ブラックボックス
背景
ブラックボックスは、現代の民間航空機に搭載されているコンピューター化されたフライトデータレコーダーを表すために使用される一般的な用語です。フライトデータレコーダー（FDR）は、対気速度、位置、高度など、飛行機の飛行に関するさまざまなデータを追跡する小型のコンピューターシステムです。このデバイスは通常、コックピットボイスレコーダー（CVR）と呼ばれる2番目のブラックボックスと組み合わせて使用されます。このブラックボックスは、パイロットの声やエンジンノイズなど、コックピット内の無線送信と音を記録します。事故が発生した場合、これらのブラックボックスに保存されている情報を使用して、事故の原因を特定できます。
ブラックボックスは、航空の初期の頃から使用されてきました。ライト兄弟は、最初の飛行の1つで最初のフライトレコーダーを空中に運びました。この粗いデバイスは、持続時間、速度、エンジン回転数などの限られた飛行データを登録しました。別の初期の航空パイオニアであるチャールズ・リンドバーグは、回転ドラムに巻き付けられた紙にインクをマークしたバログラフで構成される、やや洗練されたバージョンを使用していました。デバイス全体は、インデックスカードホルダーのサイズの小さな木箱に収められていました。残念ながら、これらの初期のプロトタイプは頑丈に構築されておらず、クラッシュに耐えることができませんでした。
1940年代、商用航空が飛躍的に成長するにつれ、一連の墜落により民間航空委員会は飛行データの重要性をより真剣に受け止めました。彼らは多くの企業と協力して、より信頼性の高いデータ収集方法を開発しました。ゼネラル・エレクトリックは、この課題に立ち向かい、飛行機の計器に直接取り付けられた一連の小さな電極で構成される「セルシン」と呼ばれるシステムを開発しました。これらのセンサーは、飛行機の後ろにあるレコーダーに情報を配線しました。 （レコーダーは通常、飛行機の最も衝突に耐える領域であるため、飛行機の尾部に保管されます。）GEのエンジニアは、セルシンの設計における多くの技術的課題を克服しました。たとえば、彼らは、低圧と低温の高地条件により、記録装置で通常使用されるインクが凍結したり、ペンを詰まらせたりすることを巧みに認識していました。彼らの解決策は、スタイラスを使用して画像を白いラッカーでコーティングされた黒い紙にカットする記録システムでした。しかし、彼らの努力にもかかわらず、ユニットは実際の飛行では使用されませんでした。同じ頃、別のエンジニアリング会社であるフレデリック・フレーダーが初期の磁気テープレコーダーを開発しました。ただし、このデバイスも使用されていません。
ブラックボックス技術は、1951年にジェームズJ.ライアン教授がゼネラルミルズの機械部門に加わったときまで、さらに進歩しませんでした。ライアンは、計装、振動解析、および機械設計の専門家でした。 FDRの問題を攻撃して、ライアンは彼自身のVGAフライトレコーダーを思いついた。 「V」は速度（対気速度）を表します。 G力（垂直加速度）の場合は「G」。 「A」は高度を表します。 Ryan Recorderは、2つの別々のコンパートメントを備えたパンボックスとほぼ同じサイズの10ポンド（4.5 kg）のデバイスでした。 1つのセクションには測定装置（高度計、加速度計、対気速度計）が含まれ、もう1つのセクションには3つの機器に接続された記録装置が含まれていました。
ライアンの基本的なコンパートメント化されたデザインは、多くの改良が加えられていますが、今日でもフライトレコーダーで使用されています。スタイラスとラッカーフィルムの記録装置は、1/4インチ（6.4mm）の磁気テープに置き換えられ、デジタルメモリチップに置き換えられました。レコーダーが追跡できる変数の数も、3つまたは4つのパラメーターから約300に劇的に増加しました。FDRは、速度、高度、フラップ位置、自動操縦モード、さらには機内の煙の状態などの飛行中の特性を追跡できるようになりました。アラーム。 1960年代初頭、航空業界はコックピットボイスレコーダー（CVR）を使用して音声録音機能を追加しました。しかし、おそらくフライトレコーダーの製造における最も重要な進歩は、その構造の改善であり、ユニットが衝突の破壊的な力によりよく耐えることができるようになりました。初期のモデルは、約100 G（重力の100倍）にしか耐えることができませんでした。これは、地面から約10フィート（3 m）離れた場所からコンクリート表面に落下する力とほぼ同じです。実際のクラッシュ状態をより適切にシミュレートするために、1965年に要件は5ミリ秒で1,000 Gに増加し、その後6.5ミリ秒で3,400Gに増加しました。
今日、FAAは、大型の民間航空機と一部の小型の民間航空機、企業航空機、および民間航空機に、コックピットボイスレコーダーとフライトデータレコーダーを装備することを義務付けています。クラッシュが発生した場合、ブラックボックスは回収され、封印されたまま、分析のために国家運輸安全委員会（NSTB）に送られます。
コンポーネント
Flight DataRecorderとVoiceData Recorder（またはCockpit Voice Recorder）は、同様のコンポーネントから構築されています。どちらにも、電源、メモリユニット、電子コントローラボード、入力デバイス、および信号ビーコンが含まれています。
電源
FDRとCVRはどちらも、デュアル電圧電源（115VACまたは28DC）で動作するため、さまざまな航空機で使用できる柔軟性がユニットに与えられます。バッテリーは30日間の連続動作用に設計されており、6年間の保管寿命があります。
クラッシュサバイバルメモリユニット（CSMU）
CSMUは、25時間のデジタルフライト情報を保持するように設計されています。ユニットの最先端の電子機器により、データを非圧縮形式で保持できるため、保存された情報は非常に高品質です。
統合コントローラーおよび回路ボード（ICB）
このボードには、着信データの交換機として機能する電子回路が含まれています。
航空機インターフェース
このポートは、ブラックボックスがプレーンに関するすべての情報を取得する入力デバイスの接続として機能します。 FDRインターフェースは、対気速度計、機内警告アラーム、高度計など、機内のさまざまな機器からの信号を受信して処理します。CVRに使用されるインターフェースは、コックピットエリアのマイクからの信号を受信して処理します。これは通常、2人のパイロットの間の頭上の計器盤のどこかに取り付けられます。マイクは、エンジンノイズ、ストール警告、着陸装置の伸縮、その他のクリック音やポップ音など、調査員がクラッシュの原因を特定するのに役立つ可能性のある音を拾うことを目的としています。これらの音は、特定のクラッシュ関連のイベントが発生した時刻を特定するのに役立ちます。マイクはまた、航空交通管制との通信、自動化された無線気象ブリーフィング、およびパイロットと地上または客室乗務員との間の会話を中継します。
水中ロケータービーコン（ULB）
各レコーダーには、水中ロケータービーコン（ULB）が装備されており、水中事故が発生した場合にその場所を特定するのに役立ちます。非公式に「ピンガー」と呼ばれるこのデバイスは、レコーダーが水に浸されると作動します。特殊な受信機で検出できる37.5KHzの音響信号を送信します。 The 
フライトデータレコーダー（FDR）は、飛行に関するさまざまなデータを追跡する小型化されたコンピューターシステムです。対気速度、位置、高度を含む飛行機。システムは、衝突のストレスに耐えるように構築された重金属コンテナに収容されています。ビーコンは、深さ14,000フィート（4,200 m）まで送信できます。
製造
プロセス
ブラックボックスを成功させる秘訣は、可能な限り破壊されないようにすることです。これは、コンポーネントを多層保護シェルの内側に被覆することによって行われます。レコーダーのメーカーごとに独自の設計がありますが、一般的に製造プロセスは次のように説明できます。
- 主要コンポーネント（電源、インターフェース/コントローラーボード、およびメモリ回路）は、個別のユニットとして構築され、組み立てられて完成したブラックボックスを形成します。このモジュラーアプローチにより、デバイス全体を分解することなく、コンポーネントを簡単に交換できます。これらの各コンポーネントには独自の特別な組み立て要件がありますが、メモリユニットには調査員が関心を持つデータが含まれているため、メモリユニットの保護に主な注意が払われています。
- メモリユニットの集積回路が適切に保護されるように、多層構成が使用されます。最外層は、鋼の装甲板で構成されるハウジングです。
- その下には断熱材の層があり、その後にパラフィンの厚いスラブが続き、熱ブロックを形成します。パラフィンが溶けると、熱を吸収するため、メモリコアの温度が低く保たれます。
- パラフィンの下には、メモリチップを含むボードがあります。
- メモリボードの下には別のパラフィンサーマルブロックがあり、その後に別の断熱層が続きます。アセンブリ全体は、アクセスカバーとして機能する鋼板に取り付けられています。
- 組み立てられたCrashSurvivable Memory Unitは、4本の大きな保持ボルトで重金属プレート取り付けシェルフの前面にボルトで固定されます。電源はCSMUのすぐ後ろに取り付けられています。
- インターフェースおよび制御回路基板（ICB）は、取り付けシェルフの下側にネジで取り付けられています。金属製のアクセスカバーがボードを保護し、簡単にアクセスできるようにします。
- 水中ロケータービーコン（ULB）は、メモリユニットの前面から伸びる2本のアームに取り付けられています。 ULBはケーシングから突き出ており、円筒形であるため、デバイス全体のハンドルとして使用できます。レコーダーをULBなしで販売する場合は、代わりに中空の金属製ハンドルチューブを取り付けます。
- 外側のケーシングは、衝突時に見やすくするために明るいオレンジまたは赤で塗装されています。
品質管理
製造後、ユニットは一連の過酷でやや奇妙な拷問試験条件にさらされます。ブラックボックスは大砲から撃たれ、細い鋼棒で刺され、500ポンド（227 kg）の重りに取り付けられ、地上10フィート（3 m）から落下し、5,000ポンド（2,270 kg）の圧力で万力で押しつぶされ、調理されます。ブロートーチを使用して、2,012°F（1,100°C）で1時間、20,000フィート（6,000 m）の海水に1か月間沈めました。このようなテストの後、オンボードマイクロプロセッサにより、さまざまな診断を実行して、ユニットが正しく動作していることを確認できます。高速インターフェースにより、メモリユニット全体を5分以内にチェックインできます。この評価は、ユニットが完全に機能していることを確認するために工場で行うことができ、インストール後に再度、正しく機能していることを確認するために行うことができます。規制により、新しく製造された航空機のフライトレコーダーは、時間、高度、対気速度、機首方位、航空機の姿勢など、少なくとも28の重要な要素を正確に監視する必要があります。これらのデバイスの平均故障間隔は15,000時間を超える必要があり、メンテナンスフリーになるように設計されています。ユニットが上記のすべてのテストに合格した場合、FAA（連邦航空局）によって確立された要件を満たしています。
未来
ブラックボックスのメーカーの未来はすでに広がっています。フライトレコーダーの主要サプライヤーであるSmithIndustriesは最近、個別のFDRユニットとCVRユニットを置き換える単一のデバイスを開発していることを発表しました。彼らのデバイスは統合データ取得レコーダー（IDAR）として知られており、メンテナンスデータを取得するためのデータ転送システムとともに、フライトデータと音声データを単一のボックス構成に組み込んでいます。 IDARの導入により、重要なシステムの重量を25％削減できます。興味深いことに、製品開発におけるこの新しい方向性は、航空交通管制メッセージにリンクされたデータの記録を義務化する新しい法律と同時にもたらされます。この新しい法律では、ブラックボックスにさらに多くの情報を含める必要があります。フライトレコーディング機器のメーカーは、この課題に立ち向かい、縮小し続けるパッケージにますます多くの情報を保存できるブラックボックスを開発する可能性があります。
製造プロセス