏的部位。它的外层包裹厚重的不锈钢钢板和隔热层，可以经受高达3400个重力加速度的冲击、上千摄氏度的高温和6000米水深的压力，保护数据存储元件不被损坏。

　　为了落水后更容易被找到，黑匣子还配备了反射条和水下定位信标。水下定位信标可以不断发送超声波，至少持续工作三十天，方便搜救人员在水中定位。但在少数情况下，定位信标会因为空难时的冲击而脱落。

　　黑匣子的诞生

　　黑匣子的发明，源自民用航空起步时期一系列惨痛的事故。

　　1949年，英国的一家航空公司推出了全世界第一架喷气式民航客机，德·哈维兰“彗星”（De Havilland Comet）。但是接下来，从1952年到1954年，7架“彗星”号先后坠机，导致110人死亡。

　　为调查事故原因，英国民用航空局在澳大利亚（当时仍为英国殖民地）组建了一个专家团队，其中就有28岁的大卫·沃伦（David Warren），一位研究飞机燃料的化学家。在调查过程中，沃伦遇到了一个重大的困难：可用的数据实在太少了。

　　在当时，一些军用测试飞机上已经装备了飞行数据记录仪，但这并没有被应用到民用航空领域。亲历者的讲述也能提供不可替代的重要信息，但空难通常很少有人生还。要想知道机组和乘客们在事故前的最后时刻经历了什么，还需要在机舱内安装一台录音机。于是，沃伦将飞行数据记录仪与驾驶舱录音机结合起来，包上一个牢固的外壳，希望通过这种方式，为空难之后的调查提供宝贵的信息。

　　一开始，沃伦的上级对这个想法不感兴趣，沃伦只好用周末在自家车库里研发原型机。但随着时间的推移，黑匣子的价值得到了认可，开始被逐渐投入应用。现代的黑匣子虽然有一些技术升级，但大体上保留了沃伦的设计。

　有了黑匣子的帮助，航空业才能更好地从每一次事故中吸取教训，变得越来越安全。但恰好是在一些特别重大的空难中，黑匣子一直无法找到，例如马航MH370空难。希望技术的发展能带来黑匣子的进一步改进，让每一起事故都能找到答案，让悲剧不再重演。

　　参考文献

　　[1]https：//www.nma.gov.au/defining-moments/resources/black-box-invented

　　[2] https：//www.britannica.com/technology/flight-recorder

　　[3]https：//science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/black-box.htm

　　[4]https：//science.howstuffworks.com/transport/flight/modern/black-box-data-stored-in-cloud.htm

　　[5] Wiseman Y。 Can flight data recorder memory be stored on the cloud？[J]。 Journal of Aviation Technology and Engineering， 2016， 6（1）： 3。

　　[6] 《运输类飞机适航标准》（CCAR25），中国民用航空局。