در اول ژوئن سال 2009، پرواز شماره 447 ایرفرانس با هواپیمای ایرباس A330 ـ200 در اقیانوس اطلس سقوط کرد و تمامی 216 مسافر و 12 خدمه آن کشته شدند. هیچ‌کس نمی‌داند چرا این هواپیما از آسمان سقوط کرد، چون که تاکنون کسی موفق به یافتن جعبه سیاه آن نشده است.
هواپیمای مزبور در چنان عمقی از آبهای آزاد فرو رفت که سیگنال‌های رادیویی ردیاب صوتی جعبه سیاه آن شنیده نشد و تا زمانی که نیروی دریایی فرانسه مبادرت به اعزام یک زیردریایی به منطقه حادثه نمود، از قرار معلوم باتری‌های فرستنده جعبه سیاه آن دیگر از کار افتاده بودند. از این رو میدان کاری تحلیلگران سوانح هوایی به بررسی اطلاعاتی محدود می‌شد که این هواپیمای مسافربری پیش از رفتن به وضعیت خاموشی انتقال داده بود؛ اطلاعاتی که برای مشخص ساختن آنچه اتفاق افتاده بود یا نحوه پیشگیری از روی دادن آن در هواپیماهای مسافربری دیگر خیلی محدود و پراکنده به حساب می‌آیند.

مدال افتخاری برای مهندسی ایمنی
نیم قرنی می‌شود که همه هواپیماهای مسافربری تجاری در دنیا با یکی از این جعبه‌های مقاوم، مستحکم و ضد آب مجهز شده‌اند که در خود یک ثبت‌کننده داده‌های پرواز و یک ضبط صوت کابین خلبان را جای داده است. این جعبه‌های استراق سمع در مورد صدها سانحه سقوط هوایی توانسته‌اند جزئیات بسیار ناراحت کننده‌ای از مرگ هواپیما را برای بازرسان تحقیقاتی بازگو کنند.
مواردی همچون آخرین کلمات خلبان عصبی و مستاصل شده، مبارزه و تقلای لحظه به لحظه خلبان برای حفظ هواپیما در هوا و قرائت صفحات مدرج و حسگرهایی که پارامترهای کلیدی همچون سرعت هوایی، ارتفاع و وضعیت موتورهای هواپیما و سطوح کنترل پرواز را آشکار می‌کنند. اطلاعاتی از این دست تحلیلگران را قادر به استنباط علل اکثر تصادم‌ها و همچنین چاره اندیشی و یافتن تدابیر پیشگیرانه‌ای می‌سازد که به نجات هزاران زندگی می‌انجامد.
به‌رغم همه این محاسن، هر چند وقت یک بار جعبه سیاهی تخریب می‌شود، به کلی شانس بازیابی و استخراج اطلاعاتش از بین می‌رود یا این که اصلا مثل مورد پرواز 447 ایرفرانس شانسی برای ردیابی و کشف آن وجود ندارد. به دنبال فقدان جعبه سیاه و داده‌های با ارزشش، دیگر هیچ منبعی برای کارشناسان باقی نمی‌ماند تا بفهمند آیا آخرین مشکل گزارش شده علت سقوط بوده، یا نتیجه مشکل حادتر دیگر یا اصلا فقط ناشی از عملکرد سامانه حسگری داخل هواپیما بوده است. و از طرفی چون نمی‌توانیم با دقت به علت سانحه هوایی اشاره کنیم، در مسیر پیشگیری از خرابی‌ها و عیوب مشابه در آینده نیز نمی‌توانیم راهی از پیش ببریم. می‌گویند جعبه سیاه ممکن است بزرگترین اختراع واحد در تاریخچه مهندسی ایمنی باشد. به‌رغم این یکه تازی، فناوری از حرکت خود بازنمانده و ما می‌توانیم ـ باید ـ درخصوص ارتقا و بهبود آن تلاش کنیم. البته به جای ذخیره کردن داده‌ها در جعبه‌ای سوار بر هواپیما که ممکن است در صورت سقوط هواپیما به درون آب غیر قابل بازیابی و استخراج باشد، کار خیلی بهتر اتخاذ رویکردی برای انتقال پیوسته و آنی داده‌ها به پایگاهی با محوریت زمینی باشد که خروجی حسگرها و ادوات الکترونیک هواپیما را ثبت و ضبط کند. چرا که در صورت بروز رفتاری غیرعادی، چنین سامانه‌ای می‌تواند حتی به‌طور خودکار درخواست اطلاعات اضافی کند. چنین سامانه‌ای همچنین می‌تواند داده‌های حاصل از هواپیماهای زیادی را در طی پروازهای زیاد و سالیان متمادی حفظ و نگهداری کرده و این اطلاعات را با الگوریتم‌های پیچیده برای شناسایی علائم و نشانه‌های مشکلات تکرار شونده استخراج کند.
مدل جایگزینی که با پیشرفت فناوری‌های برتر انتظار می‌رود جای جعبه سیاه را بگیرد، جعبه‌ای شیشه‌ای است؛ نه این که جنسش شیشه‌ای باشد بلکه این عنوان را به‌واسطه شفافیت عملکرد و حضور کارآمدش گرفته که همانند ابری همه جا را پوشش می‌دهد؛ البته نه ابرهای پنبه‌ای آسمان، بلکه فراتر از آن و در قالب شبکه‌ای از سرورها و مراکز داده که هر روز بیشتر از قبل دنیا را پوشش می‌دهند. این سامانه قابلیت‌هایی از جمله”همیشه و همه جا حاضر بودن»، “آسیب‌ناپذیری»، “ذخیره نامحدود» و”توان بی مانند جستجوگری» را یکجا عرضه می‌کند. آنچه که به عنوان جایگزین برتر جعبه سیاه پیشنهاد داده شده، یعنی جعبه شیشه‌ای بی‌سیمی که همزمان مخابره و پردازش می‌کند در اصل یک سامانه پایشگر کنترل از راه دور است که ارتباط با سامانه‌های حاضر در مدار اصلی را تامین کرده و به احتمال زیاد مشخص خواهد کرد که کمک خلبان دچار خطا شده است یا خیر.

تاریخچه جعبه سیاه اصلی
نخستین جعبه سیاه هواپیما یا نمونه اصلی آن توسط یک استرالیایی بنام دیوید وارن طراحی می‌شود که هنگام نوجوانی پدرش را در سانحه سقوط هواپیما از دست داده بود. در سال 1953 و در حالی که به عنوان یک محقق مهندسی هوافضا مشغول کار بود به دنبال تحقیقاتی در مورد سانحه سقوط یکی از نخستین جت‌های مسافری دنیا، ایده ساخت دستگاهی برای ثبت داده‌های پروازی در داخل هواپیما به ذهنش خطور می‌کند. البته نخستین دستگاه‌هایی که براساس طرح وی ساخته شدند یک دهه بعد روی هواپیما نصب شدند.
آن زمان این جعبه‌ها به رنگ سیاه درآورده می‌شدند تا شعاع‌های نور سرگردانی که ممکن بود باعث خرابی فیلم عکاسی ذخیره‌کننده داده‌ها شوند را دفع کند. اما امروزه که داده‌ها را روی تراشه‌های حافظه ذخیره می‌کنند این جعبه‌ها به رنگ نارنجی روشن رنگ می‌شوند تا یافتن‌شان در میان بقایا و تکه پاره‌های سقوط یا در بستر اقیانوس ساده‌تر صورت پذیرد. ولی چه نمونه‌های اولیه و چه مدل‌های جدید مثل همیشه به قرص و محکمی یک دیواره امن ساخته می‌شوند. از دهه 1970به بعد جعبه‌های سیاه با پرتوهای مافوق صوت خودکار تجهیز شدند که می‌توانست موقعیت جعبه را زیر آب و تا 30 روز داده پراکنی کند.
امروزه اکثر جعبه‌های سیاه ـ که عمدتا توسط شرکت Aviation Recorders در فلوریدای آمریکا ساخته می‌شوند ـ می‌توانند 256 جریان متمایز و مجزا از داده‌های دیجیتال ـ یا پارامترها ـ را در ثانیه ثبت و تمامی آنها را به مدت 25 ساعت قبل از ثبت و درج روی‌شان ذخیره کنند. آخرین مدل ضبط‌کننده‌های صوتی قادرند 180 دقیقه مکالمه را ذخیره کنند، در حالی که نمونه‌های قدیمی‌تر می‌توانستند 30 دقیقه مکالمه را ضبط کنند. در مورد ذخیره‌سازی داده‌ها باید گفت هر دو نوع داده‌ها در بردهای حافظه RAM به شیوه پردازش خودکار انباشته ذخیره‌سازی می‌شوند.
اطلاعات ثبت شده، نرخ نمونه برداری و دستورالعملی که داده‌ها ذخیره می‌شوند، فرق می‌کند. در این میان، سازندگان جعبه سیاه خودشان نرم افزار و سخت افزارهای مورد نیاز برای قرائت و آنالیز داده‌ها را تامین و گاهی هم نمایندگانی را برای کمک به تفسیر داده‌ها اعزام می‌کنند. تکنسین‌ها ممکن است ناگزیر از شکافتن و بازکردن جعبه‌ها باشند و این در صورتی است که جعبه‌ها ضربه خورده، تحت حرارت بالا تاب برداشته یا مدارات رابط کابل‌ها دچار آسیب دیدگی شده باشد. در چنین مواردی کارشناسان باید رابط‌های پردازنده را بازسازی کرده یا به راه‌های دیگری برای استخراج داده‌ها از لاشه دستگاه متوسل شوند. اگر جعبه سیاه هواپیما صدمه ببیند، فرآیند بازیابی و احیای اطلاعات هفته‌ها یا ماه‌ها زمان می‌برد.
به دنبال هر سانحه هوایی، بازرسان تحقیق بلافاصله شروع به جستجوی جعبه سیاه هواپیما می‌کنند که شامل ثبت داده‌های پرواز و ضبط کننده صدای کابین خلبان می‌شوند
بعلاوه برخی خرابی‌ها و عیوب نیز ممکن است تنها به طور دوره‌ای و بدون این که سبب بروز سوانحی شوند، اتفاق بیفتد و از این رو هیچ‌گاه توجه و مراقبت زیادی را به خود جلب نمی‌کند، بویژه اگر عیب و نقص مربوط ظرف بازه زمانی 25 ساعته جمع‌آوری داده‌ها دوباره روی ندهد. با این اوصاف، اگر کلیه داده‌های حاصل از پروازهای متعدد طی ماه‌های متعدد را کنار هم بگذاریم و از روی آنها به جستجو بپردازیم، حتی همین عیوب و خرابی‌های نوبتی به طور حتم با الگوهای قابل کشف مطابقت خواهد کرد. جالب اینجاست که سامانه مدرن پایشگر زمین محور نیز درست به همین شیوه، داده‌ها را تجمیع می‌کند. بنابراین بازرسان و کارشناسان تحقیقات می‌توانند اطلاعات حاصل از یک هواپیمای سقوط کرده را برای الگوهای مطابق نمونه بررسی کرده تا با دقت بیشتری نسبت به بلایی که سر هواپیما آمده است به نتیجه گیری و گمانه زنی بپردازند.
جعبه‌ای که از همه چیز حساب می‌کشد
داد‌ه‌های جمع‌آوری شده توسط یک دستگاه ثبات داده‌های پروازی بر حسب این که هواپیما در مرحله برخاستن، فرود یا پرواز باشد، متغیر است؛ مثلا سازمان هوانوردی فدرال آمریکا 88 پارامتر را که باید ثبت و ضبط شوند مشخص کرده است. یکی از پارامترهای تیپ، تغییر در ارتفاع نسبت به ارتفاع مبناست. از دیگر پارامترها می‌توان به زمان در هوا بودن، سرعت سیر هوایی، شتاب عمودی، جهت حرکت با توجه به شمال مغناطیسی، جریان سوخت، وضعیت ناظم‌های گوناگون سطحی ـ پروازی و داده‌های موتور اشاره کرد. بیشتر این پارامترها با نرخ چهار نمونه 12 بیتی در ثانیه و سایر پارامتر با تناوب کمتر ثبت می‌شوند. البته ممکن است یک شرکت هواپیمایی برای استفاده خودش به جمع‌آوری اطلاعات اضافی نیز بپردازد.
اما برای انتقال همزمان و پیوسته داده‌های ثبت شده پرواز به یک سامانه پایشگر زمینی، طراحان باید شرایط و مقدورات ارتباطی و مخابراتی لازم را در نظر بگیرند، چرا که هواپیما برای انتقال مستقیم اطلاعات به اهداف ممکن زمینی مشکلی ندارد، ولی وقتی هواپیما در حال پرواز در ارتفاعات یا بر فراز آب‌هاست برای انتقال اطلاعات به شبکه‌های ماهواره‌ای متوسل خواهد شد که برخی بالاتر از مدار همزمان با زمین و مابقی نیز خیلی پایین‌تر از آن هستند.
به این ترتیب حتی می‌تواند مناطق قطبی را هم پوشش دهد. برای این منظور ماهواره‌های مخابره‌کننده در پهنای جهانی Ku با امواج مایکروویوی در طیف 12 تا 18 گیگاهرتز در نظر گرفته می‌شوند، چون می‌توانند از تداخل با موانع فیزیکی مزاحم برای سامانه‌های مایکروویو زمینی اجتناب کنند.
از طرفی ماهواره‌های مخابره‌کننده در این پهنا می‌توانند امکان ارسال سیگنال‌های با قدرتی را فراهم کنند که برای گیرنده‌های دارای بشقاب خیلی کوچک نیز کاربرد داشته باشد، البته چون پهنای باند ماهواره‌ای منبع محدودی به شمار می‌رود، بهینه‌سازی مصرف پهنای باند حائز اهمیت است و پیشنهاد می‌شود فقط داده‌های پروازی و نه ضبط صدای کابین خلبان به جریان بیفتند. در مورد ضبط صدا فعلا باید به یک ضبط‌کننده داخلی متکی بود. در واقع برای اطمینان در برابر از دست رفتن ارتباط با ایستگاه زمینی می‌توان روی فناوری فعلی جعبه سیاه به عنوان پشتیبان حساب کرد.

جعبه‌ای با ظرفیت پستی بالا
پیام‌هایی که اکنون به ایستگاه‌های زمینی ارسال می‌شوند عموما حاوی 220 بایت در هر نوبت و در بسته‌ای موسوم به بلوک هستند که البته برخی پیام‌ها ممکن است چند بلوک را شامل شوند، ولی نکته مهم همین نرخ مخابره ناچیزی است که در هواپیما کمتر از 2 کیلوبایت در ثانیه می‌شود. موضوع وقتی حادتر می‌شود که همزمان چند هزار هواپیما در پرواز باشند و داده‌های ترکیب شده چه بسا ممکن است تا 6 مگابایت در ثانیه نیز برسند. اما امروزه بسختی می‌توان جلوی چنین حجمی از مخابره را گرفت. یک ارتباط WiMax واحد قادر است یک یا 2 مگابایت در ثانیه را دانلود کند و حتی یکی از سامانه‌های تلفنی 4 گیگی جدید می‌تواند تا 10 مگابایت در ثانیه پیش برود. طراحان نسل جدید جعبه‌های سیاه هواپیما می‌گویند راه حل مشکلات مخابره‌ای و مشکلات سخت تری مثل استخراج آرشیو عظیمی از داده‌ها در مشت آنهاست. ولی مشکل عمده‌ای که باقی می‌ماند این است که چطور بر مساله فقدان یک رسانه مخابراتی یکپارچه و یک شکل غلبه کنیم. هر چه باشد جهان با حجم عظیمی از سامانه‌های بی‌سیم مختلف پوشیده می‌شود که برخی برای شهرها، برخی برای مناطق روستایی و مابقی نیز برای استفاده روی اقیانوس‌ها طراحی شده‌اند. حال برای در تماس بودن با هر هواپیمایی، یک سامانه جعبه شیشه‌ای ناگزیر از یافتن راه اتصال خود در میان تمامی این کانال‌های مخابراتی خواهد بود. به عنوان مثال، هواپیمایی که روی خشکی ـ ارتفاع پست ـ پرواز می‌کند، می‌تواند با بهره‌گیری از شبکه‌های تلفن همراه و با استفاده از باندهای VHF و UHF که نوعا به بیشتر از حدود 200 کیلومتر نمی‌رسد به پهنای باند بالا دسترسی داشته باشد. هنگام پرواز در ارتفاعات بالاتر یا روی آب نیز در عوض از سامانه‌های مخابراتی ماهواره‌ای که ظرفیت برد پایین‌تری دارند استفاده می‌شود.

جعبه شیشه‌ای، فرصت نه تهدید
در این میان و به‌رغم گذشت یک دهه از زمانی که برای اولین بار ایده جعبه شیشه‌ای مطرح شده، ولی روند پیشرفت و پذیرش آن متأسفانه با کندی روبرو بوده است. مانع عمده بر سر راه توسعه آن اینرسی سازمانی است. یعنی قوی‌ترین مخالفت سازمانی از سوی خلبانان شرکت‌های هواپیمایی ابراز می‌شود که می‌ترسند این شیوه به کنترل و نظارت تمام و کمال کارشان بینجامد.
سال 2000 و در واکنش به سقوط هواپیمای خطوط هوایی مصر، فدراسیون هوانوردی حکم به نصب دوربین‌های کابین خلبان داد ولی اتحادیه خلبانان آمریکا در مقابل آن جبهه گرفتند و باقی خطوط هواپیمایی و خلبانان دنیا نیز از آنها پیروی کردند. دغدغه پیرامون رعایت حریم و استقلال حرفه‌ای خلبانان نباید به موضوع اصلی بازدارنده بدل شود. در واقع برای تضمین حریم خلبانان، شرکت‌های هواپیمایی و سازندگان هواپیما، کل کاری که لازم است صورت گیرد تامین و حفظ ارتباطات میان سامانه‌های هوابرد و زمینی و همچنین حفاظت داده‌های ذخیره شده از دسترسی افراد نامحرم است. در این بین به نظر می‌رسد تکنیک‌های پنهان‌سازی داده برای این منظور مناسب‌تر باشد. نباید فراموش کرد که امتیاز جعبه شیشه‌ای در تامین خوراک دعاوی قانونی نیست، بلکه این سامانه جدید حرفه‌ای‌ها را قادر می‌سازد از تجربیات آن درس بگیرند.
با این اوصاف، کارشناسان معتقدند جعبه سیاه هواپیما در زمان خودش ابزار مناسبی نشان داده و فناوری جدید جعبه شیشه‌ای را باید به عنوان جانشین منطقی آن محسوب کرد. در واقع عبارت جعبه شیشه‌ای بهترین توصیف برای ابزار کارآمد مدرنی است که از آن با عنوان”فراتر از جعبه سیاه» یاد می‌کنند.

منابع: Discovery / Howstuffwork / Wired / Aviation

منبع: / روزنامه / جام جم ۱۳۸۹/۸/۹
نویسنده : مهریار میرنیا