ブラックボックスのしくみ

インドネシアのダイバーは、2018年10月29日にジャワ海に墜落したライオンエアジェットから、189人が搭乗したフライトデータレコーダーの1つをついに回収しました。APからの報告によると、フライトデータレコーダーは、離陸直後に2か月前のボーイング737 MAX8が墜落した原因について調査員が回答を得るのに役立つはずです。ボイスレコーダーは、飛行中にコックピットの乗組員の声、エンジン音、計装警告、その他の音声録音も提供する必要があります。

飛行機が降りるとき、通常、多くの未回答の質問があります。そのため、調査員は飛行機のフライトデータレコーダー（FDR）とコックピットボイスレコーダー（CVR）（「ブラックボックス」とも呼ばれます）に答えを求めます。米国での飛行機事故の後、国家運輸安全委員会（NTSB）の安全調査員は、すぐに航空機のブラックボックスの検索を開始します。

残念ながら、答えは必ずしも速くはありません。2009年6月1日に墜落したエールフランス447便、447便から南大西洋にブラックボックスを見つけるのに、調査員は2年近くかかりました。箱は衝撃に耐えただけでなく、13,000フィート近くの塩辛い腐食性の海水の下に沈められました。結局、データはパイロットエラーが最終的にクラッシュを引き起こした失速の一因となったことを証明しました。

これらの記録装置は、それぞれ10,000ドルから15,000ドルの費用がかかり、事故直前の出来事の詳細を明らかにします。この記事では、2種類のブラックボックス、クラッシュに耐える方法、およびそれらを取得して分析する方法について説明します。

コンテンツ

1. ブラックボックスが始まります
2. コックピットボイスレコーダー
3. フライトデータレコーダー
4. 生き残るために建てられた
5. クラッシュサバイバルメモリユニットのテスト
6. クラッシュ後
7. 情報の取得
8. ブラックボックスの未来

航空レコーダーの普及は、第二次世界大戦後の時代まで始まりませんでした。それ以来、ブラックボックスの記録媒体は、航空機の運航に関するより多くの情報を記録するために進化してきました。

古いブラックボックスは、1960年代に最初に導入された技術である磁気テープを使用していました。磁気テープは、他のテープレコーダーと同じように機能します。マイラーテープは電磁ヘッドを横切って引っ張られ、テープに少しのデータが残ります。最近、ブラックボックスは1990年代に登場したソリッドステートメモリボードを使用しています。

ソリッドステートレコーダーは、対応する磁気テープよりもはるかに信頼性が高いと考えられています。ソリッドステートはメモリチップのスタックアレイを使用するため、可動部品はありません。可動部品がないため、メンテナンスの問題が少なくなり、クラッシュ時に何かが壊れる可能性が低くなります。

CVRとFDRの両方からのデータは、クラッシュサバイバルメモリユニット（CSMU）内のスタックメモリボードに保存されます。メモリボードには、CVRの場合は2時間のオーディオデータ、FDRの場合は25時間のフライトデータを収容するのに十分なデジタルストレージスペースがあります。

飛行機には、加速度、対気速度、高度、フラップ設定、外気温、エンジン性能、キャビンの温度と圧力などのデータを収集するセンサーが装備されています。磁気テープレコーダーは約100個のパラメーターを追跡できますが、ソリッドステートレコーダーはさらに多くのパラメーターを追跡できます。

たとえば、ボーイング787では、ユニットはなんと146,000のパラメータを記録できるため、1回の飛行ごとに数テラバイトのデータが得られます。その信じられないほどの量のデータは両刃の剣です。航空機の監視には最適ですが、エンジニアや保守要員を圧倒する可能性があります。そのすべてのデータを管理するには、高度なデータ管理ソフトウェアが必要です。

システムが古いバージョンであろうと完全に最新のものであろうと、飛行機のセンサーによって収集されたすべてのデータは、航空機の前面にあるフライトデータ取得ユニット（FDAU）に送信されます。このデバイスは、コックピットの下の電子機器ベイによく見られます。フライトデータ取得ユニットは、データ記録プロセス全体の中間管理職です。センサーから情報を取得し、ブラックボックスに送信します。

両方のブラックボックスは、飛行機のエンジンから電力を引き出す2つの発電機のうちの1つから電力を供給されます。1つの発電機は28ボルトのDC電源で、もう1つの発電機は115ボルト、400ヘルツ（Hz）のAC電源です。

ほぼすべての民間航空機には、コックピットに組み込まれている、飛行乗務員の会話を聞くマイクがいくつかあります。これらのマイクは、スイッチが投げられたり、ノックやドキドキが発生したりするなど、コックピット内の周囲のノイズも追跡します。飛行機のコックピットには最大4つのマイクがあり、それぞれがコックピットボイスレコーダー（CVR）に接続されています。

マイクは音声をCVRに送信し、CVRは信号をデジタル化して保存します。コックピットには、関連するコントロールユニットと呼ばれるデバイスもあります。これは、CVRに送られるオーディオの前置増幅を提供します。4つのマイクは、パイロットのヘッドセット、副操縦士のヘッドセット、3人目の乗組員のヘッドセット（3人目の乗組員がいる場合）、およびコックピットの中央近くに配置され、音声アラートやその他の音を拾います。

ほとんどの磁気テープCVRは、最後の30分間の音を保存します。それらは、30分ごとにサイクルを完了するテープの連続ループを使用します。新しい素材が記録されると、最も古い素材が置き換えられます。ソリッドステートストレージを使用するCVRは、2時間のオーディオを録音できます。磁気テープレコーダーと同様に、ソリッドステートレコーダーも古い素材を記録します。

フライトデータレコーダー（FDR）は、飛行機のシステムからの操作データを記録するように設計されています。飛行機のさまざまな領域からFDRに配線されている飛行データ取得ユニットに配線されたセンサーがあります。したがって、パイロットがスイッチを切り替えたり、ノブをいじったりするたびに、FDRは各アクションを記録します。

米国では、連邦航空局（FAA）は、民間航空会社が航空機のサイズに応じて、最低11から29のパラメーターを記録することを要求しています。磁気テープレコーダーは、最大100個のパラメーターを記録できる可能性があります。ソリッドステートFDRは、数百または数千以上を記録できます。

1997年7月17日、FAAは、2002年8月19日以降に製造された航空機に少なくとも88個のパラメーターを記録することを要求する連邦規則集を発行しました。ほとんどのFDRによって記録されたパラメーターのいくつかを次に示します。

ソリッドステートレコーダは、データフローを高速化できるため、磁気テープよりも多くのパラメータを追跡できます。ソリッドステートFDRは、最大25時間の飛行データを保存できます。FDRによって記録された追加の各パラメーターは、事故の原因について調査員にもう1つの手がかりを与えます。

飛行機の墜落事故は暴力的な事件です。このような事故の多くで生き残るのは、フライトデータレコーダーとコックピットボイスレコーダーのクラッシュサバイバルメモリユニット（CSMU）だけです。通常、レコーダーの残りのシャーシと内部コンポーネントは壊れています。CSMUは、レコーダーの平らな部分にボルトで固定される大きなシリンダーです。このデバイスは、極端な熱、不快なクラッシュ、および大量の圧力に耐えるように設計されています。古い磁気テープレコーダーでは、CSMUは長方形の箱の中にあります。

ソリッドステートブラックボックス内のCSMUは、3層の材料を使用して、デジタル化されたデータを格納するメモリボードのスタックを絶縁および保護します。

これは、メモリボードにバリアを提供する材料を詳しく見ていきます。最も内側のバリアから始めて、外側に向かって進みます。

これらの硬化したハウジングは非常に重要です。適切な保護がないと、すべてのフライトデータが破壊されてしまいます。そのため、データの安全性を確保するために、エンジニアは製品が極端な悪用に耐えられるかどうかを確認するために、憤慨してブラックボックスを攻撃します。

ブラックボックスの品質と存続可能性を保証するために、メーカーはCSMUを徹底的にテストします。クラッシュを乗り切る必要があるのはCSMUだけであることを忘れないでください。事故調査員がそれを持っていれば、必要な情報を取得できます。ユニットをテストするために、エンジニアはサンプルデータをCSMU内のメモリボードにロードします。このパターンは読み出し時に確認され、衝突の衝撃、火災、または圧力によってデータが損傷していないかどうかが判断されます。

クラッシュサバイバルシーケンスを構成するいくつかのテストがあります。

火災試験中に、メモリボードを回路基板に接続しているメモリインターフェイスケーブルが焼損しました。ユニットが冷えた後、研究者はそれを分解し、メモリモジュールを引き出します。彼らはメモリボードを再スタックし、新しいメモリインターフェイスケーブルを取り付け、ユニットを読み出しシステムに接続して、プリロードされたすべてのデータが考慮されていることを確認します。

ブラックボックスは通常、航空機メーカーに直接販売され、設置されます。両方のブラックボックスは飛行機の尾部に取り付けられています—航空機の後ろに置くと、生存の可能性が高まります。レコーダの正確な位置は、個々の飛行機によって異なります。場合によっては、ギャレーの天井、後部貨物倉、または航空機の後部を覆うテールコーンに配置されます。

「ブラックボックス」と呼ばれていますが、実際には航空レコーダーは明るいオレンジ色に塗られています。この独特の色は、レコーダーの外装に取り付けられた反射テープのストリップとともに、事故後に調査員がブラックボックスを見つけるのに役立ちます。これらは、飛行機が水に着陸するときに特に役立ちます。ブラックボックスという用語の由来は2つ考えられます。初期のレコーダーが黒く塗られていたためだと考える人もいれば、事故後の火災で発生する焦げを指すと考える人もいます。

ペイントと反射テープに加えて、ブラックボックスには水中ロケータービーコン（ULB）が装備されています。ブラックボックスの写真を見ると、ほとんどの場合、デバイスの一方の端に取り付けられた小さな円筒形のオブジェクトが表示されます。キャリングハンドルを兼ねていますが、このシリンダーは実際にはビーコンです。

飛行機が水に墜落した場合、ビーコンは、人間の耳には聞こえないが、ソナーや音響位置特定装置によって容易に検出できる超音波パルスを送信します。ビーコンの側面には、ブルズアイのように見える水没センサーがあります。水がこのセンサーに触れると、ビーコンがアクティブになります。

ビーコンは37.5キロヘルツ（kHz）でパルスを送信し、14,000フィート（4,267メートル）の深さの音を送信できます。ビーコンがpingを開始すると、30日間1秒に1回pingを実行します。このビーコンは、6年の貯蔵寿命を持つバッテリーで駆動されます。まれに、衝突の影響が大きいときにビーコンがスナップオフすることがあります。

米国では、調査員がブラックボックスを見つけると、国家運輸安全委員会（NTSB）のコンピューターラボに輸送されます。記録媒体へのさらなる損傷を避けるために、これらのデバイスの輸送には特別な注意が払われています。水事故の場合、レコーダーは乾燥しないようにクーラーボックスに配置されます。

ブラックボックスを見つけた後、調査員はレコーダーをラボに持ち込み、そこでレコーダーからデータをダウンロードして、事故のイベントを再現しようとします。このプロセスは、完了するまでに数週間から数か月かかる場合があります。米国では、ブラックボックスメーカーが国家運輸安全委員会に、レコーダーの保存データの完全な分析を行うために必要な読み出しシステムとソフトウェアを提供しています。

FDRが損傷していない場合、調査員はFDRを読み出しシステムに接続することにより、レコーダーで再生することができます。ソリッドステートレコーダーを使用すると、調査員はUSBまたはイーサネットポートを介して保存されたデータを数分で抽出できます。残骸から回収されたレコーダーは、へこんだり焼けたりすることがよくあります。このような場合、メモリボードが取り外され、クリーンアップされ、新しいメモリインターフェイスケーブルが取り付けられます。次に、メモリボードを動作中のレコーダに接続します。このレコーダーには、データを上書きすることなくデータの取得を容易にする特別なソフトウェアがあります。

専門家のチームは通常、CVRに保存されている録音を解釈するために連れてこられます。このグループには通常、航空会社および航空機メーカー、NTSB輸送安全スペシャリスト、およびNTSB航空安全調査員の代表者が含まれます。このグループには、FBIの言語スペシャリスト、および必要に応じて通訳者も含まれる場合があります。このボードは、CVRによって記録された30分の単語と音を解釈しようとします。これは骨の折れるプロセスであり、完了するまでに数週間かかる場合があります。

FDRとCVRはどちらも、航空機の調査に非常に役立つツールです。これらはしばしば飛行機事故の唯一の生存者であり、それ自体、他の方法では得ることが不可能な原因への重要な手がかりを提供します。以下のような技術の進化、ブラックボックスは事故調査に多大な役割を果たしていきます。

ブラックボックステクノロジーの展望には、あらゆる種類の潜在的な改善があります。最も明らかに、現在のシステムはコックピットの活動のビデオを記録していません。何年もの間、国家運輸安全委員会はビデオ機能をブラックボックスシステムに実装しようと無駄に試みてきましたが、多くのパイロットは、そのようなシステムはプライバシーを侵害しており、現在のデータキャプチャは事故調査官にとって十分であると言って、ビデオの許可を断固として拒否しています。

NTSBは、飛行機墜落事故を調査する際に情報が多すぎるということはないと主張し続けています。現在、ビデオ録画はまだ保留中です。

しかし、テクノロジーは準備が整っているだけではありません。たとえば、エアバスはすべてのヘリコプターにVision1000システムを設置しています。 Vision 1000カメラはパイロットの頭の後ろに取り付けられ、パイロットの行動とコックピットエリアのビデオ、およびフロントガラスの向こう側のビューを毎秒4フレームで記録します。重さは約0.5ポンドで、起動には電源とGPS接続のみが必要です。

現状からの抵抗を見つけた改善点はビデオだけではありません。 2002年以降、一部の議員は、航空および飛行強化法の保存を要求しました。これには、1つではなく、2つのフライトレコーダーが必要です。これには、インシデント中に飛行機から自動的に飛び出すものも含まれます。このような自己排出型レコーダーは、見つけやすく、壊滅的な損傷を受ける可能性が低くなります。しかし、これまでのところ、法律は議会を通過していません。

ブラックボックスは飛行機だけのものではありません。それらは現在、多くのタイプの車両に統合されています。あなたはそれについて知らないけれども、あなたはあなたの車の中にそれを持っているかもしれません。新車の約90％には、飛行機のブラックボックスと同じ種類のデータを追跡するイベントデータレコーダー（EDR）が搭載されています。 EDRは、表面上は車の安全システムを維持および監視するように設計されていますが、事故調査員はEDRデータを使用して、残骸をよりよく理解し、場合によっては事故後に責任を負わせることができます。

飛行機に取り付けられたブラックボックスに関しては、それらが道端に行く可能性は十分にあります。飛行機は、ボックスに記録する代わりに、すぐにすべての重要なデータを地上のステーションに直接ストリーミングする可能性があります。これらのシステムはすでに存在しています。たとえば、AeroMechanical ServicesのFlyhtStream空対地システムは、衛星を介してホームベースにフライトデータを送信します。

このようなシステムは、クラッシュで破壊された可能性のあるボックスの必死の検索を排除し、信頼性も向上します。しかし、今のところ、何千もの飛行機が空を飛んで世界中の何百万もの人々を飛ばしているので、ブラックボックスはまだ毎日非常に必要です。

著者のメモ：ブラックボックスのしくみ

運命のジェット機で空をズームすることについて、繰り返し悪夢があります。毎回、飛行機は離陸時に滑走路を離れ、空に向かってまっすぐに激しく加速します。私は夢の終わりに到達することはありません。おそらくそれは良いことです。幸いなことに、航空機の故障は非常にまれです。統計的に言えば、あなたの車ははるかに危険です。しかし、飛行機が空から落ちたとき、なぜ無実の人々がこんなにひどい方法で死んだのか疑問に思って、エンジニアや家族が苦しんでいる理由がわかれば安心です。ブラックボックスが必要な事故現場に私が参加しないことを願っています。もちろん、それが私の夢の中にない限り。

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