طرح هوش مصنوعی از جعبه سیاه هوایپما

تنها بازمانده‌ سقوط هواپیما؛ چرا جعبه سیاه از تانک جنگی هم مقاوم‌تر است؟

شنبه 15 آذر 1404 - 13:30مطالعه 21 دقیقه
جعبه‌ای که نه سیاه است و نه جعبه؛ شاهدی تسخیرناپذیر که زنده می‌ماند تا روایت آخرین لحظات یک پرواز را بازگو کند.
تبلیغات

داستان جعبه سیاه از یک معمای ترسناک در سال ۱۹۵۳ شروع شد؛ زمانی که جت‌های بریتانیایی «کامت» بی‌هیچ هشداری سقوط می‌کردند و سکوت لاشه‌ها، مهندسان را کلافه کرده بود. این بحران جرقه‌ای شد برای دانشمند استرالیایی به نام دیوید وارن تا با ایده‌ای نبوغ‌آمیز، یعنی «ضبط صدای آخرین لحظات کابین»، تاریخ ایمنی پرواز را تغییر دهد.

امروزه این دستگاه (که برخلاف نامش نارنجی‌رنگ است) از دو بخش حیاتی تشکیل شده: یکی «حافظه فنی» (FDR) که مثل سیستم عصبی بدن، هزاران پارامتر فیزیکی هواپیما را در ثانیه ثبت می‌کند، و دیگری «حافظه انسانی» (CVR) که فضای صوتی و مکالمات خلبانان را ضبط می‌کند. اما شاهکار اصلی در مهندسی بقای این دستگاه نهفته است؛ اطلاعات درون یک گاوصندوق تیتانیومی چندلایه و مواد خاصی قرار می‌گیرند که حتی با ذوب شدن خودشان، اجازه نمی‌دهند حرارت ۱۱۰۰ درجه‌ای آتش‌سوزی به چیپ‌های حافظه برسد.

اما مهندسان چطور توانسته‌اند حریفِ خشم آتش و ضربه‌های خردکننده شوند؟ در قلب این دژ فلزی، ترفندی زیرکانه پنهان شده که حتی وقتی بدنه‌ی فولادی هواپیما ذوب می‌شود، خاطرات درون آن را دست‌نخورده و امن نگه می‌دارد.

خلاصه صوتی

معمای کامت‌‌ها و سیرتکاملی جعبه‌های سیاه

سال ۱۹۵۳ صنعت هوانوردی با چالشی مرموز دست‌وپنجه نرم می‌کرد: سقوط بی‌هشدار هواپیماهای بریتانیایی «دی هاویلند کامت»، که به‌عنوان نخستین جت مسافربری جهان، افتخار صنعت آن زمان محسوب می‌شد. ازآنجاکه هیچ بازمانده یا شاهدی باقی نمی‌ماند، تیم‌های تحقیق با لاشه‌هایی خاموش روبرو می‌شدند و هیچ سرنخی از علت سقوط نداشتند.

دیوید وارن پیشنهاد داد صدای کابین و داده‌های فنی درست پیش از حادثه ذخیره شوند

دیوید وارن، شیمیدان آزمایشگاه‌های تحقیقات هوانوردی ملبورن (ARL) که روی سوخت‌های هوایی کار می‌کرد، در جلساتی که برای هم‌فکری و حل این معضل برگزار می‌شد، به ایده‌ای طلایی رسید: «اگر راهی بود تا بفهمیم خلبانان در آخرین لحظات پیش از فاجعه چه گفته‌اند یا چه شنیده‌اند، شاید کلید معما پیدا می‌شد.»

تفکرات او پس از اینکه در نمایشگاهی تجاری، با یک دستگاه ضبط صدای جیبی و مینیاتوری آلمانی به نام «Minifon» آشنا شد، انسجام بیشتری پیدا کرد: اگر می‌توانستند چنین دستگاهی را با محافظتی سنگین در برابر آتش و ضربه درون هواپیما قرار دهند، دیگر هیچ سقوطی بی‌جواب نمی‌ماند.

سال ۱۹۵۶ وارن نمونه‌ی اولیه کار خود را با نام «ARL Flight Memory Unit» تکمیل کرد که رسانه ذخیره‌سازی هوشمندانه‌ای داشت:

او می‌دانست نوارهای پلاستیکی رایج در برابر آتش دوام نمی‌آورند؛ بنابراین به سراغ سیم فولادی مغناطیسی رفت که قادر بود حرارت‌های بسیار بالا را تحمل کند و داده‌ها را سالم نگه دارد. این واحد پیشگام می‌توانست صدای کابین را برای چهار ساعت و اطلاعات هشت ابزار دقیق پروازی را چهار بار در ثانیه ذخیره کند.

نمونه اولیه وارن به‌جای نوار پلاستیکی از سیم فولادی مغناطیسی برای مقاومت در برابر آتش استفاده می‌کرد

برخلاف انتظار، مقامات استرالیایی روی خوشی به این اختراع نشان ندادند و حتی اتحادیه‌های خلبانی که دستگاه وارن را تهدیدی برای حریم خصوصی می‌دانستند، آن را «جاسوسِ کاکپیت» نامیدند. وارن اما تسلیم نشد و ایده‌اش را به انگلستان برد؛ جایی که مورد استقبال مقامات هوانوردی بریتانیا قرار گرفت.

بااین‌حال سال ۱۹۶۰ ورق برگشت: پس از سقوط تراژیک یک هواپیمای «فوکر فرندشیپ» در کوئینزلند که علتش نامعلوم ماند، قاضی پرونده اعلام کرد نبودِ ثبت صداهای کابین مانع اصلی تحقیق است و دستور داد که نصب چنین دستگاه‌هایی اجباری شود. بدین ترتیب استرالیا نخستین کشوری بود که نصب ضبط‌کننده صدای کابین (CVR) را قانوناً الزامی کرد.

پس از اجباری شدن این فناوری، جعبه‌های سیاه سه نسل متفاوت را پشت سر گذاشتند تا به بلوغ امروزی برسند:

عصر مکانیکی (دهه ۱۹۶۰): نسل اول دستگاه‌ها بسیار ابتدایی بودند. آن‌ها از تکنیک «نوسان‌نگاری» استفاده می‌کردند؛ به این صورت که سوزن‌هایی تیز از جنس الماس، نمودارها را مستقیماً روی یک نوار متحرک از جنس فولاد ضدزنگ یا تیتانیوم حکاکی می‌کردند، درست مثل خط انداختن روی فلز.

این روش در برابر آتش بسیار مقاوم بود، اما تنها می‌توانست ۵ پارامتر اصلی یعنی زمان، ارتفاع، سرعت، جهت و شتاب را ثبت کند و قابلیت ضبط صدا نداشت.

عصر مغناطیسی (دهه ۱۹۷۰): با نیاز به ضبط صدا و داده‌های بیشتر، نوارهای مغناطیسی وارد میدان شدند. این دستگاه‌ها شبیه ضبط‌صوت‌های قدیمی بودند، اما با موادی مقاوم‌تر مانند مایلار. اگرچه پیشرفت جعبه سیاه امکان ثبت تا ۱۰۰ پارامتر را فراهم کرد، اما نقطه‌ضعف بزرگی هم داشت:

تسمه‌ها، موتورها و قرقره‌های چرخان در برابر ضربات شدیدِ سقوط بسیار آسیب‌پذیر بودند و احتمال پاره شدن نوار وجود داشت.

انقلاب دیجیتال (دهه ۱۹۹۰ تا امروز): نقطه عطف اصلی در تکامل جعبه سیاه، گذار به حافظه‌های حالت‌جامد و حذف کامل قطعات متحرک بود. در نسل‌های جدید، موتور و نوار کاملاً کنار گذاشته شده‌اند و همه‌چیز بر پایه تراشه‌های حافظه‌ی انباشته‌شده کار می‌کند. این تغییر معماری، قواعد بازی را دگرگون کرد:

  • افزایش ظرفیت: دیگر محدودیت فیزیکی طول نوار وجود ندارد؛ از ثبت تنها ۵ پارامتر در نسل اول، امروز به بیش از ۱۴۶٬۰۰۰ پارامتر در بوئینگ ۷۸۷ رسیده‌ایم.
  • مقاومت در برابر ضربه: نبود قطعات متحرک یعنی شوک شدیدِ برخورد نمی‌تواند چیزی را جابه‌جا کند یا بشکند.

FDR و CVR: سیستم عصبی و حافظه انسانی هواپیما چگونه با هم کار می‌کنند؟

وقتی در اخبار می‌شنوید «جعبه سیاه پیدا شد»، احتمالاً تصور می‌کنید از دستگاه واحدی حرف می‌زنند. اما در واقعیت فنی، ما با دو ابزار مجزا روبرو هستیم که مأموریت‌های متفاوتی دارند و در کنار هم، تصویر کاملی از سانحه را بازسازی می‌کنند.

حافظه فنی (FDR): دستگاه اول، «ثبت‌کننده داده‌های پرواز» (Flight Data Recorder) نام دارد. این دستگاه نقش «سیستم عصبی» هواپیما را بازی می‌کند و وظیفه دارد فیزیک پرواز را ثبت کند. برخلاف تصور عموم که فکر می‌کنند فقط سرعت و ارتفاع ثبت می‌شود، FDRهای مدرن، هزاران پارامتر حیاتی را در ثانیه پایش می‌کنند:

FDR بازوی فنی و محاسباتی است؛ هزاران پارامتر پروازی را در هر ثانیه ثبت می‌کند

اطلاعاتی نظیر وضعیت سطوح کنترلی و زاویه دقیق بالچه‌ها و دم، عملکرد موتورها شامل فشار روغن، دور موتور و دمای اگزوز، شتاب عمودی به بدنه و حتی زمان دقیق فشرده‌شدن دکمه‌های رادیویی توسط خلبان. درواقع FDR باید پاسخ این سؤال را بدهد که آیا هواپیما دچار نقص فنی شده یا دستورات خلبان را به‌درستی اجرا کرده است.

حافظه انسانی (CVR): داده‌های خشک و فنی نمی‌توانند زمینه‌ی اتفاقات داخل هواپیما را مشخص و منتقل کنند. اینجاست که دستگاه دوم، یعنی ضبط‌کننده صدای کابین (Cockpit Voice Recorder) وارد می‌شود.

CVR استاندارد، صدا را در ۴ کانال مجزا تفکیک و ضبط می‌کند: کانال خلبان اول، کانال خلبان دوم، کانال ارتباطات عمومی و برج مراقبت و درنهایت میکروفون محیطی (CAM) که حیاتی‌ترین بخش ماجراست، یعنی همان میکروفونی که در پنل بالای سر خلبانان نصب می‌شود تا «فضای صوتی» کابین را شکار کند.

صداهای پس‌زمینه مثل «کلیک» خوردن سوئیچ‌ها، صدای تغییر دور موتور، هشدارهای صوتی اتوماتیک و حتی ریتم تنفس خلبانان در این کانال ثبت می‌شود. گاهی صدای یک انفجار خفیف قبل از تغییر فشار کابین، تنها سرنخی است که نوع ماده منفجره یا محل نشت را برای محققان فاش می‌کند.

CVR صدای کابین، هشدارها و حتی نویز محیط را ثبت می‌کند

در هواپیماهای مدرن، برای کاهش وزن و پیچیدگی، این دو سیستم اغلب در واحدی یکپارچه به نام CVDR ادغام می‌شوند؛ مغز متفکری که هم‌زمان صدای انسان و داده‌های ماشین را روی چیپ‌های حافظه فوق‌مقاوم ذخیره می‌کند.

حالا که با مغز دیجیتالی جعبه سیاه آشنا شدیم، بیایید ببینیم مهندسان چگونه پیرامون این چیپ‌های ظریف، سازه‌ای می‌سازند که از یک تانک جنگی هم دوام بیشتری دارد.

جعبه سیاه از چه ساخته می‌شود؟

اگر بدنه یک جعبه سیاه را باز کنید، با منظره‌ای شبیه به اکثر دستگاه‌های الکترونیکی روبرو می‌شوید: بردهای مدارچاپی، منابع تغذیه و رابط‌های اتصال. اما این عناصر بخش‌ها فناپذیر دستگاه‌اند و معمولاً در سوانح شدید نابود می‌شوند.

آنچه جعبه سیاه را به «جعبه سیاه» تبدیل می‌کند و حکم گاوصندوق اصلی را دارد، قطعه‌ای است استوانه‌ای‌شکل و بسیار متمایز که بانام CSMU یا «واحد حافظه مقاوم در برابر سانحه» (Crash Survivable Memory Unit) شناخته می‌شود.

تمام شاسی بیرونی و قطعات جانبی وظیفه دارند اطلاعات را جمع‌آوری کنند و به CSMU برسانند

در واقع تمام شاسی بیرونی و قطعات جانبی تنها وظیفه دارند اطلاعات را جمع‌آوری و به CSMU برسانند. در لحظه برخورد، شاسی له می‌شود، کابل‌ها قطع می‌شوند، اما این سیلندر باید سالم بماند. طراحی CSMU براساس یک اصل نظامی بنا شده است: دفاع لایه به لایه یا معماری تودرتو:

نخستین خط دفاعی، پوسته‌ای فلزی است که وظیفه دارد ضربه مهلک مکانیکی را جذب کند. در مدل‌های قدیمی از فولاد ضدزنگ استفاده می‌شد، اما در نسل‌های جدیدتر، مهندسان سراغ تیتانیوم رفته‌اند که دو ویژگی حیاتی دارد: اول اینکه نسبت استحکام به وزنش فوق‌العاده است و دوم، مقاومت بی‌نظیری هم در برابر خوردگی، به‌ویژه در محیط‌های خشن آب شور اقیانوس نشان می‌دهد.

این پوسته با ضخامتی حدود ۶٫۴ میلی‌متر، طوری طراحی شده که در برابر نفوذ اشیای تیز مانند قطعات متلاشی‌شده‌ی موتور یا سازه بال مقاومت کند و زیر فشار خردکننده آوار خم نشود.

لایه دوم، سیستم حفاظت حرارتی است. چیپ‌های حافظه الکترونیکی بسیار ظریف هستند و اگر دما از حد خاصی بالاتر رود، اطلاعات برای همیشه از دست می‌رود. به همین دلیل بین زره فلزی و حافظه مرکزی، لایه‌ای از مواد عایق قرار دارد.

در گذشته از عایق‌های حرارتی ساده مانند «سیلیکای خشک» استفاده می‌شد که صرفاً جلوی نفوذ گرما را می‌گرفت. اما تکنولوژی مدرن از مفهومی پیشرفته‌تر به نام مواد تغییرفازدهنده (Phase-Change Materials - PCM) بهره می‌برد.

PCM در آتش ذوب می‌شود اما دما را ثابت نگه می‌دارد تا حافظه نسوزد

بیایید سازوکار PCM را به زبان ساده بررسی کنیم: این مواد معمولاً نوعی موم پارافینی یا ترکیبات پلیمری خاص هستند. زمانی که حرارت آتش‌سوزی، مثلاً ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد به این لایه می‌رسد، ماده جامد شروع به ذوب‌شدن می‌کند. طبق قوانین ترمودینامیک، ماده در حین تغییر فاز از جامد به مایع، انرژی گرمایی را می‌گیرد اما دمایش ثابت می‌ماند (گرمای نهان ذوب).

پس تا زمانی‌که آخرین ذره‌ی موم ذوب نشده باشد، دمای محفظه داخلی روی نقطه ذوب موم، که بسیار پایین‌تر از دمای خطرناک برای چیپ‌هاست، قفل می‌شود. در واقع این لایه خودش را فدا می‌کند و ذوب می‌شود تا حافظه مرکزی خنک بماند. تحقیقات جدید حتی استفاده از ماتریس‌های متخلخل سیلیکا را پیشنهاد کرده‌اند تا این موم مذاب نشت نکند و کارایی عایق حفظ شود.

لایه سوم و درونی‌ترین لایه، معمولاً محفظه آلومینیومی نازکی است که مستقیماً بردهای حافظه را در بر می‌گیرد. این لایه علاوه‌بر اینکه آخرین سد فیزیکی محسوب می‌شود، وظیفه الکترونیکی مهم دیگری هم دارد: عمل‌کردن به‌عنوان «قفس فارادی» یا سپر الکترومغناطیسی. این پوشش تضمین می‌کند که میدان‌های مغناطیسی قوی یا امواج مزاحم بیرونی، آسیبی به صفرویک‌های ذخیره شده روی چیپ‌ها نرسانند.

درون این دژ سه‌لایه، چیپ‌های حافظه انباشته شده قرار دارند؛ قطعاتی کوچک که شبیه کارت حافظه موبایل هستند، اما سرنوشت حقیقت یک پرواز به بقای آن‌ها بستگی دارد.

توپ، نیزه، آتش، فشار و اعماق: تست جعبه سیاه قبل از پرواز

برای اینکه یک مدل از جعبه سیاه اجازه نصب روی هواپیماهای تجاری را پیدا کند و پروانه پرواز بگیرد، باید از یک سری آزمون‌های تخریبی سخت عبور کند که طبق استانداردهای بین‌المللی با هدف شبیه‌سازی بدترین و سیاه‌ترین اتفاقات ممکن در یک سقوط طراحی شده‌اند.

تست ضربه: نخستین و شاید دراماتیک‌ترین مرحله، شبیه‌سازی برخورد هواپیما با کوه است. در این آزمایش، واحد حافظه (CSMU) را درون یک توپ بادی قرار می‌دهند و آن را با شتابی انفجاری به سمت یک هدف آلومینیومی شلیک می‌کنند. در لحظه برخورد، دستگاه باید نیرویی معادل ۳۴۰۰ Gs را تحمل کند.

برای مقایسه، در نظر بگیرید که خلبانان جنگنده یا فضانوردان در شتاب‌های بالاتر از ۹ جی بیهوش می‌شوند. شتاب ۳۴۰۰ جی یعنی دستگاه در کسری از ثانیه از سرعتی مهیب به توقف کامل می‌رسد؛ نیرویی که می‌تواند هر ساختار معمولی را پودر کند، اما اتصالات داخلی CSMU نباید حتی یک میکرومتر جابه‌جا شوند.

تست نفوذ: در یک سانحه واقعی، خطرناک‌ترین تهدید قطعات خود هواپیماست؛ تیغه‌های تیتانیومی موتور یا تیرهای فولادی شکسته که با خشونت به اطراف پرتاب می‌شوند و مثل ترکش عمل می‌کنند.

تست نفوذ با سقوط وزنه ۲۲۷ کیلوگرمی بر روی بدنه جعبه سیاه انجام می‌شود

مهندسان برای سنجش مقاومت زره، یک وزنه سنگین ۲۲۷ کیلوگرمی آماده می‌کنند که یک میخ فولادی سخت‌کاری شده در زیر آن تعبیه شده است. وزنه از ارتفاع ۳ متری دقیقاً روی ضعیف‌ترین نقطه بدنه جعبه سیاه رها می‌شود. تست مثبت یعنی وقتی میخ فولادی نتواند زره تیتانیومی را سوراخ کند و به چیپ‌های حافظه برسد.

تست لهیدگی: پس از سقوط، ممکن است جعبه سیاه زیر تلی از آوار سنگین یا بدنه اصلی هواپیما گیر کند و آزمون «لهیدگی ایستایی» برای همین سناریو اجرا می‌شود:

در این تست، جعبه را زیر دستگاه‌های پرس صنعتی غول‌پیکر قرار می‌دهند و نیرویی معادل ۲۲٫۲۵ کیلونیوتن را روی تمام محورهای اصلی آن اعمال می‌کنند. دستگاه باید ۵ دقیقه کامل زیر این فشار دوام بیاورد، بدون اینکه بدنه‌اش در هم مچاله شود.

تست حرارت: طبق استانداردها، واحد حافظه باید در کانون یک کوره با دمای ۱۱۰۰ درجه سانتی‌گراد معادل دوهزار درجه فارنهایت قرار گیرد و به مدت ۶۰ دقیقه کامل دوام بیاورد.

ولی آتش‌سوزی همیشه سریع اتفاق نمی‌افتد و گاهی لاشه هواپیما ساعت‌ها به‌آرامی می‌سوزد. برای همین، یک تست تکمیلی و فرسایشی ۱۰ ساعته در دمای ۲۶۰ درجه نیز انجام می‌شود. اینجاست که لایه عایق PCM که در بخش قبل گفتیم، با ذوب‌شدن تدریجی، هنرنمایی می‌کند.

تست فشار آب: اگر هواپیما در دریا سقوط کرده باشد، جعبه سیاه باید در برابر فشار خردکننده اعماق مقاوم باشد. در این آزمون، دستگاه به مدت ۲۴ ساعت درون مخزن آب تحت فشاری قرار می‌گیرد که معادل عمق ۶ هزار متری اقیانوس است.

علاوه بر فشار، مقاومت شیمیایی دستگاه نیز با غوطه‌وری طولانی‌مدت در وان‌هایی از سوخت جت، روغن هیدرولیک و فوم‌های آتش‌نشانی سنجیده می‌شود تا اطمینان حاصل شود هیچ مایعی به درون محفظه داده‌ها نشت نمی‌کند.

تنها زمانی که دستگاه از تمام این مراحل سربلند بیرون آمد، نامش در لیست تجهیزات هواپیما ثبت می‌شود.

تحول معماری داده: پروازهایی که نسخه دوم خود را در لحظه ذخیره می‌کنند

یک جعبه سیاه، هرچقدر هم که جان‌سخت و مقاوم باشد، به‌تنهایی قادر به درک وضعیت هواپیما نیست. این دستگاه در واقع آخرین حلقه از زنجیره‌ی پیچیده‌ای به شمار می‌رود که در سرتاسر بدنه هواپیما کشیده شده است. برای درک قدرت جعبه‌ی سیاه، باید بدانیم که داده‌ها چگونه جمع‌آوری می‌شوند و حجم آن‌ها چقدر تغییر کرده است:

تکامل سیستم عصبی: FDAU در برابر IMA

در نسل پیشین هواپیماهای تجاری، معماری جمع‌آوری داده نسبتاً خطی و ساده بود و واحدی مرکزی به نام FDAU نقش مترجم و واسط را بازی می‌کرد. نکته مهم اینکه صدها حسگر در سراسر هواپیما وجود داشتند؛ از حسگر دمای موتور گرفته تا وضعیت باز و بسته‌بودن چرخ‌ها؛ که هرکدام به زبانی متفاوت صحبت می‌کردند.

FDAU وظیفه داشت تمام این سیگنال‌های پراکنده را بگیرد، آن‌ها را به فرمت استاندارد و یکدستی تبدیل کند و سپس برای ذخیره‌سازی نهایی به سمت جعبه سیاه بفرستد. این سیستم اگرچه کارآمد بود، اما ظرفیت محدودی داشت.

معماری اویونیک مدولار یکپارچه به هواپیما اجازه می‌دهد مثل شبکه‌ای عصبی داده‌ها را پردازش کند

امروز در غول‌های مدرنی مثل ایرباس A380 یا بوئینگ ۷۸۷ دریم‌لاینر، سازوکار دیگری را مشاهده می‌کنیم: نخست اینکه معماری قدیمی جای خود را به سیستم پیشرفته‌ای به نام اویونیک مدولار یکپارچه (IMA) داده است.

در این معماری، دیگر یک واحد مرکزی خاص وجود ندارد و وظایف پردازشی بین ماژول‌های مختلفی توزیع می‌شود که همگی از طریق یک شبکه پرسرعت داخلی به هم متصل‌اند. این سیستم مشابه به سیستم عصبی بدن انسان عمل می‌کند؛ جایی که مغز یا همان پردازنده‌ها و اعصاب یعنی شبکه داده درهم‌تنیده شده‌اند و قادرند حجم حیرت‌انگیزی از اطلاعات را در کسری از ثانیه مدیریت کنند.

افزایش حجم داده‌های هواپیما

از طرف دیگر توانایی ثبت داده‌ها در طول تاریخ هوانوردی، نه با شیبی ملایم بلکه بسیار سریع و با نرخی صعودی رشد کرد:

در دهه‌ی ۱۹۶۰، جاه‌طلبی مهندسان تنها به ثبت ۵ پارامتر حیاتی محدود می‌شد: زمان، ارتفاع، سرعت هوایی، جهت مغناطیسی و شتاب عمودی. این اطلاعات تنها کلیات مسیر پرواز را نشان می‌دادند و جزئیات عملکرد سیستم‌های داخلی را منعکس نمی‌کردند.

با پیچیده‌تر شدن هواپیماها، نهادهای نظارتی مانند FAA الزامات سخت‌گیرانه‌تری وضع کردند تا جایی که طبق مقررات فعلی هواپیمای تجاری مدرن باید حداقل ۸۸ پارامتر حیاتی را ثبت کند، مانند زاویه دقیق سطوح کنترلی (باله، سکان عمودی)، فشار هیدرولیک، وضعیت اتوپایلت و حتی نیرویی که خلبان به پدال ترمز وارد می‌کند.

هواپیماهای تجاری مدرن باید حداقل ۸۸ پارامتر حیاتی را ثبت کنند

اما فراتر از قانون، تکنولوژی هواپیمای پیشرفته‌ای مانند بوئینگ ۷۸۷ می‌تواند تا ۱۴۶ هزار پارامتر مختلف را ثبت کند. این داده‌ها تصویری با وضوح فوق‌العاده بالا ترسیم می‌کنند که نه‌تنها نشان می‌دهد هواپیما کجا رفته، بلکه وضعیت سلامت تک‌تک شیرهای سوخت، ولتاژ سنسورها و هزاران قطعه دیگر را در هر ثانیه بازگو می‌کند.

به همین دلیل در صورت بروز سانحه، محققان به‌جای حدس و گمان، می‌توانند دقیقاً بفهمند که در اعماق سیستم‌های الکترونیکی هواپیما چه گذشته است.

جعبه سیاه هواپیما در زیر آب چگونه پیدا می‌شود؟

زمانی که یک هواپیما در پهنه وسیع اقیانوس سقوط می‌کند، تمام تکنولوژی‌های ارتباطی معمول بشر ناگهان بی‌اثر می‌شوند. امواج رادیویی، سیگنال‌های GPS و ارتباطات ماهواره‌ای هیچ‌کدام قادر به نفوذ در آب نیستند و در همان مترهای اولیه از دست می‌روند.

در این دنیای تاریک و پرفشار، تنها یک چیز باقی می‌ماند: صدا. عملیات یافتن جعبه سیاه در زیر آب، نوعی عملیات «شنود» است که توسط قطعه‌ای کوچک و حیاتی به‌نام بیکن مکان‌یاب (ULB) یا در اصطلاح Pinger هدایت می‌شود.

پینگر ULB سیگنال‌های صوتی متناوب می‌فرستد تا جست‌وجوگران مکان جعبه سیاه را بیابند

این استوانه نقره‌ای کوچک که به بدنه جعبه سیاه متصل است، حکم فرشته نجات را دارد. به‌محض اینکه حسگرهای آن تماس با آب را تشخیص دهند، مداری الکترونیکی فعال می‌شود و پالس‌های صوتی منظمی می‌فرستند.

اما شنیدن این فریاد در اقیانوس چندان ساده نیست، زیرا اقیانوس برخلاف آب‌های سطحی، لایه‌های متعددی دارد و مرز میان لایه‌های گرمِ بالا و لایه‌های سردِ عمقی، پدیده‌ای عجیب به نام «ترموکلاین» را ایجاد می‌کند.

رموکلاین‌ها امواج صوتی را منحرف کرده و «مناطق کور» ایجاد می‌کنند

وقتی امواج صوتی پینگر به ترموکلاین‌ها برخورد می‌کنند، به‌جای عبور مستقیم منحرف می‌شوند. انحراف موج پیامد سنگینی به همراه دارد و «مناطق سایه» را به وجود می‌آورد؛ یعنی ممکن است کشتی جستجوگر دقیقاً از بالای سر جعبه سیاه عبور کند، اما به دلیل شکست امواج توسط لایه‌های آب، هیچ صدایی نشنود.

به همین دلیل تیم‌های جستجو مجبورند میکروفون‌های خود (هیدروفون) را با کابل‌های طولانی به اعماق آب و زیر لایه ترموکلاین بفرستند که فرایندی بسیار کند و دشوار است.

از طرف دیگر محدودیت زمانی نیز همیشه علیه جست‌وجوگران بوده است. فاجعه گم‌شدن پرواز MH370 هواپیمایی مالزی در سال ۲۰۱۴، درس تلخی به صنعت هوانوردی داد. در آن حادثه، تیم‌های جستجو نتوانستند قبل از تمام‌شدن عمرِ ۳۰ روزه‌ی باتری‌های قدیمی، محدوده سقوط را پیدا کنند و جعبه سیاه برای همیشه خاموش شد.

این شکست غم‌انگیز باعث شد تا قوانین جهانی بازنویسی شوند. امروزه بیکن‌های مدرن باید حداقل ۹۰ روز سیگنال ارسال کنند و بسیاری از آن‌ها با تغییر فرکانس به محدوده‌های پایین‌تر (صدای بم‌تر)، برد صدای خود را از ۲ کیلومتر به حدود ۲۰ کیلومتر افزایش داده‌اند تا شانس شنیده‌شدن در پهنای اقیانوس چندبرابر شود.

حافظه‌های کوتاه و نبرد بر سر حریم خصوصی

شاید عجیب باشد که در عصر فضای ابری و حافظه‌های ترابایتی، بسیاری از هواپیماهای مسافربری هنوز از سیستمی استفاده می‌کنند که تنها ۲ ساعت آخر مکالمات کابین را نگه می‌دارد. این محدودیت فنی که ریشه در دوران نوارهای مغناطیسی قدیمی دارد، تحقیقات سوانح را با چالشی جدی مواجه می‌کند.

بسیاری از هواپیماها تنها دو ساعت مکالمه کابین را ذخیره می‌کنند

دلیل این ضعف، مکانیزم «ضبط حلقه‌ای» است؛ دستگاه به طور مداوم صدا را ضبط می‌کند و وقتی حافظه پر شد، بدون هیچ درنگی داده‌های جدید را روی قدیمی‌ترین ثانیه‌ها می‌نویسد.

این سیستم برای سوانحی که در آن‌ها ضبط در لحظه سقوط متوقف می‌شود، کارآمد است؛ اما در رویدادهای جدی که هواپیما باوجود مشکلات فرود می‌آیند و خلبانان فرصت نمی‌کنند فیوز دستگاه را بکشند، فاجعه‌بار خواهد بود: هواپیما روشن می‌ماند و صدای لحظات بحرانی با مکالمات عادی کابین هواپیما جایگزین و پاک می‌شود.

برای مثال ژانویه ۲۰۲۴ در حادثه پرواز ۱۲۸۲ آلاسکا ایرلاینز، پنل درب هواپیما در میانه‌ی آسمان کنده شد و وحشتی عظیم در کابین ایجاد کرد. اگرچه هواپیما فرود اضطراری موفقی داشت، اما به دلیل روشن ماندن سیستم پس از فرود، مکالمات خلبانان در لحظه‌ی وقوع حادثه پاک شد.

اروپا باهدف حل این معضل نصب ضبط‌کننده با ظرفیت ۲۵ ساعت را برای تمام هواپیماهای جدید با وزن بیش از ۲۷ تن اجباری کرد تا هیچ «فراموشی» رخ ندهد.

اما در سمت دیگر ماجرا، خلبانان و اتحادیه‌های قدرتمند آن‌ها قرار دارند که به‌شدت نگران‌اند. استدلال آن‌ها این است که CVR ابزاری است که فقط برای ایمنی طراحی شده، نه برای اینکه مدیران شرکت‌های هواپیمایی بتوانند ۲۵ ساعت از زندگی و مکالمات خصوصی خلبانان را در طول پروازهای طولانی شنود کنند.

افزایش مدت ضبط به ۲۵ ساعت، آتش بحث بین ایمنی و حریم خصوصی را شعله‌ور کرده است

آن‌ها می‌گویند کاکپیت نباید به اتاق بازجویی تبدیل شود و این کشمکش میان «حق دانستن حقیقت» برای ایمنی و «حق حریم خصوصی» خلبانان، یکی از پیچیده‌ترین چالش‌های حقوقی امروز در صنعت هوانوردی است.

آینده جعبه‌های سیاه: فضای ابری، ماهواره‌ها و جعبه‌های پران

درس بزرگ و دردناک ناپدیدشدن پرواز MH370 این بود: «اگر نتوانید لاشه را پیدا کنید، داده‌ای نخواهید داشت.» این واقعیت تلخ که یک هواپیمای مدرن می‌تواند در قرن بیست و یکم بدون هیچ ردی ناپدید شود، صنعت هوانوردی را تکان داد و مفهوم جدیدی را پیش کشید: چرا باید داده‌ها را در هواپیما حبس کنیم؟ چرا آن‌ها را در لحظه به زمین نفرستیم؟

انتقال مبتنی بر ماشه: فقط در شرایط غیرعادی داده‌ها به ماهواره ارسال می‌شود

چالش اصلی این راهکار به محدودیت‌های فنی و اقتصادی برمی‌گردد: ارسال دائمی ۱۴۶ هزار پارامتر در هر ثانیه برای هزاران پرواز هم‌زمان، به پهنای باند ماهواره‌ای عظیمی نیاز دارد که هنوز از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر نیست. به همین دلیل مهندسان راهکاری هوشمندانه به نام «انتقال مبتنی بر ماشه» را پیشنهاد می‌دهند.

در این سیستم، هواپیما مانند بیماری در بخش مراقبت‌های ویژه است که دائماً پایش می‌شود اما سکوت می‌کند. به‌محض اینکه الگوریتم‌های هوشمند هرگونه وضعیت غیرعادی را تشخیص دهند، مثل انحراف ناگهانی از مسیر، آتش‌سوزی موتور یا سقوط ارتفاع، سیستم بیدار می‌شود و بلافاصله بسته‌های فشرده اطلاعات حیاتی را به‌صورت خودکار از طریق شبکه‌های ماهواره‌ای (مانند ایریدیوم یا اینمارست) به سرورهای زمینی می‌فرستد.

در کنار راهکارهای دیجیتال، ایده‌ی ثبت‌کننده‌های جداشونده (ADFR) نیز برای مناطق اقیانوسی مطرح می‌شود: این تکنولوژی که با الهام از صندلی‌پرانِ جت‌های جنگنده طراحی شده، در اصل یک جعبه سیاه شناور است که روی پوسته‌ی بیرونی دم هواپیما نصب می‌شود.

سنسورهای دستگاه به‌محض تشخیص تغییر شکل شدید سازه یا برخورد با آب، فعال می‌شوند و جعبه را با نیروی فنر یا خرج انفجاری کوچکی به بیرون پرتاب می‌کنند. ADFR به‌لطف طراحی آیرودینامیک از کانون آتش‌سوزی دور می‌شود و از همه مهم‌تر، روی آب شناور می‌ماند.

این سیستم نیاز به جستجوهای پرهزینه و گاهی ناممکن در اعماق تاریک اقیانوس را از بین می‌برد، هرچند ترس شرکت‌های هواپیمایی از پرتاب اشتباهی دستگاه بر فراز مناطق مسکونی، باعث شده تا ورود این فناوری نظامی به دنیای پروازهای تجاری بااحتیاط و کندی پیش برود.

در همین لحظه، هزاران استوانه نارنجی‌رنگ در دمِ هواپیماهایی در سراسر جهان، در سکوت مشغول کارند و هر لرزش، هر فرمان و هر کلمه را ثبت می‌کنند. جعبه سیاه برای لحظاتی ساخته شده که امیدواریم هرگز تجربه نکنیم، اما وجودش یادآور نیاز عجیب انسان به ثبت واقعیت است؛ حتی زمانی که آن واقعیت، تحمل‌ناپذیر باشد.

تبلیغات

نظرات