问题

为什么不改进飞机黑匣子,把飞行数据传到云端?

回答
飞机黑匣子,学名叫飞行数据记录器(FDR)和驾驶舱话音记录器(CVR),顾名思义,它们的职责是在不幸的飞行事故发生后,提供宝贵的信息以供调查。多年来,它们的设计思路非常直接:坚固、独立、能够承受极端灾难。但随着科技的飞速发展,尤其是云计算的崛起,一个很自然的问题就浮现了:为什么不把这些关键数据实时传送到云端呢?

这听起来是个绝妙的主意,对吧?想象一下,一旦飞机遇到麻烦,调查人员甚至不需要打捞残骸,就能立即访问详细的飞行参数和驾驶舱对话,大大缩短调查时间,也可能挽救更多生命。然而,现实情况远比这复杂,里面涉及到的技术、安全、成本和法规的考量,构成了一个巨大的挑战。

首先,我们得明白黑匣子现在是如何工作的。它们的核心目标是“生存性”。在飞机坠毁时,飞机可能经历剧烈的冲击、燃烧、甚至沉入深海。为了应对这一切,黑匣子被包裹在极其坚固的金属外壳中,内部的电子元件也经过特殊设计,能够承受极高的过载、火焰以及长时间的水下压力。这种坚固性是以牺牲实时数据传输能力为代价的。它们更像是“录音机”和“数据存储器”,而不是“实时通信终端”。

那么,为什么不升级它们,让它们具备卫星通信或者其他无线数据传输能力呢?

1. 信号传输的挑战:

穿越机身: 飞机在飞行过程中,机身是由金属、复合材料等构成的,这本身就是一个巨大的信号阻挡层。要将数据稳定地穿透厚厚的机身,发送到地面的接收站,无论是通过WiFi、蜂窝网络还是专用的无线电频率,都面临着巨大的信号衰减问题。
地理位置和高度: 飞机在空中飞行的范围非常广阔,从低空到平流层。地面基站的覆盖范围有限。即使使用卫星通信,也需要专门的、功率足够大的天线和调制解调器。飞机的天线设计需要兼顾气动性和通信需求,这本身就是一门艺术。
极端环境: 飞机在飞行中会遇到各种天气,如雷暴、大雨、冰雹等,这些都会影响无线信号的质量和稳定性。
电磁干扰: 飞机内部有大量的电子设备,这些设备在工作时会产生电磁辐射,可能对数据传输信号造成干扰。

2. 数据量和带宽:

海量数据: 现代飞机集成了数量惊人的传感器,记录着发动机状态、飞行姿态、操纵指令、环境信息等方方面面。这些数据量是庞大的。例如,一架大型客机每秒可能产生几兆字节的数据。
实时传输的带宽需求: 要将这些海量数据实时、稳定地传输到云端,需要极高的带宽。目前的卫星通信技术虽然在进步,但其带宽和传输成本仍然是限制因素,尤其是在需要全天候、不间断传输的情况下。相较于事后读取存储卡,实时传输的带宽需求是指数级的增长。

3. 安全和可靠性:

信息安全: 将飞行数据传输到云端,意味着这些数据将通过网络传输。网络传输天然就存在被黑客攻击、拦截、篡改的风险。如果飞行数据被恶意修改,那将是灾难性的。这不仅会误导事故调查,还可能导致错误的结论,影响航空安全。
系统可靠性: 传统的黑匣子设计极其简单,故障率极低,而且是完全独立于飞机主系统的。而一个实时数据传输系统,会增加更多的电子组件、软件和通信链路。任何一个环节的故障,都可能导致数据丢失或传输中断。航空业对可靠性的要求是极致的,任何增加的复杂性都可能带来新的故障点。
冗余备份: 尽管可以考虑将数据传输到云端,但为了应对通信中断或云端系统故障,传统的黑匣子仍然需要作为最终的、独立的备份。这就意味着,即使有了云端传输,飞机的机身内仍然需要保留一个物理记录设备,这在一定程度上抵消了“无需打捞”的优势。

4. 成本问题:

设备升级成本: 为所有飞机安装支持卫星通信或高带宽无线传输的设备,将是一笔巨大的投资。这不仅是硬件本身的成本,还包括安装、维护以及对现有飞机结构的改造。
运营成本: 持续的卫星数据传输需要支付高昂的带宽费用,尤其是在全球范围内。云存储、数据管理、安全防护等也都需要持续的运营成本。
与现有系统的兼容性: 任何新的技术引入,都需要与现有的航空管理系统、通信系统以及安全协议进行兼容和集成,这会产生额外的开发和验证成本。

5. 法规和标准化:

漫长的认证过程: 航空业的任何技术升级都必须经过极其严格的认证和审查,以确保其安全性和可靠性。将新的数据传输技术引入到关键的飞行记录系统中,需要走完漫长而复杂的法规审批流程,这可能需要数年甚至更长时间。
全球标准化: 航空业是全球性的,所有飞机在不同国家和地区都能安全运行。任何一项新的技术,都需要在全球范围内达成统一的标准和协议,才能被广泛采用。

所以,为什么不改进呢?

其实,改进的努力一直在进行,只是方向和我们想象的“直接传到云端”可能有所不同。

增强型黑匣子(EFDR/ECVR): 现在的黑匣子已经不像过去那样只是简单的录音和记录。它们已经具备更高的存储容量,更长的记录时间,并且能够记录更多的参数。
“实时”概念的重新定义: 对于许多紧急情况,我们可能不需要“秒秒钟”的数据,而是可以在事故发生后,通过有限的、低带宽的信号(比如定位信标),让搜救人员更快地找到残骸,然后才能对黑匣子进行读取。
地面通信的补充: 在某些特定区域或场景下,飞机确实会利用ACARS(航空器通信寻址与报告系统)等地面通信系统,发送一些关键的、小量的数据。但这些数据与完整的黑匣子记录是不能比拟的。
部分公司和研究机构的尝试: 一些航空公司和研究机构确实在探索将部分非关键飞行数据(如健康监测数据、维护数据)通过更高效的方式传输到地面。

未来的方向:

未来的发展方向可能是结合多方面优势:

低带宽、低功耗的云端备份: 也许不是全量数据的实时传输,而是通过一些低功耗、低带宽的通信方式,定期或在特定条件下,将部分的、经过压缩的关键数据发送到云端,作为事后分析的辅助。
更先进的定位和信标技术: 改进黑匣子本身的定位信标,使其在坠毁后更容易被探测到,并且能够发出更强的信号,指示其位置。
事故前预警系统: 很多时候,重点不在于事故后的调查,而在于事故发生前的预警和干预。通过分析飞机在飞行中收集的大量数据,可以提前发现潜在的风险,并发出警告。

总而言之,将飞机黑匣子的数据直接、实时地传送到云端,看似简单,实则牵涉到通信技术、数据处理、信息安全、成本效益和法规标准等方方面面。虽然这是一个诱人的目标,但航空安全的核心在于“可靠性”和“生存性”。在找到一个能够完全替代现有黑匣子,并且在安全性和可靠性上毫不妥协的新技术之前,传统的黑匣子仍然是保障航空安全的最后一道防线。而改进的努力,正在以更务实、更循序渐进的方式进行着。

网友意见

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其实陆上航线完全可以靠ATG解决。

问题是改修站点要钱。

制造商不感冒,航空公司不买单,营运商也没动力去做。

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技术上早已实现,比如MH370,发现它飞到了南印度洋,就是因为RR公司发现飞机的发动机每隔半小时向卫星发送一次运行数据,然后根据卫星的即时位置推算出来的,由于此次事件,国际民航组织要求将飞机与卫星通讯频率时间由以前的半小时一次调整为15分钟一次;法航447事件里,空客方面最初判断是空速管结冰导致飞行计算机出现错误,原因也是分析了飞机向法航飞管中心自动发送的数据。由这两个例子可以看出,技术上将黑匣子记录的内容传送到云端没有难度。

由于卫星通讯系统的高昂费用,很多航空公司舍不得购买昂贵的流量费用,经济因素是阻止云端数据代替黑匣子的根本原因。不过随着星链项目的推广,网络费用有望降低,也许以后会出现替代黑匣子的云端服务。

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商用客机这种东西,技术应用水平请往回退20年。

因为设计论证研发十年,适航加客户部署周期再等十年。

A350这么先进的飞机,也就前两年开始用上触屏,还是选装件。

物联网是这两年才搞起来的东西,而且也不是实时回传所有数据。

所以我估计三十年后,就能普及黑匣子实时数据了。


不过话说回来,通航飞机的电子技术采纳速度显著更高,因为认证周期相对短,市场相对活跃,客户群体更偏向个人而不是企业。

所以通航用的各种航电,和主流电子产品只有五年左右的差距。

通航的机身和发动机没什么进化,毕竟成本有限,但航电系统已经进化到触屏、3D渲染合成显示、wifi联网等等功能了。

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技术上是可行的。通过卫星网络可以实现互联互通。有一些黑匣子数据的存储介质仍然是磁带,升级为固态硬盘就可以了,技术上是没有问题的。但为什么不这样做,主要有几个方面的考量吧。

第一,飞机失事的概率很低,失事以后黑匣子找不到的概率就更低了。在这次东航飞机失事之前,中国已经连续十年安全飞行了。全球范围来看,飞机发生事故的概率大概为百万分之一。全毁的概率就更低了。之前看到一个数字,2014年全毁的概率为百万分之0.23。全球运营的飞机大概有2万架。2021全年约有2459万架次客运航班在全球运行。2021年全球发生了7起致命航空安全事故。

第二,实现飞行数据实时云传送到云端的成本很高。前面已经提到,全球2万架飞机,虽然受疫情影响,但2021年的飞行架次也达到了2459万架次。庞大数据传送所需要的网络费用,存储费用肯定不低。在传送之前还要对飞机进行改造,增加相应的设备,还要保证全球无死角的卫星通讯网络来支持。这些都是需要投入的。

第三,法律方面的问题。如何只是用来当作八卦材料看看,那么这些黑匣子的数据只要上传到云端就可以了。但如果是作为航空安全事故调查的证据,就得确保数据的完整性和准确性。全球有航空公司的国家有一百多个,每个国家的法律都不一样。云端的数据能否作为法律证据是一个很大的问题。如果不能作为法律证据,上传到云端又有什么意义?

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