Hoe Black Boxes Werken

{h1}

Vaak helpen de enige overlevenden van crashes, black boxes, onderzoekers vast te stellen wat er is gebeurd in een vliegtuigongeluk. Ontdek wat er in een zwarte doos zit.

Duikers in Indonesië hebben eindelijk een van de vluchtgegevensrecorders teruggevonden van de Lion Air-jet die op 29 oktober 2018 in de Javazee stortte met 189 passagiers aan boord. Volgens rapporten van AP zou de flight data recorder onderzoekers moeten helpen een antwoord te krijgen op wat de oorzaak was van de twee maanden oude Boeing 737 MAX 8 om vlak na het opstijgen te crashen. De voicerecorder moet ook de stemmen van de cockpitbemanning, motorgeluiden, instrumentatiewaarschuwingen en andere geluidsopnamen tijdens de vlucht weergeven.

Er zijn meestal veel onbeantwoorde vragen als een vliegtuig naar beneden gaat. Dat is de reden waarom onderzoekers zich wenden tot de flight data recorder (FDR) en cockpit voicerecorder (CVR) van het vliegtuig, ook wel "black boxes" genoemd, voor antwoorden. Na een vliegtuigongeluk in de VS beginnen veiligheidsonderzoekers van de National Transportation Safety Board (NTSB) onmiddellijk naar de zwarte dozen van het vliegtuig te zoeken.

Antwoorden komen helaas niet altijd snel. Het kostte onderzoekers bijna twee jaar om de black box te vinden van Air France Flight 447, 447 die op 1 juni 2009 neerstortte in de Zuid-Atlantische Oceaan. De doos had niet alleen de impact overleefd, maar ook ondergedompeld onder bijna 13.000 voet zout, corrosief zeewater. Uiteindelijk bleek uit de gegevens dat de pilootfout had bijgedragen aan een stal die uiteindelijk de crash veroorzaakte.

Deze opnameapparaten, die elk tussen $ 10.000 en $ 15.000 kosten, onthullen details van de gebeurtenissen onmiddellijk voorafgaand aan het ongeval. In dit artikel zullen we kijken naar de twee soorten black boxes, hoe ze crashes overleven en hoe ze worden teruggevonden en geanalyseerd.

Black Boxes Begin

Een ouder model flight data recorder van EgyptAir 990, die in 1999 crashte.

Een ouder model flight data recorder van EgyptAir 990, die in 1999 crashte.

Het wijdverspreide gebruik van luchtvaartrecorders begon pas in de periode na de Tweede Wereldoorlog. Sindsdien is het opnamemedium van black boxes geëvolueerd om meer informatie over de werking van een vliegtuig te registreren.

Oudere zwarte dozen gebruikt Magnetische tape, een technologie die voor het eerst werd geïntroduceerd in de jaren zestig. Magneetband werkt zoals elke cassetterecorder. De Mylar-tape wordt over een elektromagnetische kop getrokken, waardoor er wat gegevens op de tape achterblijven. Tegenwoordig gebruiken black boxes solid-state geheugenkaarten, die in de jaren negentig is meegekomen.

Solid-state recorders worden als veel betrouwbaarder beschouwd dan hun tegenhangers met magneetband. Solid state maakt gebruik van gestapelde rijen geheugenchips, zodat ze geen bewegende delen hebben. Zonder bewegende delen zijn er minder onderhoudskwesties en is er minder kans op breken tijdens een botsing.

Gegevens van zowel CVR als FDR worden gestapeld opgeslagen geheugenkaarten binnen in de crash-overleefbare geheugeneenheid (CSMU). De geheugenborden hebben voldoende digitale opslagruimte voor twee uur audiodata voor CVR's en 25 uur vluchtgegevens voor FDR's.

Vliegtuigen zijn uitgerust met sensoren die gegevens verzamelen zoals versnelling, luchtsnelheid, hoogte, flapinstellingen, buitentemperatuur, motorprestaties en cabinetemperatuur en -druk. Magneetbandrecorders kunnen ongeveer 100 parameters volgen, terwijl solid-state recorders veel meer kunnen volgen.

In de Boeing 787 kunnen de eenheden bijvoorbeeld maar liefst 146.000 parameters registreren, wat resulteert in meerdere terabytes aan gegevens voor elke afzonderlijke vlucht. Die ongelooflijke hoeveelheid gegevens is een dubbelzijdig zwaard; het is geweldig voor het monitoren van het vliegtuig, maar het kan ingenieurs en onderhoudspersoneel overbelasten. Om al die gegevens te beheren, hebben ze geavanceerde gegevensbeheersoftware nodig.

Of het systeem nu een oudere versie is of volledig modern, alle gegevens die door de sensoren van het vliegtuig worden verzameld, worden naar de eenheid voor de acquisitie van vluchtgegevens (FDAU) aan de voorkant van het vliegtuig. Dit apparaat is vaak te vinden in de ruimte voor elektronische apparatuur onder de cockpit. De eenheid voor de acquisitie van vluchtgegevens is de middelste beheerder van het volledige gegevensregistratieproces. Het neemt de informatie van de sensoren en stuurt het naar de zwarte dozen.

Beide zwarte dozen worden aangedreven door een van de twee stroomgeneratoren die hun kracht putten uit de motoren van het vliegtuig. Eén generator is een 28-volt gelijkstroomvoedingsbron en de andere is een 115-volt, 400-hertz (Hz) wisselstroombron.

Cockpit Voice Recorders

De cockpit voicerecorder en de vluchtgegevensrecorder die in 2006 zijn opgehaald van Comair Flight 5191.

De cockpit voicerecorder en de vluchtgegevensrecorder die in 2006 zijn opgehaald van Comair Flight 5191.

In bijna elk commercieel vliegtuig, zijn er verschillende microfoons ingebouwd in de cockpit die luisteren naar het gesprek van de bemanning. Deze microfoons volgen ook het omgevingsgeluid in de cockpit, zoals schakelaars die worden geworpen of kloppen of ploffen. Er kunnen maximaal vier microfoons in de cockpit van het vliegtuig zijn, elk verbonden met de cockpit voice recorder (CVR).

Microfoons sturen audio naar de CVR, die de signalen digitaliseert en opslaat. In de cockpit is er ook een apparaat genaamd de bijbehorende besturingseenheid, die voorversterking biedt voor audio naar de CVR. De vier microfoons bevinden zich in de headset van de piloot, de headset van de co-piloot, de headset van een derde bemanningslid (als er een derde bemanningslid is) en in de buurt van het midden van de cockpit, om audio-waarschuwingen en andere geluiden op te nemen.

De meeste magneetband-CVR's slaan de laatste 30 minuten geluid op. Ze gebruiken een continue lus van tape die elke 30 minuten een cyclus voltooit. Als nieuw materiaal wordt vastgelegd, wordt het oudste materiaal vervangen. CVR's die solid-state opslag gebruiken, kunnen twee uur audio opnemen. Vergelijkbaar met de magneetbandrecorders, registreren solid-state recorders ook over oud materiaal.

Vluchtgegevensrecorders

Een van de zwarte dozen herstelde van Air France Airbus A330, die in 2009 in de Atlantische Oceaan neerstortte.

Een van de zwarte dozen herstelde van Air France Airbus A330, die in 2009 in de Atlantische Oceaan neerstortte.

De flight data recorder (FDR) is ontworpen om de bedrijfsgegevens van de systemen van het vliegtuig te registreren. Er zijn sensoren bekabeld van verschillende gebieden in het vlak naar de eenheid voor het verzamelen van vluchtgegevens, die is aangesloten op de FDR. Dus wanneer de piloot een schakelaar omdraait of een knop twiddles, registreert de FDR elke actie.

In de VS vereist de Federal Aviation Administration (FAA) dat commerciële luchtvaartmaatschappijen een minimum van 11 tot 29 parameters registreren, afhankelijk van de grootte van het vliegtuig. Magneetbandrecorders hebben de potentie om tot 100 parameters op te nemen. Solid-state FDR's kunnen honderden of zelfs duizenden meer opnemen.

Op 17 juli 1997 heeft de FAA een Code of Federal Regulations uitgegeven die de registratie vereist van ten minste 88 parameters voor vliegtuigen die zijn geproduceerd na 19 augustus 2002. Hier zijn enkele parameters die door de meeste FDR's zijn vastgelegd:

  • Tijd
  • Druk hoogte
  • luchtsnelheid
  • Verticale versnelling
  • Magnetische koers
  • Controlekolompositie
  • Roer-pedaal positie
  • Stuurpositie van het stuurwiel
  • Horizontale stabilisator
  • Brandstofstroom

Solid-state recorders kunnen meer parameters volgen dan magnetische tape, omdat ze zorgen voor een snellere gegevensstroom. Solid-state FDR's kunnen maximaal 25 uur vluchtgegevens opslaan. Elke extra parameter vastgelegd door de FDR geeft onderzoekers een idee van de oorzaak van een ongeluk.

Gebouwd om te overleven

De vluchtrecorders van vlucht 1404 van Continental Airlines, die tijdens het opstijgen van de startbaan in Denver, Colorado, in 2008 zijn afgegleden.

De vluchtrecorders van vlucht 1404 van Continental Airlines, die tijdens het opstijgen van de startbaan in Denver, Colorado, in 2008 zijn afgegleden.

Vliegtuigongevallen zijn gewelddadige aangelegenheden. Bij veel van dergelijke ongelukken zijn de enige apparaten die overleven de crash-survivable geheugeneenheden (CSMU's) van de vluchtgegevensrecorders en cockpit-spraakrecorders. Meestal worden de rest van het chassis van de recorder en de interne componenten verminkt. De CSMU is een grote cilinder die op het platte gedeelte van de recorder wordt geboord. Dit apparaat is ontworpen om extreme hitte, schokkende crashes en tonnen druk te weerstaan. In oudere magneetbandrecorders bevindt de CSMU zich in een rechthoekige doos.

Met behulp van drie lagen materiaal isoleert en beschermt de CSMU in een solid-state zwarte doos de stapel geheugenkaarten die de gedigitaliseerde gegevens opslaan.

Hier is een nadere blik op de materialen die een barrière vormen voor de geheugenkaarten, beginnend bij de binnenste barrière en onze weg naar buiten werkend:

  • Aluminium behuizing: Er is een dunne laag aluminium rond de stapel geheugenkaarten.
  • Hoge temperatuur isolatie: Dit dry-silica materiaal is 1 inch (2,54 centimeter) dik en biedt thermische bescherming tegen hoge temperaturen. Dit is wat de geheugenkaarten beschermt tijdens brand na een ongeval.
  • Roestvrijstalen schaal: - Het isolatiemateriaal met hoge temperatuur bevindt zich in een roestvrijstalen gegoten schaal die ongeveer 0,25 inch (0,64 centimeter) dik is. Titanium kan ook worden gebruikt om dit buitenste pantser te maken.

Deze geharde behuizingen zijn ongelooflijk belangrijk. Zonder adequate bescherming zouden alle vluchtgegevens worden vernietigd. Dus om ervoor te zorgen dat gegevens veilig blijven, vallen ingenieurs hun zwarte dozen met volledige woede aan om te zien of hun producten bestand zijn tegen extreme misbruiken.

Testen van een overbelastbare geheugeneenheid

Om de kwaliteit en de overlevingskansen van black boxes te waarborgen, testen fabrikanten de CSMU's grondig. Bedenk dat alleen de CSMU een crash moet overleven. Als een onderzoeker van een ongeval dat heeft, kunnen ze de informatie ophalen die ze nodig hebben. Om de eenheid te testen, laden technici voorbeeldgegevens op de geheugenkaarten in de CSMU. Dit patroon wordt beoordeeld bij het uitlezen om te bepalen of een van de gegevens is beschadigd door botsing, brand of druk.

Er zijn verschillende tests die de crash-overlevingssequentie vormen:

  • Crash impact: Onderzoekers schieten de CSMU door een luchtkanon om een ​​impact van 3.400 Gs te creëren (1 G is de kracht van de zwaartekracht van de aarde, die bepaalt hoeveel iets weegt). Bij 3.400 Gs slaat de CSMU een aluminium honingraatdoel op een kracht gelijk aan 3.400 keer het gewicht. Deze impactkracht is gelijk aan of groter dan wat een recorder zou kunnen ervaren bij een daadwerkelijke crash.
  • Pin drop: Om de penetratieweerstand van de eenheid te testen, laten onderzoekers een 500-pond (227 kilogram) gewicht vallen met een 0,25-inch (0,64 centimeter) stalen pen die vanaf de onderkant uitsteekt op de CSMU vanaf een hoogte van 10 voet (3 meter). Deze pen, met 500 pond erachter, heeft invloed op de meest kwetsbare as van de CSMU-cilinder.
  • Statische verliefdheid: Gedurende vijf minuten passen onderzoekers 5.000 pond per vierkante inch (psi) knijpkracht toe op elk van de zes hoofdaspunten van de eenheid.
  • Brandtest: Onderzoekers plaatsen het apparaat in een propaan-bron vuurbal en koken het met behulp van drie branders. De eenheid zit gedurende een uur in het vuur op 2.000 graden Fahrenheit (1.100 graden Celsius). De FAA vereist dat alle solid-state recorders ten minste een uur bij deze temperatuur kunnen overleven.
  • Onderzeese diepzee: De CSMU wordt 24 uur in een zoutwatertank onder druk geplaatst.
  • Zout water onderdompeling: De CSMU moet 30 dagen in een zoutwatertank overleven.
  • Vloeiende onderdompeling: Verschillende CSMU-componenten worden in verschillende luchtvloeistoffen geplaatst, waaronder vliegtuigbrandstof, smeermiddelen en brandblusserchemicaliën.

Tijdens de brandtest, de geheugeninterfacekabel die de geheugenkaarten bevestigt aan de printplaat wordt weggebrand.Nadat het apparaat is afgekoeld, nemen onderzoekers het uit elkaar en trekken ze de geheugenmodule eruit. Ze pakken de geheugenkaarten opnieuw in, installeren een nieuwe geheugeninterfacekabel en koppelen het apparaat aan een uitleessysteem om te controleren of alle voorgeladen gegevens zijn geregistreerd.

Zwarte dozen worden meestal rechtstreeks door de vliegtuigfabrikanten verkocht en geïnstalleerd. Beide zwarte dozen worden in de staart van het vliegtuig geïnstalleerd - waardoor ze in de achterkant van het vliegtuig worden geplaatst vergroot hun overlevingskansen. De precieze locatie van de recorders is afhankelijk van het individuele vlak. Soms bevinden ze zich in het plafond van de kombuis, in het achterschip of in de staartkegel die de achterkant van het vliegtuig bedekt.

Na een crash

De Braziliaanse marine toont teruggewonnen puin van een Air France-vliegtuig dat tijdens de vlucht over de Atlantische Oceaan verloren is gegaan.

De Braziliaanse marine toont teruggewonnen puin van een Air France-vliegtuig dat tijdens de vlucht over de Atlantische Oceaan verloren is gegaan.

Hoewel ze "black boxes" worden genoemd, zijn de vliegtuigenrecorders eigenlijk feloranje geschilderd. Deze aparte kleur, samen met de strips met reflecterende tape die zijn bevestigd aan de buitenkant van de recorders, helpen onderzoekers de zwarte dozen na een ongeval te vinden. Deze zijn vooral handig wanneer een vliegtuig in het water landt. Er zijn twee mogelijke oorsprongen van de term zwarte doos: Sommigen geloven dat het komt omdat vroege recorders zwart werden geverfd, terwijl anderen denken dat het verwijst naar de verkoling die optreedt bij brand na een ongeval.

Naast de verf en reflecterende tape, zijn zwarte dozen uitgerust met een onderwater locator baken (ULB). Als u naar de afbeelding van een zwarte doos kijkt, ziet u bijna altijd een klein, cilindrisch voorwerp aan het ene uiteinde van het apparaat. Hoewel het als een handvat fungeert, is deze cilinder eigenlijk een baken.

Als een vliegtuig in het water crasht, zendt het baken een ultrasone puls uit die niet door de oren van de mens kan worden gehoord, maar eenvoudig te detecteren is met sonar en akoestische lokalisatieapparatuur. Er is een onderdompelingssensor aan de kant van het baken dat eruitziet als een schot in de roos. Wanneer water deze sensor raakt, is het baken geactiveerd.

Het baken zendt pulsen uit met 37,5 kilohertz (kHz) en kan geluid verzenden tot 14.000 voet (4.267 meter). Zodra het baken begint met pingen, pingt het eenmaal per seconde gedurende 30 dagen. Dit baken wordt aangedreven door een batterij met een houdbaarheid van zes jaar. In zeldzame gevallen kan het baken afgebroken worden tijdens een botsing met grote impact.

In de VS wanneer onderzoekers een zwarte doos zoeken, wordt deze naar de computerlabs van de National Transportation Safety Board (NTSB) getransporteerd. Er wordt speciale zorg besteed aan het transport van deze apparaten om verdere schade aan het opnamemedium te voorkomen. Bij waterongevallen worden de recorders in een koeler geplaatst om te voorkomen dat ze uitdrogen.

Informatie opvragen

De cockpitvoicerecorder van de Russische Sukhoi Superjet 100, die in 2012 in de zijkant van een berg neerstortte.

De cockpitvoicerecorder van de Russische Sukhoi Superjet 100, die in 2012 in de zijkant van een berg neerstortte.

Nadat ze de zwarte vakken hebben gevonden, nemen onderzoekers de recorders mee naar een laboratorium waar ze de gegevens van de recorders kunnen downloaden en proberen de gebeurtenissen van het ongeval na te bootsen. Dit proces kan weken of maanden in beslag nemen. In de Verenigde Staten leveren Black Box-fabrikanten de National Transportation Safety Board met de uitleessystemen en software die nodig zijn voor een volledige analyse van de opgeslagen gegevens van de recorders.

Als de FDR niet beschadigd is, kunnen onderzoekers deze eenvoudigweg op de recorder afspelen door deze aan te sluiten op een uitleessysteem. Met solid-state recorders kunnen onderzoekers binnen enkele minuten opgeslagen gegevens extraheren via USB- of Ethernet-poorten. Heel vaak worden recorders die uit wrakstukken zijn gehaald gedeukt of verbrand. In deze gevallen worden de geheugenkaarten verwijderd, opgeschoond en een nieuwe geheugeninterfacekabel geïnstalleerd. Vervolgens is het geheugenbord verbonden met een werkende recorder. Deze recorder heeft speciale software om het ophalen van gegevens mogelijk te maken zonder de mogelijkheid van het overschrijven van gegevens.

Een team van experts wordt meestal ingeschakeld om de opnamen te interpreteren die zijn opgeslagen op een CVR. Deze groep bestaat meestal uit vertegenwoordigers van de luchtvaart- en vliegtuigfabrikant, een NTSB-specialist voor transportveiligheid en een NTSB-veiligheidsonderzoeker uit de lucht. Deze groep kan ook een taalspecialist van de FBI en, indien nodig, een tolk bevatten. Dit bord probeert 30 minuten woorden en geluiden te interpreteren die zijn opgenomen door de CVR. Dit kan een moeizaam proces zijn en kan weken in beslag nemen.

Zowel de FDR als de CVR zijn van onschatbare waarde voor elk onderzoek van vliegtuigen. Dit zijn vaak de enige overlevenden van vliegtuigongelukken en als zodanig belangrijke aanwijzingen voor de oorzaak die onmogelijk op een andere manier kunnen worden verkregen. Naarmate de technologie evolueert, zullen zwarte dozen een enorme rol blijven spelen bij ongevallenonderzoeken.

De toekomst van Black Boxes

Niet alleen voor vliegtuigen: de hier afgebeelde zwarte doos kwam van een raceauto die in 2006 betrokken was bij een crash in Australië.

Niet alleen voor vliegtuigen: de hier afgebeelde zwarte doos kwam van een raceauto die in 2006 betrokken was bij een crash in Australië.

Er zijn allerlei mogelijke verbeteringen aan de horizon voor black box-technologie. Het meest duidelijk is dat de huidige systemen geen video van cockpitactiviteit registreren. Jarenlang heeft de National Transportation Safety Board tevergeefs geprobeerd videomogelijkheden in black box-systemen te implementeren, maar veel piloten weigeren standvastig video toe te staan, omdat dergelijke systemen hun privacy schenden en dat de huidige gegevensverzameling voldoende is voor onderzoekers van ongevallen.

De NTSB blijft volhouden dat er niet zoiets is als te veel informatie hebben bij het onderzoeken van vliegtuigcrashes. Momenteel staat de video-opname nog steeds in de wacht.

Maar de technologie is meer dan klaar. Airbus installeert bijvoorbeeld een Vision 1000-systeem in al zijn helikopters.De Vision 1000-camera is achter het hoofd van de piloot gemonteerd, waar hij video opneemt van de acties van de piloot en het cockpitgedeelte, evenals het uitzicht buiten de voorruit, met vier frames per seconde. Het weegt ongeveer een half pond en heeft alleen stroom nodig en een GPS-verbinding voor activering.

Video is niet de enige verbetering die weerstand ondervindt van de status-quo. Sinds 2002 hebben sommige wetgevers aangedrongen op de Save Aviation and Flight Enhancement Act, waarvoor niet één maar twee vluchtrecorders nodig zijn, waaronder een die zichzelf tijdens een incident automatisch uit het vliegtuig werpt. Dergelijke zichzelf uitwerpende recorders zijn gemakkelijker te lokaliseren en hebben minder kans op catastrofale schade. Tot dusverre heeft de wet het Congres echter niet aangenomen.

Zwarte dozen zijn niet alleen voor vliegtuigen. Ze zijn nu geïntegreerd in vele soorten voertuigen. Misschien heb je er zelfs een in je auto, hoewel je er niets vanaf weet. Ongeveer 90 procent van de nieuwe auto's beschikt over EDR's (Event Data Recorders) die dezelfde gegevens bijhouden als zwarte vliegtuighavens. De EDR is ogenschijnlijk ontworpen om het veiligheidssysteem van de auto te onderhouden en te bewaken, maar onderzoekers van een ongeval kunnen en gebruiken EDR-gegevens om wrakken beter te begrijpen... en soms om de schuld te geven na een ongeluk.

Als het gaat om zwarte dozen die op vliegtuigen zijn gemonteerd, is het heel goed mogelijk dat ze langs de kant gaan. In plaats van in een box op te nemen, kunnen vliegtuigen al snel hun essentiële gegevens direct naar een station op de grond streamen. Deze systemen bestaan ​​al. Het FlyhtStream air-to-ground-systeem van AeroMechanical Services verzendt bijvoorbeeld vluchtgegevens via satelliet naar een thuisbasis.

Dergelijke systemen elimineren de wanhopige zoektocht naar een doos die mogelijk is vernietigd tijdens een crash en kan ook betrouwbaarder zijn. Voorlopig zijn zwarte dozen echter nog steeds een noodzaak, elke dag als duizenden vliegtuigen de lucht in vliegen en miljoenen mensen over de hele wereld vliegen.

Notitie van de Auteur: Hoe Black Boxes werken

Ik heb een terugkerende nachtmerrie over het zoomen door de lucht in een gedoemde jet. Elke keer verlaat het vliegtuig de startbaan tijdens het opstijgen en versnelt dan heftig recht omhoog de lucht in. Ik kom nooit aan het einde van de droom. Misschien is dat een goede zaak. Gelukkig zijn vliegtuigstoringen buitengewoon zeldzaam - statistisch gezien is uw auto een stuk gevaarlijker. Maar wanneer vliegtuigen uit de lucht vallen, is het een opluchting om een ​​idee te hebben waarom... anders zouden ingenieurs en familieleden pijnlijk blijven, zich afvragend waarom onschuldige mensen op zo'n afschuwelijke manier stierven. Ik hoop dat ik nooit deel uitmaak van een ongevalscène waar een zwarte doos nodig is. Tenzij, natuurlijk, het is gewoon in mijn dromen.


Video Supplement: Aircraft BLACK BOXES. How do they work?.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com