Чёрный ящик: что на самом деле внутри оранжевой коробки

Они не чёрные

Начнём с того, что сбивает с толку всех, кто хоть раз слышал об авиакатастрофах в новостях: чёрные ящики не чёрные. Они ярко-оранжевые — если точнее, цвета International Orange, того самого, в который выкрашен мост Золотые Ворота в Сан-Франциско. Причина очевидна: оранжевый предмет легче найти среди обломков, в грязи, в воде, в снегу. Чёрный спрятался бы.

Откуда тогда название? Версий несколько. Самая правдоподобная: ранние прототипы бортовых самописцев были буквально чёрными — их корпуса обугливались при испытаниях на огнестойкость. Другая версия связывает название с термином «чёрный ящик» в кибернетике — устройство, внутреннее устройство которого неизвестно пользователю. Но как бы ни возникло название, оно прилипло навсегда.

И ещё: они не ящики. Современный бортовой самописец — это скорее цилиндр или сфера, закреплённая внутри теплоизолирующего кожуха. Но давайте обо всём по порядку.

Человек, который придумал записывать катастрофы

В 1953 году австралийский химик Дэвид Уоррен работал в Лаборатории аэронавтических исследований в Мельбурне. Его привлекли к расследованию серии катастроф британских реактивных лайнеров de Havilland Comet — первых в мире коммерческих реактивных самолётов. Три «Кометы» разрушились в воздухе за период с 1953 по 1954 год. Причина оставалась загадкой: обломки лежали на дне Средиземного моря, свидетелей не было, выживших — тоже.

Уоррен, сын лётчика, погибшего в авиакатастрофе над Бассовым проливом в 1934 году, задался вопросом: а что если бы самолёт записывал всё, что происходит в кабине? Не только показания приборов, но и голоса пилотов, их переговоры, звуки? Тогда расследователи не гадали бы на обломках, а точно знали, что случилось.

В 1956 году Уоррен собрал прототип в своей лаборатории. Устройство записывало четыре часа аудио на стальную проволоку — технология магнитной записи, которая была доступна в то время. Прибор помещался в огнестойкий контейнер размером с небольшой чемодан.

Реакция австралийского авиационного истеблишмента была, мягко говоря, прохладной. Военные авиаторы отказались: они заявили, что запись голосов пилотов — это вторжение в частную жизнь и подрыв доверия. Гражданское авиационное управление Австралии тоже не проявило интереса. Уоррен показал прибор секретарю Министерства авиации — тот ответил, что это устройство для шпионажа и его нужно уничтожить.

Прорыв случился в 1958 году, когда британский чиновник Роберт Хардингем увидел прототип Уоррена во время визита в Мельбурн. Он забрал устройство в Англию, где оно произвело впечатление на авиационных инженеров. К 1960 году Австралия — по иронии судьбы, страна, которая отвергла изобретение — стала первым государством в мире, обязавшим устанавливать бортовые самописцы на всех коммерческих самолётах.

Два ящика, две задачи

На каждом современном коммерческом самолёте установлены два бортовых самописца. Они выглядят похоже, но делают совершенно разные вещи.

FDR — Flight Data Recorder, параметрический самописец. Он записывает технические данные полёта: высоту, скорость, курс, вертикальную скорость, положение рулей, обороты двигателей, температуру, давление масла, положение шасси, закрылков и десятков других параметров. Современный стандарт требует записи минимум 88 параметров, но большинство новых самолётов записывают от 256 до более чем 1000 параметров. Данные фиксируются каждую секунду (для критических параметров — несколько раз в секунду) и хранятся за последние 25 часов полёта, после чего запись идёт по кругу, затирая старые данные.

CVR — Cockpit Voice Recorder, речевой самописец. Он записывает звуки в кабине экипажа: переговоры пилотов между собой, радиопереговоры с диспетчерами, звуковые сигналы бортовых систем, а также фоновые звуки — шум двигателей, щелчки переключателей, стук. Именно фоновые звуки часто оказываются ключом: по изменению тона двигателей можно определить момент отказа, а щелчок может указать на действие, которое пилот совершил, но не озвучил.

CVR записывает последние 2 часа на циклической основе. Это значит, что при длительном рейсе первые часы полёта стираются. Время записи было увеличено с 30 минут до 2 часов после ряда катастроф, в которых критические события происходили более чем за полчаса до крушения.

Оба самописца размещаются в хвостовой части самолёта — статистически наименее повреждаемой при столкновении с землёй.

Инженерия выживания

Вот что делает чёрные ящики по-настоящему уникальными — не то, что они записывают, а то, что они выдерживают.

Современный бортовой самописец по стандарту EUROCAE ED-112A должен пережить:

• Удар: перегрузка в 3400 g на протяжении 6,5 миллисекунды. Для сравнения: человек теряет сознание при 9 g. Автомобиль при лобовом столкновении на скорости 50 км/ч испытывает около 30 g. Три тысячи четыреста — это удар, при котором самолёт полностью разрушается.
• Огонь: 1100 °C в течение одного часа. Это температура, при которой плавится медь и алюминий. Титановый или нержавеющий корпус самописца окружён слоями теплоизоляции.
• Давление воды: погружение на глубину 6000 метров на срок до 30 дней. Это давление в 600 атмосфер — в полтора раза глубже, чем лежит «Титаник».
• Морская вода: коррозийная стойкость в солёной воде на протяжении 30 дней.

Данные хранятся на твердотельных микросхемах памяти (solid-state memory) — без движущихся частей. Старые модели использовали магнитную ленту, но с конца 1990-х все новые самописцы — полностью электронные. Микросхемы памяти запаяны в стопку плат, залитых эпоксидной смолой, внутри стального или титанового цилиндра, окружённого теплоизоляцией.

Для поиска под водой к каждому самописцу прикреплён подводный акустический маяк (Underwater Locator Beacon, ULB). При контакте с водой маяк активируется и начинает посылать ультразвуковые импульсы на частоте 37,5 кГц каждую секунду. Батарея рассчитана минимум на 30 дней непрерывной работы. Дальность обнаружения — от двух до пяти километров в зависимости от условий. После катастрофы рейса AF447 стандарт увеличили до 90 дней для новых самописцев.

Germanwings 9525: голос за закрытой дверью

Двадцать четвёртого марта 2015 года рейс Germanwings 9525 — Airbus A320 — вылетел из Барселоны в Дюссельдорф. На борту — 144 пассажира и 6 членов экипажа. Через полчаса самолёт врезался в склон горы в Альпах на юге Франции. Скорость столкновения — около 700 км/ч. Все 150 человек погибли.

Обломки были разбросаны на высоте около 1500 метров в труднодоступной горной местности. FDR и CVR нашли в первые дни — оранжевый цвет сработал.

Данные FDR показали странную картину: самолёт снижался плавно, без рывков, с постоянной вертикальной скоростью около 1000 метров в минуту. Автопилот был установлен на высоту 30 метров — минимально возможное значение. Кто-то намеренно направил самолёт вниз.

Но самый страшный материал дал CVR. Запись зафиксировала, как капитан Патрик Зонденхаймер вышел из кабины — вероятно, в туалет. Затем слышно, как замок бронированной двери переводится в положение «заблокировано». С этого момента на записи — ровное дыхание второго пилота Андреаса Любица и стук в дверь.

Стук переходит в удары. Зонденхаймер кричит: «Ради бога, открой дверь!» Пассажиры начинают кричать. Любиц не произносит ни слова. Его дыхание остаётся ровным до самого конца.

Без CVR эта катастрофа могла бы остаться загадкой. Данные самописца позволили установить, что Любиц скрывал тяжёлое психическое расстройство, и привели к изменению правил: теперь в кабине всегда должны находиться два члена экипажа.

AF447: два года на дне Атлантики

Первого июня 2009 года рейс Air France 447 — Airbus A330 — вылетел из Рио-де-Жанейро в Париж и исчез над Атлантикой. На борту — 228 человек.

Поиски начались немедленно. Через пять дней на поверхности нашли обломки и тела. Но чёрные ящики лежали на дне океана на глубине около 4000 метров — на краю Срединно-Атлантического хребта, среди подводных гор и ущелий.

Первая поисковая экспедиция в 2009 году — безрезультатно. Вторая в 2010 году — снова ничего. Акустические маяки к тому времени давно разрядились. Площадь поиска составляла тысячи квадратных километров.

В 2011 году третья экспедиция с использованием автономных подводных аппаратов Remus 6000 прочесала дно методом «газонокосилки» — параллельными полосами. В апреле 2011 года, почти через два года после катастрофы, аппарат обнаружил обломки, а затем — оба самописца.

И вот что поразительно: несмотря на два года на глубине 4000 метров, в солёной воде, под давлением 400 атмосфер, данные были считаны полностью. Микросхемы памяти сохранились. FDR раскрыл картину: датчики скорости (трубки Пито) обледенели, автопилот отключился, пилоты получили противоречивые показания приборов и, дезориентированные, удерживали самолёт в режиме сваливания более трёх минут, пока он не рухнул в океан.

Эта катастрофа привела к масштабным изменениям в подготовке пилотов к распознаванию сваливания и к требованию увеличить время работы акустических маяков до 90 дней.

Будущее: почему данные до сих пор не летят в облако

После каждой крупной катастрофы возникает один и тот же вопрос: зачем искать ящики на дне океана, если можно передавать данные в реальном времени через спутник? Технология существует. Самолёты уже передают телеметрию через системы вроде ACARS. Стриминг данных FDR и CVR на наземные серверы технически возможен и проверен в испытаниях.

Международная организация гражданской авиации (ICAO) с 2021 года рекомендует для новых типов самолётов возможность автоматической передачи данных при обнаружении аварийной ситуации — так называемый triggered data transmission. Идея: если бортовые системы фиксируют нештатную ситуацию (резкую потерю высоты, отказ двигателей, выход за пределы нормальных параметров), данные автоматически начинают передаваться на спутник.

Но полного перехода на стриминг не происходит. Причин несколько. Стоимость: непрерывная передача данных с каждого из примерно 25 000 коммерческих самолётов, находящихся в воздухе одновременно, требует огромной пропускной способности спутниковых каналов. Конфиденциальность: профсоюзы пилотов категорически возражают против передачи записей CVR в реальном времени — они опасаются, что авиакомпании будут использовать записи для контроля и давления на экипажи. Надёжность: спутниковый канал может оборваться именно в момент катастрофы — при разрушении антенны, например. Физический самописец в хвосте самолёта работает автономно и не зависит от связи.

Компромиссный вариант, набирающий популярность — deployable flight recorder: самописец, который автоматически отделяется от самолёта при ударе и всплывает на поверхность воды, активируя GPS-маяк. Такие системы уже обязательны на военных вертолётах и обсуждаются для коммерческих лайнеров.

Оранжевая коробка и доверие

В конечном счёте чёрный ящик — это материализованное обещание. Обещание того, что если случится худшее, правда не погибнет вместе с самолётом. Каждый параметр, каждое слово, каждый щелчок переключателя сохранятся в маленьком оранжевом цилиндре, выдержат огонь и удар и расскажут, что произошло.

За семьдесят лет — от стальной проволоки Дэвида Уоррена до твердотельных модулей памяти, переживающих 3400 g — технология прошла огромный путь. Но суть осталась прежней. Чёрный ящик существует для того, чтобы каждая катастрофа стала последней в своём роде. Чтобы ошибка, которая убила людей сегодня, не могла убить никого завтра.

И пока каждый взлетающий самолёт несёт в хвосте две оранжевые коробки, это обещание работает.