Бортовой самописец

Бортово́й самопи́сец (в отечественной авиации — бортовое устройство регистрации, БУР; на водном транспорте — регистратор данных рейса, РДР; разг. чёрный ящик) — конечное устройство системы регистрации, в основном используемое в авиации для записи основных параметров полёта, внутренних показателей функционирования систем летательного аппарата, переговоров экипажа и т. д. Информация из бортовых самописцев повседневно используется для контроля действий экипажа и работоспособности авиатехники после каждого полёта, а в особых случаях — при расследовании лётных происшествий. Сама система объективного контроля состоит из большой группы датчиков (собственных и внешних), блоков обработки информации и отдельного регистрирующего устройства (накопителя информации).

В начале XXI века, в связи с развитием элементной базы и удешевлением электронных компонентов, бортовые самописцы постепенно получают распространение и в иных областях — в частности, на водном, железнодорожном и автомобильном транспорте.

Назначение и принцип действия

Устройство аварийного бортового самописца.

Бортовой самописец является частью системы объективного контроля воздушного судна, которая собирает сведения о состоянии материальной части (давление топлива на входе в двигатель, давление в гидросистемах, обороты двигателей, температура газов за турбиной и т. д.), о действиях экипажа (степень отклонения органов управления, уборка и выпуск взлётно-посадочной механизации, нажатия на боевую кнопку), навигационные (скорость и высоту полёта, курс, прохождение приводных маяков) и другие данные.

Обычно на воздушное судно устанавливаются два бортовых самописца: речевой, записывающий переговоры экипажа, и параметрический, фиксирующий параметры полёта. Кроме того, многие современные авиалайнеры имеют два комплекта самописцев: эксплуатационный (не имеющий защитного корпуса и предназначенный для контроля работы систем и экипажа после полёта) и аварийный (в прочном герметичном корпусе). Запись информации может производиться на оптические (фотоплёнка) либо магнитные (металлическая проволока или магнитная лента) носители; в последнее время широко применяется флеш-память.

Эксплуатационный регистратор

Эксплуатационный регистратор (англ. quick access recorder^[1]^[2]) не защищён и применяется при повседневной эксплуатации воздушного судна. Наземный персонал производит считывание информации с эксплуатационных накопителей системы объективного контроля после каждого полёта. Считанная информация расшифровывается и анализируется с целью определить, не производил ли экипаж на протяжении полёта недопустимых действий или эволюций — не был ли превышен максимальный крен или тангаж, разрешённый производителем; не была ли превышена перегрузка на посадке, не превышено ли установленное время работы на форсажных или взлётных режимах и т. д. Эти данные также позволяют следить за выработкой ресурса летательного аппарата и своевременно производить регламентные работы, тем самым позволяя снизить частоту отказов и повысить надёжность авиационной техники и безопасность полётов.

Аварийный регистратор

Аварийный регистратор полётных данных системы МСРП-12-96

В отличие от эксплуатационных регистраторов, аварийные самописцы надёжно защищены: так, по требованиям современного стандарта TSO-C124 они должны обеспечивать сохранность данных после 30 минут полного охвата огнём, при пребывании на глубине 6000 м в течение месяца, и при воздействии ударных перегрузок в 3400 g в течение 6 мс и статических перегрузок свыше 2 т на протяжении 5 минут.^[3] Самописцы предыдущих поколений с магнитными носителями могли выдерживать ударную перегрузку в 1000 g и сохранять информацию при полном охвате огнём в течение 15 минут.^[3]

Для облегчения поиска самописцев в них встраивают радиомаяки и (или) гидроакустические маяки, автоматически включающиеся в случае аварии (последние облегчают поиск самописцев под водой)^[3].

Нередко в средствах массовой информации аварийные бортовые самописцы называют «чёрными ящиками». Однако на самом деле корпуса таких самописцев обычно имеют форму шара или цилиндра, поскольку оболочки такой формы лучше сопротивляются внешнему давлению, и окрашиваются в яркий оранжевый или красный цвет для облегчения их обнаружения среди обломков на месте авиационного происшествия.

Конструкция

Конструктивно бортовой самописец представляет собой комплект из взаимосвязанных трех основных блоков^[4]:

блок сбора полетной информации (БСПИ);
защищённый бортовой накопитель (ЗБН);
пульт управления и индикации.

БСПИ собирает данные от бортовых систем и датчиков и подготавливает данные для записи на носитель в составе ЗБН. Корпус ЗБН выполняется из прочного материала с защитными покрытиями, благодаря чему он способен сохранить носитель полётных данных даже при сильном ударе воздушного судна о поверхность земли или воды при авиационном происшествии.

Аварийные самописцы: параметрический и речевой

Многие годы параметрический и речевой регистраторы были конструктивно разделены: первый размещался в основном в хвосте самолёта (на хвостовой балке вертолёта), а второй — в кабине лётного экипажа. Однако для лучшей сохранности речевой самописец со временем также часто размещался в хвостовой части фюзеляжа, что требовало, однако, прокладки к нему протяженной электрической проводки^[3].

Современный совмещённый самописец параметрической и звуковой информации (CVDR)

Современные требования предусматривают выполнение цифровых регистраторов преимущественно совмещёнными , когда одно устройство объединяет функции параметрического и звукового самописцев, а также и видеорегистратора^[5].

История

Дэвид Уоррен, изобретатель аварийного речевого самописца, с прототипом своего изобретения.

Один из устанавливаемых на современные самолёты речевых самописцев

Один из первых эксплуатационных регистраторов полётной информации был создан французами Франсуа Юссено (фр. François Hussenot) и Полем Бодуэном (фр. Paul Beaudouin) в 1939 году. Он представлял собой многоканальный светолучевой осциллограф — изменение каждого параметра полёта (высоты, скорости и т. д.) вызывало отклонение соответствующего зеркальца, отражавшего тонкий луч света на движущуюся фотоплёнку. По одной из версий, отсюда и произошло название «чёрный ящик» — корпус самописца был выкрашен в чёрный цвет для защиты фотоплёнки от засветки.^[3] В 1947 году изобретатели организовали компанию Société Française des Instruments de Mesure, ставшую известным производителем оборудования — в том числе и бортовых самописцев, — в дальнейшем влившуюся в концерн Safran SA.

В 1953 году австралийский учёный Дэвид Уоррен, принимавший участие в расследовании катастрофы первого в мире британского реактивного пассажирского лайнера De Havilland Comet, пришёл к мысли, что запись переговоров экипажа в аварийной ситуации могла бы значительно помочь в подобных расследованиях.^[6] Предложенное им устройство сочетало в себе параметрический и голосовой самописцы, и использовало магнитную ленту для записи информации, что позволяло использовать её многократно. Регистратор Уоррена был обёрнут асбестом и упакован в прочный стальной корпус, откуда возможно другое происхождение термина «чёрный ящик» — так называют объект, выполняющий определённые функции, внутренняя структура которого неизвестна или не принципиальна.^[7] Первый прототип устройства был представлен в 1956 году; в 1960 году распоряжением правительства Австралии установка аварийных самописцев на все пассажирские самолёты стала обязательной, вскоре этому примеру последовали и другие страны^[8].

В СССР работы по созданию и внедрению систем сбора и регистрации полетной информации были начаты в 1960-х годах. Приказом по Минавиапрому СССР в 1965 Лётно-исследовательскому институту (ЛИИ) было поручено определить состав контролируемых параметров, методов контроля, провести испытания опытных образцов бортовых самописцев. К первому поколению относятся системы САРПП-12 для маневренных ЛА (с регистрацией на фотопленку 12 аналоговых параметров и ряда меток разовых команд) и МСРП-12 для неманёвренных ЛА (с регистрацией 12 основных параметров на магнитную пленку). САРПП-12 представляет собой просто приспособленный для штатного применения оптический осциллограф К10-53, помещенный в защитный контейнер. Защиту фотопленки с информацией от механических повреждений обеспечивает специальная броневая кассета. Однако кассета была практически не защищена от температурного воздействия. Накопитель МСРП-12 более защищен. Его лентопротяжный механизм расположен в броневом контейнере с дополнительной теплоизоляцией, выдерживающим ударную перегрузку до 1000 g, статическую нагрузку 9800 Н и температуру 1000 °C в течение 10 минут. При становлении технологий бортовых самописцев характерным было приспособление для задач аварийной регистрации полетной информации серийной контрольно-записывающей аппаратуры общего назначения. Для анализа параметров полета использовалась ручная наземная обработка записанной информации. Например, плёнка САРПП-12 после ее проявления и печати в укрупненном масштабе обрабатывалась с использованием градуировочных графиков, а магнитная лента МСРП-12 сначала дешифровалась на наземном устройстве обработки (ДУМС). По мере развития вычислительной техники стала очевидной обязательность автоматизированных систем обработки зарегистрированных данных^[9].

Позднее были созданы и прошли испытания в ЛИИ системы контроля и регистрации второго поколения: типа «Тестер» (разработчик НПО «Электронприбор», г. Киев, главный конструктор И. А. Ястребов) и МСРП-64 (разработчик НПО «Сфера», г. Ленинград, главный конструктор В. Ф. Буралкин). C 1974 года новые регистраторы начали устанавливать на маневренных («Тестер») и неманевренных (МСРП-64) самолетах. Эти системы регистрации обеспечивали: увеличенное число контролируемых и регистрируемых параметров, большую продолжительность непрерывной записи информации, повышенную точность регистрации, возможность автоматизированной обработки полетных данных, записанных на магнитном носителе в двоичном коде, а также улучшенные характеристики защищенного бортового накопителя, в особенности термобронеконтейнера, что обеспечило лучшую сохраняемость информации при авиационном происшествии^[9].

После одной из катастроф самолёта Ан-24 в результате сваливания на глиссаде специалистами ЛИИ по записям МСРП-12 были проанализированы около 100 случайно выбранных полетов и выявлены грубейшие нарушения, массово допускаемые экипажами (снятия винтов с упора для снижения скорости при заходе на посадку, подныривания под глиссаду и др.). В итоге руководством отрасли было принято решение создать автоматизированные технологии контроля действий экипажа по полётной информации. В 1974 году была создана первая отечественная компьютерная программа автоматизированного контроля полётных данных штатных устройств регистрации. Она заложила основы будущих программ экспресс-анализа, которые сейчас в обязательном порядке применяются для объективного контроля полётов. Первоначально такие программы для самолетов Ил-18, Су-15, Ту-154 предусматривали контроль свыше 80 событий (нарушений работоспособности бортовых систем и отклонений в действиях лётного экипажа). В настоящее время при экспресс-анализе число событий на гражданских и военных самолётах превышает 200. В начальный период внедрения разработанные методы объективного контроля полётов в эксплуатации обеспечили (в период 1974-1984 годов) снижение числа ошибок лётного экипажа в 5-6 раз, а инцидентов в 3-4 раза^[9].

См. также

Бортовые средства объективного контроля
Локомотивный скоростемер — устанавливаемый на поездах аналог бортового самописца.
Фотопулемёт — бортовое устройство боевого самолёта, документирующее реальную стрельбу из курсового пулемёта (пушки) или условия прицеливания для стрельбы в учебном полёте.

Примечания

↑ Виктор Филиппов. Железный свидетель (неопр.). Известия (19 октября 2008). Дата обращения: 21 февраля 2015. Архивировано 6 марта 2016 года.
↑ Оксана Бида. Тайны оранжевого «чёрного ящика» (неопр.). Новая (27 февраля 2008). Дата обращения: 21 февраля 2015. Архивировано 27 июля 2014 года.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Олег Макаров. Свидетели из железа: чёрный ящик // Популярная Механика : журнал. — 2010. — № 8 (август). Архивировано 14 января 2012 года.
↑ ОСТ 1 00774-98 Система сбора и обработки полётной информации самолётов (вертолётов). Общие технические требования. — Москва: НИИСУ, 1998. — 21 с.
↑ Приложение 6 - Эксплуатация воздушных судов - Часть I - Международный воздушный транспорт - Самолёты (неопр.). ИКАО. Дата обращения: 17 мая 2020.
↑ Black box inventor dies, age 85 (неопр.). Telegraph (21 июля 2010). Дата обращения: 2 августа 2010. Архивировано 31 мая 2012 года.
↑ A Brief History of Black Boxes : [англ.] : [арх. 3 февраля 2012] // Time : журнал. — 2009. — № July 20. — С. 22.
↑ Скончался изобретатель «черного ящика» Дэвид Уоррен (неопр.). Lenta.ru (21 июля 2010). Дата обращения: 17 декабря 2019. Архивировано 22 марта 2013 года.
↑ ¹ ² ³ Баев Н. А., Биндер А. Н., Деркач О. Я., Каплан В. Л., Петров А. Н., Полтавец В. А., Свинарчук А. И., Шмаков В. М., Ялоза Ю. А. Эксплуатационно-технические характеристики и обеспечение эксплуатации авиационной техники / Под ред. А. Н. Петрова. — Москва: Широкий взгляд, 2012. — 140 с. — ISBN 9785904465032.

Литература

Лившиц Г. Оранжевый «черный ящик» // Наука и жизнь : журнал. — М. : Пресса, 1993. — № 1. — С. 16-20, I стр. обл..

Ссылки

Aviation Safety Network
Производитель бортовых систем регистрации параметров для отечественных ВС (самолёты Ту, Ил, Ан, вертолёты Ми-8, Ми-17, Ка-32)
Видеосюжет о «чёрных ящиках»
Электронные носители информации на YouTube, начиная с 8:55 в передаче цикла «Наука 2.0» (РТР)
что записывают «чёрные ящики» в последние минуты перед катастрофой запись, расшифровка и примеры реальных ситуаций.
Эксперты: «Черные ящики» работают до последней секунды, пока существует самолет

[1] Виктор Филиппов. Железный свидетель (неопр.). Известия (19 октября 2008). Дата обращения: 21 февраля 2015. Архивировано 6 марта 2016 года.

[2] Оксана Бида. Тайны оранжевого «чёрного ящика» (неопр.). Новая (27 февраля 2008). Дата обращения: 21 февраля 2015. Архивировано 27 июля 2014 года.

[popmech-8-2010-3] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Олег Макаров. Свидетели из железа: чёрный ящик // Популярная Механика : журнал. — 2010. — № 8 (август). Архивировано 14 января 2012 года.

[4] ОСТ 1 00774-98 Система сбора и обработки полётной информации самолётов (вертолётов). Общие технические требования. — Москва: НИИСУ, 1998. — 21 с.

[5] Приложение 6 - Эксплуатация воздушных судов - Часть I - Международный воздушный транспорт - Самолёты (неопр.). ИКАО. Дата обращения: 17 мая 2020.

[telegraph-6] Black box inventor dies, age 85 (неопр.). Telegraph (21 июля 2010). Дата обращения: 2 августа 2010. Архивировано 31 мая 2012 года.

[7] A Brief History of Black Boxes : [англ.] : [арх. 3 февраля 2012] // Time : журнал. — 2009. — № July 20. — С. 22.

[lenta-8] Скончался изобретатель «черного ящика» Дэвид Уоррен (неопр.). Lenta.ru (21 июля 2010). Дата обращения: 17 декабря 2019. Архивировано 22 марта 2013 года.

[ETH2012-9] ¹ ² ³ Баев Н. А., Биндер А. Н., Деркач О. Я., Каплан В. Л., Петров А. Н., Полтавец В. А., Свинарчук А. И., Шмаков В. М., Ялоза Ю. А. Эксплуатационно-технические характеристики и обеспечение эксплуатации авиационной техники / Под ред. А. Н. Петрова. — Москва: Широкий взгляд, 2012. — 140 с. — ISBN 9785904465032.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]