Как устроен «чёрный ящик», и почему его трудно расшифровать. Как устроен “черный ящик” самолета Как расшифровать черный ящик

Любая электротехническая лаборатория должна быть оборудована измерительной аппаратурой для определения источников сигналов, уровня напряжения, силы тока и так далее. Это позволяет осуществлять не только необходимые исследования, но и проектирование или конструирование различных приборов и устройств. На промышленном предприятии, особенно там, где присутствуют токи высокой частоты, без осциллографа (основного прибора для измерения электричества) практически невозможно обойтись.

Применение осциллографа

Данный аппарат позволяет визуализировать напряжение на специальном экране. Он выдает осциллограмму, которая представляет собой график изменения параметра электрического тока на протяжении некоторого периода. Основной ценностью осциллографа является возможность одновременного измерения напряжения, частоты, силы тока и угла сдвига фаз. Все результаты сразу обрабатываются и выводятся на экран в виде графика, который демонстрирует форму электрического сигнала. В результате наблюдатель может увидеть процессы, которые происходят в электрической цепи, определить источник сбоя, своевременно выключить прибор, чтобы предотвратить повреждение или катастрофу.

Как правило, постоянное напряжение представляет собой идеальную синусоиду. Однако на практике это не всегда так – напряжение в сети может колебаться, что и будет отражено на экране описываемого прибора. В такой ситуации точно измерить данный параметр с помощью стандартного вольтметра почти невозможно (будут существенные погрешности: измерительная аппаратура со стрелками будет выдавать одни значения, цифровые приборы – другие, а устройства для измерения напряжения постоянного тока – третьи). Единственный способ максимально точно определить напряжение в такой сети – использовать осциллограф.

Особенности применения цифрового аппарата

Данные измерительные устройства позволяют не только отслеживать форму сигнала в режиме реального времени, но и сохранять полученную информацию, которую затем можно будет обрабатывать на компьютерах при исследовании и моделировании различных процессов. Осциллограмма, которую выводит на экран описываемый прибор, предоставляет возможность наблюдать следующие особенности измеряемого сигнала:

• Параметры электрического импульса;
• Значения входящего сигнала (отрицательные или положительные);
• Скорость изменения значений импульса от нуля до максимального значения;
• Соотношение продолжительности импульса и паузы.

Чаще всего осциллографы используются для изучения сигналов, носящих периодический характер.

Принцип функционирования прибора

Ключевым элементом устройства является электронно-лучевая трубка (ЭЛТ). Из нее откачивается воздух так, чтобы внутри образовался вакуум, в котором находится катод (положительно заряженное вещество). При воздействии на него электрического тока он начинает излучать отрицательно заряженные частицы, фокусирующиеся затем с помощью специальной системы и направляемые на внутреннюю поверхность экрана. Эта поверхность покрыта специальным веществом – люминофором, на котором при попадании пучка электронов возникает свечение. В результате, если смотреть на прибор снаружи, можно наблюдать на экране движение светящейся точки.

Фокусировка и направление луча в ЭЛТ осуществляется с помощью двух пар пластин, которые управляют движением электронов в двух плоскостях. В горизонтальной – пучок электронов отклоняется пропорционально изменению времени, а в вертикальной – пропорционально измеряемому напряжению.

Развертка

При наблюдении за характером сигнала с использованием осциллографа напряжение следует подавать на вертикально расположенные пластины. Полученный график изменения параметра, как правило, имеет вид пилы: сначала происходит нарастание разности потенциалов в линейной зависимости, а затем следует резкий спад. Кроме того, наблюдая за движением луча на экране, можно увидеть его отклонение влево или вправо. Это свидетельствует о знаке напряжения: при его отрицательной величине происходит движение влево, а при положительной – вправо. Чаще всего движение луча происходит слева направо с постоянной скоростью.

Такое перемещение точки на экране прибора и называется разверткой. Горизонтальная линия, проводимая лучом, носит название линии нуля. Относительно нее производятся измерения времени. Под частотой развертки понимается периодичность, с которой повторяются пилообразные импульсы.

Порядок подключения осциллографа

Поскольку напряжение – разность потенциалов, то измерять его следует в двух точках. С этой целью осциллограф оборудован двумя клеммами, с помощью которых производится подача напряжения на пластины. Первая клемма является входом и подключается к источнику сигнала, что ведет к отклонению луча по вертикали. Вторая – называется общим проводом и заземлена (замкнута на корпус самого прибора).

Чтобы корректно подключить прибор, необходимо заранее знать, какой из проводов является фазой (по какому проводу течет электрический ток). В зарубежных устройствах для этого имеются специальные щупы, которые позволяют определить наличие напряжения на входе и, к какому источнику какую клемму подключать. При этом общий провод заканчивается зажимом типа «крокодил», что позволяет легко его закрепить на металлическом корпусе измерительного прибора. Клемма, которая обеспечивает контакт с фазой, имеет форму иглы, что позволяет легко измерять электрический сигнал в любом месте: розетке, проводе, печатной плате или даже на ножке микропроцессорного чипа.

После того, как клеммы установлены, можно переходить непосредственно к измерениям. Практически в любой электрической цепи существует единый провод, и для проверки параметров рекомендуется измерять характеристики сигнала на нем. Но такая ситуация может быть не всегда. Тогда следует выбрать точки, где требуется произвести замеры, и осуществить их (чаще всего в качестве таких точек выбирают места наиболее вероятной неисправности).

Обратите внимание! Основной задачей осциллографа является наблюдение за напряжением в динамике. Но, подключив сопротивление, можно исследовать и форму электрического сигнала тока. Величина сопротивления при этом должна быть существенно ниже общего сопротивления исследуемой цепи. Только при соблюдении данного условия измерения будут корректными, поскольку прибор не окажет влияния на функционирование цепи.

Особенности подключения отечественных устройств

Стандарты организации электрических цепей в РФ отличаются от зарубежных, поэтому и измерительную аппаратуру приходится подключать по-другому. В частности, применяются штекеры с диаметром щупа в 4 миллиметра. Поскольку они одинаковые, то, чтобы правильно подключить прибор, необходимо обращать внимание на следующие признаки:

• Вывод, который присоединяется к источнику тока, как правило, обладает большей длиной;
• Провод для заземления (крепления к корпусу) обычно черный или коричневый;
• На штекере для заземления часто присутствует соответствующая надпись или указание, что он должен быть подсоединен к общему проводу.

Важно! Однако такие обозначения встречаются не всегда. Приборы могут быть после ремонта, штекеры заменены, поэтому, чтобы определить, на каком проводе фаза, а на каком – ноль, рекомендуется воспользоваться проверенным способом. Для этого необходимо дотронуться рукой сначала до одного штекера, а потом – до другого. Если пользователь коснулся штекера на минусовом проводе, то на экране появится горизонтальная линия. При касании фазового провода на экране будет отображена синусоида с большим количеством шумов (помех). Данный способ является безошибочным, а помехи появляется из-за влияния других электроприборов, находящихся в помещении.

Возможности двухканального аппарата

Особенностью данного прибора является возможность одновременной выдачи на экран сигнала от двух различных источников. У такого типа измерительного аппарата имеется два канала, обозначенных соответствующим образом. При этом клеммы нулевого провода обоих каналов заведены на корпус, поэтому, измеряя импульсы таким прибором, следует не допускать их подключения к разным местам в одной электрической цепи, поскольку в таком случае может произойти короткое замыкание, и сведения о напряжении окажутся неверными.

Единственным недостатком двухканального осциллографа является невозможность наблюдать одновременно два различных напряжения. Однако такая проблема не является критической, поскольку в большинстве случаев нулевой провод соединен с корпусом и является общим для двух фаз, а, значит, измерение напряжения осуществляется с применением данного проводника.

Преимуществом такого прибора является наличие возможности контроля двух параметров электрической цепи: силы тока и напряжения. Для измерения тока в схему требуется обязательно включить дополнительное сопротивление с определенными параметрами (оно не должно превышать общего сопротивления цепи, чтобы не создавать погрешностей при измерении). Использование такого осциллографа является довольно сложным занятием, поэтому рекомендуется всегда иметь справочники и схемы корректного его подключения.

Дополнительная информация. Следует учитывать и особенность конструкции двухканального осциллографа. В нем имеется некоторая несимметричность: синхронизация первого канала обладает более высоким качеством и стабильностью по сравнению со вторым. Поэтому для получения корректной осциллограммы рекомендуется использовать первый канал для наблюдения за напряжением, а второй – за током.

Порядок измерения напряжения

Для мониторинга данной характеристики сигнала с помощью осциллографа следует ориентироваться на значения вертикальной шкалы экрана. Чтобы получить значения, необходимо соединить клеммы прибора между собой, а затем включить режим измерений. После этого требуется отрегулировать прибор так, чтобы линия развертки оказалась совмещенной с центральной горизонтальной чертой на экране.

Только после завершения описанных подготовительных действий можно переводить устройство в режим для осуществления измерений. Для этого входную клемму следует поместить на источник сигнала, который требуется исследовать.

Важно! Производить измерения с помощью портативного осциллографа несколько сложнее, поскольку у него существенно большее количество настроек и регулировок, поэтому применять его рекомендуется либо при наличии соответствующего опыта, либо, сверяя каждое действие с инструкцией.

После подачи сигнала на вход прибора на экране появится график. Для измерения высоты синусоиды (уровня напряжения) необходимо также произвести регулировку: установить пластины так, чтобы точка на экране находилась на вертикальной линии. Так производить измерение будет существенно проще, поскольку на нее нанесена шкала со значениями.

Порядок изменения частоты

Осциллограф позволяет измерять и периоды сигнала. Для вычисления частоты в последующем можно воспользоваться простой формулой, поскольку частота находится в обратно пропорциональной зависимости от периода сигнала (увеличение периода ведет к сокращению частоты и наоборот).

Измерять период проще всего в местах, где осциллограмма пересекает горизонтальную ось. Следовательно, для получения корректных значений рекомендуется перед началом исследования настроить линию развертки так же, как при мониторинге напряжения.

После этого необходимо установить начало движения точки на крайней левой линии на экране. Далее требуется только зафиксировать значение, при котором точка пересечет горизонтальную линию. Вычислив значение периода, можно с помощью специальной формулы определить частоту. Для увеличения точности измерений следует максимально растягивать график в горизонтальной плоскости. Оптимальной точностью считается погрешность на уровне менее одного процента, но такие параметры можно получить только на цифровых устройствах с линейной разверткой.

Определение угла сдвига фаз

Данное явление демонстрирует расположение относительно друг друга графиков двух электрических сигналов на протяжении определенного периода времени. Измерение величины сдвига осуществляется в частях периода (градусах), а не в единицах времени. Это объясняется особенностью графика, который по своей форме представляет синусоиду, а значит, различие в графиках зависит от разницы в величине углов.

Максимальную точность можно получить также при растяжении графика в длину. В связи с тем, что каждый сигнал отображается с одинаковой яркостью и цветом, рекомендуется установить для них разную амплитуду. Для этого следует подавать на первый канал максимально возможное напряжение, что позволит улучшить синхронизацию изображения на экране.

Таким образом, использование осциллографа требует определенных навыков и теоретических знаний, но измерения параметров электрического сигнала, которые позволяет сделать данный прибор, позволяют обнаружить различные неисправности, а также проектировать качественные новые изделия.

Видео

Потому что "расшифровка записей" это только часть процесса расследования, и не имеет смысла сама по себе. Это просто один из источников информации, на основании которого делается анализ причин и проводится расследование.

Если хотите - вот полное описание процесса, как проводится расследование аварий в авиации:

Заявление для прессы руководителя Росавиации Александра Нерадько

В настоящее время комиссией авиационных властей Арабской Республики Египет осуществляется расследование обстоятельств и причин авиационного происшествия с самолетом Airbus А-321 российской авиакомпании «Когалымавиа». Это расследование осуществляется в соответствии с Приложением 13 к Чикагской конвенции о международной гражданской авиации «Расследование авиационных происшествий».

Это расследование имеет только одну цель: предотвращение авиационных происшествий по аналогичным причинам, и не ставит перед собой задачи определения вины или степени ответственности кого-либо в ходе расследования. Расследование осуществляется с участием представителей и уполномоченных представителей государств, авиакомпаний, страны-разработчика, страны- изготовителя и страны регистрации воздушного судна.

Также в расследовании обстоятельств и причин происшествия имеют право принимать участие представители тех государств, граждане которых погибли в авиационном происшествии.

Расследование причин катастрофы будет осуществляться в несколько этапов:

Это полевой этап, анализ полученных данных, анализ результатов судебно-медицинской экспертизы, результаты криминалистической экспертизы багажа и груза, анализ технического состояния воздушного судна, анализ подготовки экипажа.

1) Полевой этап

Производится осмотр места события, изучается расположение на месте авиационного происшествия всех деталей разбившегося лайнера и агрегатов, тел погибших, личных вещей, багажа и пр., обследуются, в том числе с применением беспилотной авиации и космического мониторинга, все возможные места нахождения фрагментов самолёта, тел, вещей и багажа.

2) Анализ полученных данных

Производится полная выкладка конструкции воздушного судна.

Проводится расшифровка самописцев параметра полета и речевого самописца, производится идентификация голосов членов экипажа.

Изучаются план полета воздушного судна с учетом всех имеющихся рекомендаций, этапы взаимодействия экипажа самолета и диспетчерских служб в процессе набора высоты и хода полета, воздушная обстановка по маршруту полета воздушного судна, метеообстановка, записи наземных диспетчерских магнитофонов и записи радиолокаторов.

Собираются и анализируются данные из всех возможных источников, имеющие отношение к расследованию причин крушения воздушного судна.

3) Анализ результатов судебно-медицинской экспертизы

Изучаются причины гибели пассажиров.

Определяется наличие/отсутствие признаков поражения инородными предметами.

4) Результаты криминалистической экспертизы багажа и груза.

Анализируетсяавиационная безопасность: какие организационные меры осуществлялись и осуществляются в аэропорту вылета по досмотру пассажиров, недопущению проноса запрещенных предметов на борт воздушного судна, охране воздушного судна.

Устанавливается наличие на борту самолета взрывчатых веществ, опасных для перевозки грузов.

5) Анализ технического состояния воздушного судна.

Тщательно изучается техническое состояние воздушного судна, история его эксплуатации: правильно ли осуществлялась техническая эксплуатация воздушного судна, своевременно или нет проводились виды технического обслуживания, а также изучаются вопросы, связанные с квалификацией технического персонала, привлекаемого для техобслуживания воздушного судна.

6) Анализ подготовки экипажа.

Изучается уровень подготовки экипажа разбившегося судна: где учились пилоты, где переучивались на данный тип воздушного судна, каким обладали опытом, где и в каком объеме проходили тренажерную подготовку, как работали и отдыхали перед полетом, изучаются медицинские аспекты состояния членов экипажа.

В настоящее время осуществляется первый этап расследования - это так называемый полевой этап расследования. В ходе полевого этапа расследования проводится комплекс работ, прежде всего по составлению схемы авиационного происшествия. Мы знаем, что зона разброса обломков составляет более 30 кв. км. - большая протяженность зоны разброса обломков. Поэтому все эти обломки на месте происшествия надо обнаружить, их надо идентифицировать, их надо нанести на схему авиационного происшествия. Кроме элементов конструкции на эту схему наносятся также и места нахождения вещей пассажиров, тел погибших - все то, что может потом при анализе представить картину последовательности разрушений самолета в ходе возникновения и развития катастрофической ситуации. Уже очень многое сделано, очень много обнаружено на месте авиационного происшествия. Сейчас эта информация обрабатывается, систематизируется и наносится на схему авиационного происшествия.

В ходе полевого этапа расследования на месте происшествия были обнаружены бортовые самописцы. Параметрический самописец, который записывает параметры полета, а также работу систем самолета и двигателей. Второй самописец - речевой, который записывает переговоры в кабине экипажа между членами экипажа, а также переговоры с диспетчерскими службами на земле. Речевой самописец имеет некоторые повреждения кожуха, но представляет возможность расшифровать его в ближайшее время. Самописец параметров полетов уже расшифрован и запись его предоставлена всем членам комиссии по расследованию, а также уполномоченным представителям тех государств, о которых говорилось - которые принимают участие в расследовании со своими советниками.

В последующем будет проведен анализ записи бортовых самописцев, будут сопоставлены записи с записями наземных магнитофонов, диспетчерских магнитофонов, а также средств отображения радиолокационной проводки воздушного судна.

После того, как полевой этап расследования будет завершен, предстоит осуществить выкладку элементов конструкции воздушного судна. Все элементы конструкции воздушного судна должны быть собраны и затем должна быть представлена модель из этих элементов конструкции, которая весьма информативно показывает возникновение и последовательность разрушения элементов конструкции воздушного судна. Это будет также тщательно проанализировано с участием представителей фирмы-разработчика Airbus, завода-изготовителя в Гамбурге и наших специалистов. Все эти работы будут проходит с участием специалистов Межгосударственного авиационного комитета, Росавиации, самих представителей авиакомпании «Когалымавиа».

Параллельно с этими работами будет вестись работа в специально создаваемых подкомиссиях Комиссии по расследованию или рабочих группах. Одна подкомиссия или рабочая группа будет изучать очень тщательно все, что связано с подготовкой летного экипажа к выполнению этого полета. Будет изучаться уровень образования, уровень подготовки, когда экипаж проходил обучение на данный тип воздушного судна, как проходил переподготовку, в каких учебных центрах. Будет также изучаться режим труда и отдыха экипажа перед последним полетом. Будут также изучаться медицинские и психофизиологические аспекты деятельности экипажа в этом полете и накануне. Будет также изучаться работа экипажа с диспетчерскими службами, будет изучаться метеообстановка и воздушная обстановка, которая находилась вокруг воздушного судна в данный момент времени после вылета из аэропорта Шарм-эль-Шейха.

Другая подкомиссия или рабочая группа будет изучать все технические аспекты, связанные с изготовлением воздушного судна, с ремонтами и с техническим обслуживанием воздушного судна. Будут изучаться также квалификация и подготовка технического персонала, который осуществляет техническое обслуживание самолета в авиакомпании будут изучаться технические аспекты подготовки воздушного судна перед полетом, качество заправляемого топлива и других горюче-смазочных материалов. Этим будет заниматься техническая группа.

Следующая группа будет заниматься вопросами, связанными с подготовкой и загрузкой воздушного судна. Будут проверяться аспекты, находились ли в числе багажа или ручной клади опасные грузы; будут изучаться вопросы. Связанные с аспектами авиационной безопасности, то есть каким образом организованы системы авиационной безопасности в аэропорту Шарм-эль-Шейха, есть ли изъяны, которые могли бы способствовать проносу на борт воздушного судна запрещенных предметов или веществ.

Группа судебно-криминалистическая будет изучать вопросы нахождения на элементах конструкции, в багаже, ручной клади, а также на телах погибших следов взрывчатых веществ. Будут изучаться аспекты, связанные с возможным террористическим актом на борту воздушного судна.

Специальная группа продолжит изучение записи бортовых самописцев. Работа этой группы уже началась. Таким образом, полевой этап работы уже идет и параллельно с ним идут работы по другим направлениям.

После того, как будут получены материалы анализа, Комиссия по расследованию вместе с представителями государств соберется и проанализирует обнаруженные в ходе расследования находки, связанные с организацией деятельности авиакомпании, с организацией полета, с организацией летной работы, с организацией технического обслуживания и поддержания летной годности воздушного судна, с аспектами авиационной безопасности - Комиссии предстоит провести весь комплекс авиационной деятельности. Это достаточно продолжительная во времени работа и займет несколько месяцев. Предстоит вывезти обломки воздушного судна, определиться с местом, куда они будут вывезены, и на какой базе будут формировать модель воздушного судна из разрушенных обломков и элементов самолета и двигателей.

Только после того, как все аспекты будут проанализированы, Комиссия приступит к формированию выводов и заключения о причинах авиационного происшествия. До этого момента делать какие-то умозаключения или заявления преждевременно.

Сейчас в комиссии нет никаких версий об авиационном происшествии. Есть кропотливая последовательная работа по сбору всех обстоятельств.

Все эти виды работ должны быть выполнены в полном объеме, результаты работы технической комиссии должны быть обнародованы.

До полного завершения технического расследования выдвижение каких-либо версий случившегося считаем абсолютно неправильным.

Словосочетание «черный ящик» звучит из телеэфира в двух случаях: когда идет передача «Что? Где? Когда?» и когда где-то происходит авиакатастрофа. Парадокс в том, что если в телепередаче черный ящик - это и в самом деле черный ящик, то в самолете это не ящик и он не черный.

Бортовой самописец - именно так на самом деле называется устройство - обычно делают красного или оранжевого цвета, а форму придают шарообразную или цилиндрическую. Объяснение очень простое: округлая форма лучше противостоит внешним воздействиям, неизбежным при падении самолета, а яркий цвет облегчает поиски. Разберемся, как устроен черный ящик самолета, а также как расшифровывается информация.

Что в ящике?

1. Непосредственно самописец, в общем-то, прибор нехитрый: он представляет собой массив микросхем флеш-памяти и контроллер и принципиально мало чем отличается от SSD-накопителя в вашем ноутбуке. Правда, флеш-память используется в самописцах относительно недавно, и в воздухе сейчас множество самолетов, оборудованных более старыми моделями, в которых используется магнитная запись - на ленту, как в магнитофонах, либо на проволоку, как в самых первых магнитофонах: проволока прочнее ленты, а значит, надежнее. В любом случае, чёрный ящик должен быть в наличии в любом самолёте. Будь то пассажирский или грузовой самолёт, предназначенный для авиаперевозки контейнеров, которые можно приобрести .

2. Главное же - всю эту начинку как следует защитить: полностью герметичный корпус делается из титана или высокопрочной стали, внутри находится мощный слой теплоизоляции и демпфирующих материалов.

Существует специальный стандарт FAA TSO C123b/C124b, которому соответствуют современные самописцы: данные должны оставаться сохранными при перегрузках в 3400G в течение 6,5 мс (падение с любой высоты), полный охват огнем в течение 30 минут (пожар от воспламенения топлива при столкновении самолета с землей) и нахождении на глубине 6 км в течение месяца (при падении самолета в воду в любой точке Мирового океана, кроме впадин, вероятность попасть в которые статистически мала).

3. Кстати, что касается падения в воду: самописцы оснащаются ультразвуковыми маяками, включающимися при контакте с водой. Маяк излучает сигнал на частоте 37 500 Гц, и, запеленговав этот сигнал, самописец легко найти на дне, откуда его извлекают водолазы или дистанционно управляемые роботы для подводных работ. На земле самописец найти также несложно: обнаружив обломки самолета и зная места размещения самописцев, достаточно, по сути, просто оглядеться вокруг.

4. На корпусе обязательно имеется надпись «Flight Recorder. Do not open» на английском языке. Часто имеется такая же надпись на французском; могут иметься надписи на других языках.

Где располагаются ящики?

6. В самолете располагаются, как правило, в хвостовой части фюзеляжа, которая статистически меньше и реже всего повреждается при авариях, так как удар принимает на себя обычно передняя часть. Самописцев на борту несколько - так уж заведено в авиации, что все системы резервируются: вероятность того, что ни один из них не удастся обнаружить, а на обнаруженных будут испорчены данные - минимальна.

7. При этом самописцы различаются еще и по записываемым в них данным.

Аварийные самописцы, которые и ищут после катастроф, бывают параметрическими (FDR) и речевыми (CVR).

Речевой самописец сохраняет помимо переговоров экипажей и диспетчеров также окружающие звуки (всего 4 канала, продолжительность записи - последние 2 часа), а параметрические записывают информацию с различных датчиков - начиная от координат, курса, скоростей и тангажа и заканчивая оборотами каждого из двигателей. Каждый из параметров записывается несколько раз в секунду, а при быстром изменении частота записи возрастает. Запись ведется циклично, как в автомобильных видеорегистраторах: новые данные затирают наиболее старые. При этом длительность цикла составляет 17-25 часов, то есть ее гарантированно хватит на любой полет.

Речевые и параметрические самописцы могут быть объединены в один, однако в любом случае записи имеют точную привязку ко времени. Между тем параметрические самописцы фиксируют далеко не все параметры полета (хотя сейчас их как минимум 88, а совсем недавно, до 2002 года, было только 29), а только те из них, которые могут пригодиться при расследовании катастроф. Полные же «логи» (2 000 параметров) происходящего на борту фиксируют эксплуатационные самописцы: их данные используются для анализа действий пилотов, ремонта и обслуживания самолета и т. п. - они не имеют защиты, и после катастрофы данные с них уже не получить.

Необходимость расшифровки данных с черных ящиков - это такой же миф, как то, что ящики черные.

8. Дело в том, что данные никак не шифруются, и слово «расшифровка» здесь используется в том же значении, что у журналистов расшифровка записи интервью. Журналист слушает диктофон и пишет текст, а комиссия экспертов считывает данные с носителя, обрабатывает их и записывает в удобном для анализа и восприятия виде. То есть никакого шифрования нет: данные можно прочитать в любом аэропорту, защиты данных от чужих глаз не предусмотрено. А поскольку черные ящики предназначены для анализа причин авиакатастроф с целью снижения числа катастроф в дальнейшем, то какой-то специальной защиты от модификации данных нет. В конце концов, если истинные причины катастрофы требуется замолчать или исказить по политическим или еще каким-то причинам, то всегда можно заявить о сильных повреждениях самописцев и невозможности считать все данные.

Как расшифровать черный ящик?

Правда, при повреждениях (а они не так уж редки - примерно треть всех катастроф) все равно данные можно восстановить - и фрагменты ленты склеиваются, а также обрабатываются специальным составом, и уцелевшим микросхемам подпаивают контакты, чтобы подключить их к считывателю: процесс сложный, он проходит в специальных лабораториях и может затянуться.

Почему «черный ящик»?

9. Почему бортовые самописцы называют «черными ящиками»? Версий несколько. Например, название могло пойти со времен Второй мировой войны, когда на военные самолеты начали устанавливать первые электронные модули: они действительно выглядели как ящики черного цвета. Или, например, первые самописцы еще до войны использовали для записи фотопленку, поэтому не должны были пропускать свет. Нельзя, впрочем, исключать и влияние «Что? Где? Когда?»: черным ящиком в обиходе называется прибор, принцип работы которого (что в черном ящике) не имеет значения, важен лишь получаемый результат. Самописцы на гражданские самолеты стали массово устанавливать с начала 1960-х годов.

10. Бортовым самописцам есть куда развиваться. По прогнозам, самая очевидная и ближайшая перспектива - это запись видео с разных точек обзора внутри и снаружи самолета. Некоторые эксперты заявляют, что это поможет, помимо прочих преимуществ, решить проблему перехода от стрелочных приборов в кабине пилота к дисплеям: мол, старые приборы при аварии «застывают» на последних показаниях, а дисплеи - нет. Однако не стоит забывать, что стрелочные приборы используются и сейчас в дополнение к дисплеям на случай отказа последних.

11. Также рассматриваются перспективы установки отстреливаемых плавучих самописцев: специальные датчики будут фиксировать столкновение самолета с препятствием, и самописец в этот момент будет «катапультироваться» чуть ли не с парашютом - принцип примерно такой же, как у подушек безопасности в автомобиле. Кроме того, в будущем самолеты смогут в режиме реального времени транслировать все записываемые черными ящиками данные на удаленные сервера - тогда и искать и декодировать самописцы не понадобится.

«По статистике примерно в 32% случаев происходит полная или частичная потеря информации с БУРов, — рассказывает Юрий Попов, доктор технических наук, начальник отдела исследований параметрической и звуковой информации МАК. — И тогда нам приходится задействовать методики восстановления данных.

Когда мы говорим, что информация частично утрачена, это означает, что данные есть, но с ними что-то произошло. Или лента частично размагничена и порвана, или плата с твердотельной памятью повреждена и т. п. У меня был случай на Дальнем Востоке, когда после аварии БУР разлетелся на мелкие куски, а магнитная пленка представляла собой ворох кусочков от нескольких миллиметров до 10 см длиной. Пришлось восстанавливать данные, как пазл, по отдельным фрагментам. Для таких случаев мы используем метод порошковых фигур или метод магнитооптической визуализации. В первом случае на пленку наносят каплю коллоидной суспензии ферромагнитного порошка (Fe3O4). Там, где есть ‘единицы" и ‘нули", возникают импульсы, и под их действием порошок проседает. Так получается графический образ магнитной записи, опираясь на который можно восстановить данные. При втором методе мы накладываем специальное стекло на пленку, и в поляризованном свете возникает картинка записи. Но все это возможно, если у пленки сохранилась хотя бы остаточная намагниченность.

Современный БУР на флэш-памяти На фото — «черный ящик» типичной современной компоновки. Особо стоит обратить внимание на установленный горизонтально белый цилиндр. Это подводный акустический маяк. При попадании БУРа под воду маяк активизируется и начинает ежесекундно выдавать ультразвуковой импульс частотой 37,5 кГц.

Одно из происшествий, которые я расследовал, касалось катастрофы МиГ-31 на Сахалине. Самолет упал в море, где пролежал 22 дня, затем его вытащили. Вода, как известно, несжимаема, и падение на нее со скоростью в сотни км/ч приводит к сильному разрушению самолета. От столкновения с обломками БУР разгерметизировался и затонул. Если вода попала внутрь, то регистратор необходимо доставить в лабораторию в емкости с той самой водой, в которой он лежал, что и было сделано. Пленку достали, отмыли, информацию с нее считали, но уже на следующий день лента покрылась точками ржавчины — кислород воздуха вместе с морской солью начали свое черное дело.

До сих пор нам не приходилось работать с сильно поврежденными твердотельными накопителями. Обычно, если БУР разрушен, а кристалл памяти целый, но оборваны какие-то контакты, они подпаиваются, затем чип вставляется в переходник-адаптер, и дальше все считывается обычным порядком. Однако я знаю, что разрабатываются технологии восстановления данных с чипов флэш-памяти, пострадавших от пожара или сильно разрушенных».

При выяснении причин авиапроисшествия данные БУРов изучают технические эксперты, пилоты, штурманы, диспетчеры. Каждый из них может внести в расследование что-то свое.

Последнее кино

Технический прогресс сделал «черные ящики» более компактными, легкими и надежными устройствами, но достигнут ли предел совершенства? Чего еще не хватает нынешним БУРам, чтобы максимально облегчить и упростить расследование авиационных происшествий? Один ответ напрашивается сам собой — видео! «Регистраторы, записывающие видео, уже появились, — говорит Юрий Попов. — Необходимость в них связана прежде всего с тем, что в сравнительно недавнюю эпоху мы перешли от стрелочных приборов к отображению информации на ЖК-дисплеях. При аварии, то есть при столкновении самолета с препятствием, стрелки оставляли на шкале отпечаток, и мы могли точно знать, что показывал прибор в последнее мгновение перед гибелью самолета. Понятно, что изображение на ЖК-дисплее таких следов не оставляет. Поэтому появилось предложение снимать приборные доски на видео, осуществляя двойной контроль: непосредственная запись параметров полета плюс их отражение на приборах. Конечно, сниматься будет и происходящее в кабине. И хоть иные пилоты усмотрят в этом вторжение в их личное пространство, их возражения вряд ли будут приняты. Когда речь идет о судьбе сотен пассажиров, любые дополнительные меры контроля окажутся полезными».

Достать БУРы со дна моря — задача сложная и не всегда посильная даже для такой техники, как этот подводный робот. С другой стороны, сохранность «черного ящика» непосредственно безопасность полета не повышает — в случае катастрофы его данные станут лишь горьким уроком на будущее. А поскольку утрата БУРа все же большая редкость, то городить дорогостоящий огород с отстреливаемыми «черными ящиками» не стали, хотя разговоры на эту тему время от времени возникают вновь. Еще одна идея, интерес к которой пробудился на волне катастрофы в Атлантике, заключается в том, чтобы все данные, обычно записываемые регистратором, передавать в реальном времени по спутниковому радиоканалу на землю. Специалисты, впрочем, оценивают эту идею довольно скептически, опять же в силу потенциально высокой цены.

За последние полвека известно с десяток случаев, когда после катастрофы самолета «черные ящики» обнаружить не удавалось. Почти все эти случаи связаны с падением самолета в море в районе больших глубин. Одна из таких трагедий произошла чуть больше года назад, когда французский лайнер, следовавший рейсом из Рио-де-Жанейро в Париж, рухнул в Атлантику. Тогда в интернете и в прессе не раз обсуждался вопрос о том, нельзя ли делать бортовые регистраторы плавучими. Правильный ответ таков: можно, и давно делают. Например, еще в советское время в нашей стране выпускались плавучие БУРы для палубной авиации. Практически после всех аварий удавалось обнаружить самописцы на поверхности воды и считать с них информацию. Десятки лет подобные устройства выпускают и применяют (также в военной сфере) на Западе, например, свой DFIRS (развертываемый аварийный регистрационный комплекс) производит американская фирма DRS Technologies. Так почему же подобные приборы не ставятся на гражданские лайнеры? Разгадка, похоже, кроется в сфере экономики. Дело в том, что БУР непросто сделать плавучим — ведь в случае катастрофы он с большой долей вероятности уйдет на дно, увлекаемый обломками лайнера. Значит, в самый момент столкновения с водой регистратор нужно отстрелить и выбросить за пределы места аварии, примерно как это происходит с пилотской катапультой. При срабатывании датчика, фиксирующего удар о препятствие, регистратор выпускает аэродинамические плоскости, что позволяет ему пролететь расстояние, на котором его уже не достанет взрыв, и достаточно мягко спланировать на воду (или на землю). Нетрудно понять, что принятие «на вооружение» гражданской авиацией такой сложной системы приведет к значительным дополнительным затратам.

Расшифровка осциллограмм — это тщательное изучение отсканированной вагоном кинопленки. В статье рассмотрим что такое и для чего нужна расшифровка осциллограмм.

заключается в визуальном просмотре записей, отыскании на них сигналов, которые могут быть сигналами от рельсовых повреждений, в установлении характера этих повреждений по некоторым характерным признакам форм сигналов и определении путевых координат выявленных дефектов. По результатам расшифровки составляется ведомость, по которой линейные работники производят смену выявленных остродефектных рельсов, либо производят натурный осмотр и вторичный контроль тех рельсов, степень дефектности которых невозможно было определить при расшифровке осциллограмм.

Расшифровка осциллограмм - одна из наиболее ответственных операций в общей технологии контроля рельсов вагонами-дефектоско­пами. Она требует от оператора большой сосредоточенности, внимания, навыков по отысканию сигналов, особенно в зоне рельсовых стыков и на сильно поврежденных рельсах, постоянного изучения форм сигналов и тех повреждений рельсов, которыми вызваны эти сигналы.

Поэтому, как правило, расшифровка осциллограмм должна производиться двумя операторами одновременно, которые взаимно дополняют и контролируют друг друга.

Практикой выработаны следующие основные правила расшифровки осциллограмм. Кинопленка всегда должна рассматриваться со стороны эмульсии в направлении счета километров. Особенно внимательно должна просматриваться зона рельсовых стыков, в которой чаще всего возникают дефекты 21, сигналы от которых нередко почти сливаются с сигналами от начала и конца стыковых накладок.

При заполнении ведомости выявленных дефектных рельсов указывается номер пути, километра, звена и нити пути, а также точные координаты дефекта в пределах звена по сигналам от прокладок. Счет звеньев производится, как правило, по той нити пути, на которой обнаружен дефект.

За первое звено принимается то, на котором имеется сигнал от «упорки» (подкладки, пришитой к шпале и упирающейся одним концом в шейку рельса). Во избежание могущих быть ошибок при счете звеньев на пути в ведомости указываются дополнительные ориентиры: переезды, укороченные звенья, мосты и т. д.

Форма импульсных сигналов, возникающих в искателях, определя­ется характером изменения магнитного поля (потока) над рельсом.

Подкладки вызывают местное довольно плавное уменьшение магнитного поля на сравнительно большой протяженности по длине рельса Поэтому сигналы от них представляют собой знакопеременные, почти симметричные импульсы с относительно большой длительностью и малой амплитудой.

При рассмотрении кинопленки по направлению движения эти импульсы начинаются отрицательной (направленной вниз) амплитудой, заканчиваются положительной (направленной вверх). Сигналы чередуются с определенной последовательностью, так что осциллограммы представляют собой непрерывную волнистую линию. Переход импульсов через нулевую линию соответствует середине подкладок (шпал).

Начало и конец стыковых накладок дают практически одно полярные отрицательный и положительный импульсы соответственно со значительно большей, чем от подкладок, амплитудой и меньшей длитель­ностью.

Стыковой зазор дает кратковременный знакопеременный сигнал начинающийся с положительной полуволны амплитуда сигналов от стыков в несколько десятков раз больше, чем от подкладок (рис. 1).

Рис. 1. Магнитный поток в рельсе и напряжение в искательной катушке

На фоне сигналов от подкладок возникают сигналы от различного рода повреждений и дефектов головки рельсов. Характерным для этих сигналов является сравнительно небольшая их длительность (в 10-15 раз меньше, чем длительность сигналов от подкладок). Ам­плитуда этих сигналов зависит от степени развития дефекта.

Но даже сравнительно небольшие дефекты и поверхностные повреждения ме­талла дают сигналы, сравнимые по амплитуде с сигналами подкладок. Это объясняется тем, что поля дефектов имеют в несколько раз мень­шую протяженность по длине рельса по сравнению с полями подкла­док, и, следовательно, большую производную по времени, т. е. большей величины импульсы э. д. с.

Сигналы от неопасных поверхностных повреждений характери­зуются большим разнообразием форм и практически очень трудно по форме сигнала определить характер повреждения, да это оператору и не требуется, так как рельсы с такими повреждениями в большинстве случаев не относятся к разряду дефектных.

Сигналы от дефектов рельсов характеризуются сравнительно небольшим количеством характерных импульсов э. д. с. благодаря чему их удается визуально выделять среди множества других сигналов При этом точность оценки показаний дефектоскопа во многом зависит от величины сигналов.

Сравнительно не трудно разделять сигналы от дефектов и поверхностных повреждений с относительной амплитудой 4-5 А п и более, где А п - амплитуда сигналов от подкладок. Разделять сигналы с меньшей амплитудой (1,5-3 А п) значительно сложнее вследствие того, что в ряде случаев они не отличаются по форме.

Сигналы же с относительной амплитудой менее 1,5 А п по су­ществующим правилам расшифровка осциллограмм могут вообще не приниматься во внимание по этой причине, хотя это вовсе не означает что такие малые сигналы совершенно невозможно разделить.

В ряде случаев опытным шифровальщикам удается производить оценку и малых сигналов, однако достоверность такой оценки, как правило, невысока и всегда требуется производить вторичный контроль рельсов по таким сигналам.

Поперечным контактно-усталостным трещинам в головке (дефект 21) соответствует несколько разновидностей форм сигналов, которые в известной мере отражают степень развития дефекта. Наиболее типичные сигналы от таких дефектов приведены на рис. 2.

Одной из наиболее характерных особенностей их является резко выраженная асимметрия амплитуда отрицательной части сигнала обычно в 3-4 и более раз превышает максимальную положительную амплитуду.

В большинстве случаев внутренние дефекты записываются сигналами формы а и б с относительной амплитудой до 3-4 А п. Дефекты с выходом обычно фиксируются сигналами типа в и г, относительная амплитуда которых, как правило, больше 3-4 А п.

Сильно развитые дефекты с выходом, поражающие большую часть головки, а также заходящие в шейку, записываются сигналами типа д и е. Сигналами типа е записываются также поперечные изломы рельсов. Амплитуда сигналов типа д и е обычно во много раз превышает амплитуду сигналов от подкладок.

Рис. 2. Типичные сигналы от дефектов 21.2

Второй очень важный отличительный признак формы сигналов дефектов 21 - соотношение амплитуд положительных частей сигнала; амплитуда правой части всегда больше или в крайнем случае равна амплитуде левой части.

Исключения из этого правила составляют: сигналы от сильноразвитых дефектов с выходом (сигналы д и е), от большинства дефектов при скорости движения ниже 15-20 км/ч, когда дефект «неправильно» ориентирован, т. е. трещина имеет наклон в направлении движения не сверху вниз, а наоборот.

Это может про­исходить в перекантованных рельсах и на однопутных участках пути, когда контроль осуществляется не в преимущественном направлении движения грузовых поездов.

В случае внутренних дефектов, сигналы от которых обычно сравнимы по величине с сигналами поверхностных повреждений, отмеченные отклонения в соотношении амплитуд левой и правой части сигнала создают серьезные трудности в расшифровке осциллограмм.

Дело в том, что значительное число сигналов от поверхностных повреждений отличаются от сигналов дефектов 21 только тем, что у них левая положительная амплитуда больше правой. А так как таких сигналов на кинопленке встречается очень много, то оператор обычно не обращает на них внимания, за исключением тех, амплитуда которых во много раз превосходит уровень фона.

Продольные горизонтальные расслоения головки (дефект З0Г) записываются отрицательными симметричными сигналами, амплитуда и длительность которых зависит от степени развития дефекта и длины трещины.

При большой длине трещины в средней части сигнала образуется потемнение, которое характеризует кратковременную остановку процесса изменения э. д. с. в искателе над средней частью дефекта. Образцы сигналов от дефектов З0Г приведены на рис. 3.

Рис 3. Образец записи дефекта 30Г.2 на кинопленке

Аналогичными сигналами записываются продольные вертикальные расслоения головки (дефект З0В). В случае большой протяженности трещины в средней части сигнала обычно имеется ряд небольших сигналов разнообразной формы, вызванных неровностями расслоения.

При обнаружении в процессе просмотра осциллограмм сигнала, который по внешним признакам может быть сигналом от дефекта, оператор внимательно должен рассмотреть его через лупу 5-10-кратного увеличения с тем, чтобы по совокупности описанных выше и ряду других менее характерных признаков произвести его оценку.

В случае сильноразвитого дефекта, сигнал от которого в большинстве случаев обладает всеми ярко выраженными для его однозначной оценки признаками, этого обычно бывает вполне достаточно. При слаборазвитом дефекте, сигнал от которого, как правило, невелик и не имеет еще характерных признаков формы, для окончательной оценки необходимо привлекать кинопленку предыдущих проездов поданному участку.

Если на кинопленке данного проезда сигнал имеет ряд признаков сигнала от дефекта и увеличился по сравнению с со­ответствующим сигналом на кинопленке предыдущего проезда, то он вызван дефектом, который за прошедший период времени между проездами развился и дал больший по величине сигнал.

Если же на кинопленке предыдущего проезда сигнал был такой же по величине или вырос незначительно, то следует привлечь кинопленку еще более раннего проезда и сопоставить сигналы с ней. Наилучшие результаты при этом достигаются, если кинопленка предыдущего проезда имеет 20-25-дневную давность на участках с грузонапряженностью до 60-70 млн. и 12-15-дневную давность на более грузонапряженных линиях.

Если на кинопленке предыдущего проезда не было сигнала, то рельс обычно дается для осмотра и вторичного контроля. Это связано с тем, что сигналы, очень похожие на сигналы от дефектов 21, могут возникать в искателе при попадании под него посторонних предметов.

В этом случае при предыдущем проезде сигналы на осциллограмме будут отсутствовать. Однако не исключено, что если дефект 21 развивался в рельсе очень интенсивно, а кинопленка предыдущего проезда была большой давности, то на ней сигнал также может отсутствовать. Поэтому в данной ситуации рельс необходимо тщательно осмотреть и вторично проконтролировать его съемными дефектоскопами.

Для вторичного контроля рельсов по показаниям могут быть использованы все типы съемных рельсовых дефекто­скопов. При этом дефектоскоп МРД должен быть обязательно снабжен подголовочным искателем, при помощи которого следует тщательно обследовать подозреваемое сечение головки рельса.

В случае обнаружения при расшифровке осциллограмм лопнувших рельсов или же рельсов с сильноразвитым дефектом 21 с выходом, которые создают прямую угрозу для безопасности движения поездов, работники вагона-дефектоскопа обязаны об этом немедленно поставить в известность местных работников пути для принятия мер.