Từ thời anh em nhà Wright, hai nhà tiên phong trong ngà nh chế tạo máy bay đầu thế kỷ 20, họ đã biết sử dụng một thiết bị để ghi lại vòng quay của cánh quạt. Nhưng phải đến thời kử³ sau Thế chiến II, việc sử dụng các thiết bị ghi âm và dữ liệu chuyến bay mới được dùng phổ biến và chúng thường được gọi một cách thông dụng là hộp đen (black box).
Từ những năm 1960, công nghệ băng từ (magnetic tape) được ứng dụng chế tạo hộp đen máy bay và đến nay vẫn còn sử dụng. Tuy nhiên các máy bay hiện đại đang chuyển sang công nghệ thể rắn (solid-state) xuất hiện từ những năm 1990 có độ bửn và hiệu quả vượt trội. Ngà y nay các nhà sản xuất hộp đen cũng đã chấm dứt sử dụng băng từ. Theo nhà sản xuất hộp đen Honeywell, tiết bị lưu trữ dùng công nghệ thể rắn đáng tin cậy hơn nhiửu so với băng từ.
Trên mối chiếc máy bay đửu có hai thiết bị cùng được họi là hộp đen gồm Máy ghi âm buồng lái (CVR) và Máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR). Thực chất chúng được sơn mà u da cam nhằm dễ nhận thấy nhất. Cả hai đửu hoạt động từ nguồn điện lấy từ máy phát sản sinh điện từ động cơ máy bay.
Những cánh tay robot của thiết bị tìm kiếm điửu khiển từ xa đang giữ chiếc hộp đen
CVR của chiếc McDonnell Doughlas Md-83 thuộc hãng Alaska Airlines đâm xuống
Thái Bình Dương ngà y 31/1/2000, là m 88 người chết. Ảnh: Electronics
Máy ghi âm buồng lái (CVR)
Tất cả các máy bay thương mại ngà y nay đửu có các microphone gắn trong buồng lái, nhằm lưu lại mọi liên lạc và trao đổi của phi hà nh đoà n. Các microphone nà y cũng được thiết kế để bắt được mọi tiếng động khác trong buồng lái như tiếng bật công tắc, gõ cửa... Thông thường mỗi buồng lái máy bay có 4 microphones được gắn trong tai nghe của cơ trưởng, tai nghe của phi công phụ lái, tai nghe của thà nh viên thứ ba phi hà nh đoà n và gắn tại trung tâm buồng lái, nơi có thể ghi lại các tín hiệu báo động và những âm thanh khác.
Mỗi chiếc microphone nà y nối trực tiếp tới hộp đen CVR. Mọi âm thà nh trong buồng lái đửu được các microphone nà y thu lại và chuyển tới CVR, nơi tiến hà nh mã hóa và lưu trữ. Hầu hết các CVR sử dụng công nghệ băng từ có thể ghi lại 30 phút âm thanh, khi nà o hết lại ghi lại từ đầu. Do đó chúng luôn ghi lại 30 phút trao đổi cuối cùng trong buồng lái trước khi tai nạn xảy ra. Trong khi đó, hộp đen CVR sử dụng công nghệ thể rắn có thể ghi được tới 2 tiếng âm thanh.
Máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR)
Chiếc hộp đen thứ hai trên máy bay nà y được thiết kế để ghi lại nhiửu dữ liệu hoạt động từ các hệ thống vận hà nh trên máy bay. Có các cảm biến điện tử được nối từ nhiửu vị trí trên máy bay tới thiết bị thu nhận dữ liệu chuyển bay. Từ đây dữ liệu tiếp tục được chuyển vử hộp đen FDR lưu trữ. Bất cứ công tắc nà o trên máy bay được bật hoặc tắt cũng đửu được FDR ghi lại.
Tại Mử¹, Cơ quan quản lý hà nh không liên bang (FAA) của nước nà y quy định máy bay thương mại phải ghi lại tối thiểu 11 tới 29 thông số của chuyến bay tùy quy mô chở khách của máy bay. Các hộp đen FDR dùng công nghệ băng từ có thể ghi tối đa 100 thông số, trong khi FDR dùng công nghệ thể rắn có thể ghi lại hơn 700 thông số. Công nghệ thể rắn có thể lưu nhiửu thông số hơn vì chúng cho phép dữ liệu được truyửn nhanh hơn. FDR thể rắn có thể lưu tới 25 tiếng dữ liệu chuyến bay và mỗi thông số đửu cho phép các nhà điửu tra có thêm đầu mối để xác định nguyên nhân tai nạn.
Không quân Brazil tìm thấy hộp đen còn khá nguyên vẹn của chiếc Boeing 737 đâm xuống
rừng Amazon ngà y 29/9/2006, là m chết toà n bộ 154 người trên khoang. Ảnh: Wikipedia.
Từ năm 1997, Cơ quản quản lý hà ng không liên bang Mử¹ quy định hộp đen FDR của các máy bay sản xuất sau ngà y 19/8/2002 phải ghi được tối thiểu 88 thông số. Những thông số chính của chuyến bay mà hầu hết các FDR đửu phải ghi lại gồm thời gian bay, áp suất, tốc độ bay, gia tốc thẳng đứng, ví trí các bộ phận cánh và lưu lượng của nhiên liệu.
Thiết kế siêu bửn
Trong rất nhiửu vụ tai nạn máy bay, thiết bị duy nhất còn hoạt động được chính là phần lõi của hai hộp đen được thiết kế có thể chống va đập cực mạnh (CSMU). CSMU có hình trụ được đặt bên trong các hộp đen. Đây là phần còn nguyên vẹn cho dù những bộ phận khác của hộp đen bị hư hại trong tai nạn vì được thiết kế để chịu được nhiệt độ cực lớn và va đập có lực ép hà ng tấn. Trong những hộp đen đời cũ dùng công nghệ băng từ, phần lõi CSMU thường được đặt trong chiếc hộp hình chữ nhật.
Để đảm bảo độ bửn hộp đen, nhà sản xuất phải tiến hà nh thử nghiệm đặc biệt tỉ mỉ đối với bộ phận lõi CSMU. Nếu các nhà điửu tra có thứ nà y trong tay họ sẽ lấy lại được các thông tin họ cần. Những thử nghiệm của nhà sản xuất đối với phần lõi hộp đen thường là thử va đập cực mạnh giống một vụ tai nạn thực sự, thử lửa, thử ngập sâu dưới đáy biển có độ muối cao hay ngâm trong chất lửng có nhiửu hóa chất. Thông thường hộp đen có thể chịu được nhiệt độ cao tới 1.100 độ C trong 30 phút liên tục và ngâm dưới độ sâu lên tới 6.100 mét trong 30 ngà y.
Nhà sản xuất hộp đen thường bán trực tiếp sản phẩm của họ cho các nhà chế tạo máy bay để tiến hà nh lắp đặt trên phi cơ. Cả hai chiếc hộp đen đửu được đặt ở phần đuôi của máy bay, nhằm gia tăng khả năng sống sót cho chúng trong mỗi vụ tai nạn. Theo các chuyên gia, phần đuôi của máy bay thường là vị trí cuối cùng chịu lực tác động khi tai nạn xảy ra nên là phần có độ an toà n cao nhất.
Tìm hộp đen sau tai nạn
Dù được gọi là hộp đen, trên thực tế chúng được sơn mà u da cam sáng nhằm dễ nhận thấy nhất. Ngoà i ra chúng còn được gắn thiết bị đèn hiệu báo vị trí dưới nước (ULB). Khi máy bay đâm xuống biển hay sông hồ, thiết bị báo tín hiệu nà y sẽ gửi đi sóng siêu âm mà tai người không thể nghe được, nhưng hệ thống định vị vật dưới nước bằng âm hoặc siêu âm sẽ dễ dà ng phát hiện ra chúng.
Có một cảm biến ngập nước gắn và o thiết bị báo tín hiệu nà y trông giống như mắt con bò đực. Khi nà o nước chạm tới cảm biến nà y, nó lập tức kích hoạt cho thiết bị báo tín hiệu hoạt động. Mỗi thiết bị báo tín hiệu có khả năng phát các sóng siêu âm mỗi giây một lần và liên tục trong 30 ngà y. Đây chính là khoảng thời gian để các đội tìm kiếm hộp đen phải tận dụng nhằm xác định ra chúng, trước khi chúng trở nên vô dụng. Đó là lý do tại sao đội tìm kiếm hộp đen chiếc Airbus A330 của Air France đâm xuống Đại Tây Dương đêm 31/5 đang phải chạy đua với thời gian.
Tại Mử¹, khi các nhà điửu tra tìm thấy hộp đen họ sẽ chuyển chúng tới phòng thí nghiệm của Cơ quan an toà n vận tải quốc gia (NTSB). Các chuyên gia tại đây sẽ có các biện pháp và thiết bị nhằm đảm bảo hai hộp đen không bị hư hại thêm. Nếu máy bay đâm xuống biển và hộp đen bị ngâm trong nước, chúng sẽ được đặt trong các máy là m lạnh để giữ nguyên trạng thái ẩm, tránh việc hộp đen bị khô ảnh hưởng đến số liệu bên trong.
Thiết kế một chiếc hộp đen dùng công nghệ thể rắn. Ảnh: Electronics.
Sau đó các chuyên gia sẽ tiến hà nh download các dữ liệu từ hai hộp đen để tái tạo các tình huống và điửu kiện trên máy bay khi tai nạn xảy ra. Quá trình nà y thường kéo dà i trong và i tuần hoặc và i tháng mới có thể hoà n tất. Cũng có thể chỉ mất và i phút đã có thể đọc được số liệu cần thiết nếu tình trạng hộp đen còn tốt, đặc biệt là loại sử dụng công nghệ thể rắn. Các nhà sản xuất hộp đen thường cung cấp cho nhà điửu tra hệ thống đọc hộp đen và các phần mửm cần thiết để phân tích số liệu lấy từ chúng.
Cả hai hộp đen ghi âm buồng lái và số liệu chuyến bay đửu là những vật vô giá đối với các cuộc điửu tra nguyên nhân tai nạn máy bay. Đây thường là những thứ duy nhất còn sống sót trong mỗi thảm kịch và cung cấp đầu mối quan trọng cho các nhà điửu tra. Với sự phát triển của công nghệ, hộp đen sẽ tiếp tục đóng vai trò then chốt trong các điửu tra tai nạn hà ng không trong tương lai.
Ngà y nay, hộp đen không chỉ được sử dụng trong các máy bay mà còn được gắn trên những đoà n tà u và xe hơi. Nhà sản xuất xe hơi khổng lồ của Mử¹ mới đệ đơn xin phá sản GM từng ứng dụng công nghệ hộp đen trong các sản phẩm của mình như Corvette từ một thập qua, nhằm hỗ trợ cảnh sát điửu tra khi tai nạn xảy ra.
