Czyli osławione "czarne skrzynki". Wszyscy wiedzą że nie są czarne, tylko czerwone lub pomarańczowe, że zawierają to co działo się się ostatnio z samolotem i że są wykonane niezwykle solidnie. W telewizyjnych i prasowych informacjach o wypadkach lotniczych nierzadko są przedstawiane jako z lekka makabryczne pudełka, zawierające straszną tajemnicę. Ton relacji zwykle sugeruje że istnienie "czarnej skrzynki" ma na celu wykrycie winnych.
No cóż - też prawda. Znacznie ważniejsze jednak jest wyśledzenie prawdziwej przyczyny; jaki błąd umożliwił wyzwolenie łańcucha zdarzeń, który doprowadził do wypadku.
Wysiłki podjęte dla wyjaśnienia przebiegu wypadku muszą służyć uniknęciu możliwości powtórzenia się jego przyczyn. Nawet jeżeli wypadek jeszcze się nie wydarzył, rejestracja parametrów związanych z lotem pozwala na wykrycie przesłanek do niego. Anomalie w działaniu systemów, przekroczenia wartości dopuszczalnych i drobne błędy załogi mogą być wykryte dzięki analizie zapisów rejestratorów pokładowych.
Nie umiem powiedzieć kiedy po raz pierwszy zastosowano pokładowy rejestrator parametrów lotu. Rejestratory osiągów istniały od zarania lotnictwa - tachografy i barografy stosowano choćby do potwierdzania rekordów.
W każdym razie pancerne urządzenia do zapisu kilku podstawowych wielkości dla odtworzenia profilu lotu i stanu zespołu napędowego (Flight Data Recorder - FDR). pojawiły się w latach pięćdziesiątych, oczywiście w lotnictwie wojskowym. Czasy to były co najmniej dziwne: okres tak zwanej "zimnej wojny". Obie strony konstruowały maszyny latające do zapewnienia szybkiego zwycięstwa, a robiono je przeważnie według zasady drzwi od stodoły i silnika, odpowiednio mocnego aby wzmiankowane drzwi poleciały.
Nie dziwota więc, że miliony dolarów i rubli waliły w ziemię aż echo szło. Najsławniejszy był F-104 Starfighter. Pamiętam rysunek z jakiegoś niemieckiego tygodnika, na którym tacy niemieccy Kargul z Pawlakiem przyglądali się ekipie, zebranej wokół dymiącego w polu pokaźnego leja. "Mają wykryć co jest w mojej kapuście, że tak je przyciąga", głosił podpis.
Przed wprowadzeniem rejestratorów badanie przyczyn wypadków lotniczych było niezwykle trudne. Inspektorzy dysponowali w zasadzie tylko swoją wiedzą, doświadczeniem i tzw. łutem szczęścia. Pomoc ze strony samolotu była niewielka - kilka charakterystycznych punktów konstrukcji, ślady iskrzenia (znak, że w momencie wypadku było napięcie w instalacji), ślady wskażówek na skalach przyrządów, itp. Ogólnie - medycyna sądowa w najlepszym wydaniu.
Pierwsze "czarne skrzynki" były urządzeniami elektromechanicznymi, ciężkimi i wymagającymi pieczołowitej obsługi. W tej pierwszej generacji rejestratorów istniały trzy odmiany konstrukcyjne. W Stanach Zjednoczonych preferowano zapis widoczny gołym okiem. Rysiki rejestrujące poszczególne parametry zostawiały ślad na taśmie z folii stalowej (tzw. Incanol). Ciężkie to było jak życie lotnika, a i zawodne, ale taki zapis dawał duże możliwości odczytu z uszkodzonego nośnika. Odmianą tej metody był zapis na taśmie fotograficznej, najdłużej stosowany w konstrukcjach sowieckich.
Brytyjczycy stosowali zapis magnetyczny na stalowej taśmie lub drucie. Zapis był sekwencyjny, czyli poszczególne parametry były próbkowane (przeważnie co sekundę) i zapisywane w stałej kolejności.
Pierwszym rejestratorem magnetycznym z prawdziwego zdarzenia był Flight Memory Recorder, skonstruowany w 1956 roku przez Davida Warrena z Aeronautical Research Laboratories w Melbourne (Australia).
 | Rejestrator mógł zapisać osiem parametrów lotu i jeden kanał dżwięku - wszystko na pojedyńczym drucie z miękkiej stali, o grubości 0.005 mm. |
Rejestratory magnetyczne działały nieco lepiej niż amerykańskie, ale w przypadku uszkodzenia nośnika zaczynała się polka. Do identyfikacji śladów zapisu magnetycznego powszechnie używano żelaza koloidowego, czyli pyłu stalowego tak drobnego, że zachowywał się jak emulsja. Po nałożeniu na powierzchnię taśmy proszek gromadził się w miejscach namagnesowanych, tym samym ukazując prążki zapisu. Benedyktyni to nerwusy i utracjusze w porównaniu z facetami którzy się tym zajmowali.
Te pierwsze rejestratory parametrów lotu wykazały swoją przydatność tak dobitnie, że amerykańska CAA (Civil Aviation Authority - póżniejsza FAA) już w roku 1958 wydała przepisy nakazujące stosowanie minimum pięciokanałowych rejestratorów na niektórych samolotach pasażerskich (zależnie od ilości miejsc). Analogiczne przepisy brytyjskie z roku 1960 uzależniały montaż rejestratora od masy startowej samolotu (20000 funtów).
W tym okresie wypracowano też aktualne do dziś zasady konstrukcji i montażu czarnych skrzynek:
- rejestrator należy umieszczać w miejscu kadłuba najrzadziej ulegającemu zniszczeniu (ogon),
- kolor urządzenia powinien być jaskrawy i trwały (ułatwiający odszukanie w szczątkach wraku),
- urzdzenie powinno być opatrzone napisem ostrzegawczym w języku angielskim i francuskim: "Flight Recorder - Do Not Open" i "Enregistreur De Vol - Ne Pas Ouvrir",
- część zawierająca nośnik powinna być zamontowana w sposób łatwy do odłączenia i zaopatrzona w mocny uchwyt dla ręki lub manipulatora,
- elektroniczne układy zbierania i przygotowania danych do zapisu mogą być fizycznie oddzielone od rejestratora i nie muszą być opancerzone (masa !),
- sam rejestrator musi być odporny na udary (wówczas 100 G). Jego mechanizm może ulec uszkodzeniu, ale nośnik informacji powinien pozostać nietknięty,
- pancerz rejestratora powinien być odporny na przebicia, wysoką temperaturę, działanie wody morskiej oraz płynów i gazów, spotykanych w samolocie (tlen, azot, paliwo, olej, płyn z układów hydraulicznych, płyny i gazy z akumulatorów, płyny spożywcze oraz środki gaśnicze, myjące i dezynfekcyjne).
Oczywiście ówczesne normy były znacznie łagodniejsze od dzisiejszych, chociaż obecnie także nie testuje się odporności czarnych skrzynek na taki, dajmy na to, bigos (na goły tytan działa jak diabli, a na kwasoodpornym laminacie zostawia przez noc trwałą jasną plamę).
Rejestratory drugiej generacji, której przedstawicieli spotyka się do dziś, to urządzenia zapisujące na taśmie magnetycznej. Niby zapis magnetyczny już był, ale cienkie i odporne taśmy na podłożu z tworzyw sztucznych to produkt "plastykowej rewolucji" lat sześćdziesiątych.
Taśma miała same zalety: dużą gęstość zapisu, gładki przesuw, wymagający mniejszej mocy napędu, małą masę i wydawała się praktycznie niezniszczalna. Jednak dużym problemem pozostała odporność na wysokie temperatury. Po zastosowaniu jej w nowych rejestratorach parametrów zwiększono wymaganą ilość zapisywanych parametrów i odporność na wstrząs (do 1000 G).
Duży postęp elektroniki i technologii półprzewodników umożliwił zastąpienie prostych układów dostosowujących sygnały pomiarowe do zapisu urządzeniami wsółpracującymi z dowolnymi czujnikami, próbkującymi, sortującymi i buforującymi dane. Bloki te, znane jako FDAU (Flight Data Acquisition Unit) połączono z rejestratorem dwuprzewodowym interfejsem szeregowym ARINC-573/717, przyjętym później jako światowy standard.
Dodano także ultradźwiękowy sygnalizator (ULB - Underwater Locator Beacon, typowo 37.5 kHz), umożliwiający namierzanie położenia czarnej skrzynki pod wodą.
Właściwie pierwszymi rejestratorami z taśmą magnetyczną były pokładowe rejestratory dźwięku (Cockpit Voice Recorder - CVR), działające na zasadzie zamkniętej pętli nośnika. W 1965 roku FAA nałożyła na przewoźników obowiązek stosowania CVR, zdolnych do zapamiętania ostatnich 30 minut korespondencji radiowej i tła dźwiękowego w kokpicie.
Owo tło jest dla inspektora, badającego przebieg wypadków, równie ważne jak korespondencja radiowa. Składają się na nie rozmowy załogi, odgłosy zespołów napędowych, struktury kadłuba, podwozia, dźwigni i przełączników, szum aerodynamiczny oraz sygnały ostrzegawcze (np. przeciągnięcia). Na podstawie analizy takich danych można bardzo precyzyjnie określić chronologię wydarzeń. Okoliczności towarzyszące nagraniu powodują, że do odsłuchu często trzeba zatrudniać analizatory widma dźwięku i korektory cyfrowe.
Ze względu na na naturę takiego materiału (zapis reakcji w sytuacji krytycznej), nagrania i ich transktypcje są traktowane jako poufne. Tym niemniej decyzja o włączeniu lub wyłączeniu CVR należy do kapitana.
Najnowsze rejestratory FDR i CVR w ogóle nie mają części ruchomych - zapis cyfrowy jest utrzymywany w pamięciach półprzewodnikowych. Dzięki temu nie wymagają częstych przeglądów i są w stanie znieść znacznie więcej niż taśmowe. W czasie prób jeden z rejestratorów półprzewodnikowych wytrzymał przeciążenie 6000 G.
Nowe rejestratory mogą być bez kłopotu wykonane jako zamienniki taśmowych lub foliowych, jeżeli tylko czujniki samolotu dostarczają potrzebnej ilości danych.
Istnieją też zintegrowane rejestratory CVR i FDR (Combined Voice and Flight Data Recorder - CVFDR). Przepisy wymagają zapisu głosu i parametrów na dwóch oddzielnych urządzeniach, więc CVFDR może zastąpić tylko jeden z rejestratorów i instalacji na starszych samolotach cyfrowych urządzeń FDAU (DFDAU - digital FDAU) i stosowania znormalizowanego formatu zapisu danych.
Od FDR (obecnie DFDR - digital FDR) wymaga się rejestracji co najmniej 28 parametrów (właściwie 36, ale niektóre są opcjonalne):
Typowe nowoczesne rejestratory FDR mogą zapisywać do 300 parametrów przez 25 godzin. CVR utrzymują zapis 4 kanałów dżwięku przez czas od wymaganych 30 minut do dwóch godzin.
Do tego dochodzą surowe wymagania precyzujące procedurę kontroli sprawności i gotowości czarnej skrzynki, konserwacji i przechowywania danych (minimum 25 godzin). Nawet od baterii wymaga się minimum 30 dni pracy (i do 6 lat składowania).
Konstrukcja czarnych skrzynek musi zapewnić ochronę zapisu w warunkach naprawdę ekstremalnych. Na zdjęciu: test odporności na temperatury powyżej 1200 stopni. |  |
| Czynnik | metoda testu |
|---|---|
| Wstrząs | Przyspieszenie 3400 G przez 6.5 milisekundy |
| Przebicie | Uderzenie masy 226 kg spadającej z wysokości 3 m na powierzchni o średnicy 6 mm. |
| Ogień | Ogrzewanie płomieniem gazowym do 1100 stopni Celsjusza przez 30 minut i przez 10 godzin do 260 stopni. |
| Woda morska | Zanurzenie na głębokości 6000 m przez 30 dni. |
| Płyny eksploatacyjne | Zanurzenie przez 48 godzin w paliwie lotniczym, oleju, płynie do układów hydraulicznych, płynie do dezynfekcji toalet i środkach gaśniczych. |
Osobnym rodzajem rejestratorów parametrów lotu są tzw. rejestratory szybkiego dostępu. Używa się ich do szybkiego i bezpośredniego odczytu wielu źródeł danych, potrzebnych do technicznej i ekonomicznej analizy eksploatacji samolotów. Mają one możliwość zapisu danych pochodzących z różnych rodzajów samolotów i różnych FDAU.
Jako urządzenia pomocnicze nie są one objęte wymaganiami technicznymi obowiązującymi typowe czarne skrzynki. Nie są szczególnie zabezpieczane, a nośnik informacji jest często zwykłą kasetą typu magnetofonowego. Zresztą rejestratory szybkiego dostępu stosuje się coraz rzadziej. W samolotach zaopatrzonych w rejestratory cyfrowe i DFDAU dostęp do danych nie wymaga ani czasu, ani specjalnych zabiegów - wystarczy podłączyć przenośny komputer i skopiować zawartość.
Możliwości interpretacji danych z rejestratora zależą od ilości zapisanych parametrów i technicznego stanu nośnika. Same dane i ich wzajemna korelacja sąt tylko jednym ze żródeł do opracowania historii wypadku. Właściwy obraz wydarzeń zaczyna się rysować dopiero na podstawie zestawienia zapisu z danymi z innych źródeł: zeznaniami świadków, danymi meteorologicznymi, śladami materialnymi, właściwościami i konstrukcją samolotu, itd., przy czym kapitalne znaczenie ma wiedza i doświadczenie ekspertów.
Urządzenia do odczytu i analizy parametrów lotu rozwijały się trochę niezależnie od techniki rejestracji. O ile sam odczyt zależy od techniki zapisu, to techniczne środki wspomagania interpretacji są zależne od dostępnych technologii przetwarzania danych.
Pierwotnie cała obróbka zapisu polegała na przeniesieniu danych na taśmę papierową. Sporządzano wykresy poszczególnych wartości i ich zestawienia. Analiza polegała głównie na ręcznym zestawianiu dostępnych informacji w celu potwierdzenia lub odrzucenia wersji roboczych. Wizualizacja wyników ograniczała się do panelu przyrządów. Jedynym dostępnym narzędziem praktycznego sprawdzenia teorii był eksperyment. Weźmy chociażby słynny basen, zbudowany do zbadania zjawiska zmęczenia materiału kadłuba samolotu De Havilland Comet.
Zastosowanie komputerów pozwoliło na lepsze opracowanie danych, a przede wszystkim na modelowanie przebiegu zdarzeń. Nareszcie można było otrzymać obraz sytuacji z uwzględnieniem wszystkich dostępnych danych, można było także sprawdzać wersje rozwoju wydarzeń w zależności od wybranych czynników.
Dalszy rozwój techniki komputerowej umożliwił obserwację zjawisk w dowolnej skali czasu, także w czasie rzeczywistym, oraz nowe metody wizualizacji. Oprócz numerycznej prezentacji danych można było obejrzeć trójwymiarową wizualizację toru lotu. Ze wzrostem mocy obliczeniowej mini - i mikrokomputerów stało się możliwe symulowanie i wizualizacja zachowania poszczególnych struktur i mechanizmów samolotu.
Oczywiście nie ma róży bez kolców - dla odmiany powstało niebezpieczeństwo rozmycia się rzeczywistych przyczyn w powodzi nieistotnych szczegółów. Tym niemniej dzięki zastosowaniu nowoczesnych technik obróbki danych zidentyfikowano i usunięto wielką liczbę rzeczywistych i potencjalnych przyczyn wypadków lotniczych.
Poczucie wszechmocy techniki jest złudne, szczególnie w lotnictwie. Właściwie żadna z przyczynowych kategorii wypadków lotniczych nie została dotąd całkowicie zamknięta. Nawet powstają nowe; ich źródłem jest współczesny świat - tempo życia, stres, zalew informacji, presja ekonomiki. Może nie tyle sama ekonomika, ile specyficzne pojmowanie zależności nakładów na bezpieczeństwo i ekonomiki przewozów lotniczych. Znane są przykłady, kiedy mimo zidentyfikowania przyczyn katastrof ograniczano się do działań pozornych i manipulowania statystyką dla uchronienia sztandarowych producentów i linii lotniczych przed stratami finansowymi czy też utratą wiarygodności. I nie mam tu na myśli wyłącznie krajów byłego bloku wschodniego.
Nie nawołuję bynajmniej do gromadnej paranoi i szukania spisków. Chodzi o to, że szersze zainteresowanie sprawami bezpieczeństwa w powietrzu może przyczynić się do wykreślenia z rejestru przyczyn wypadków lotniczych śmiercionośnego bubka, robiącego karierę w lotnictwie. Nigdy oficjalnie go tak nie nazwano, tym niemniej on istnieje.