Caja negra

Antecedentes

Caja negra es un término genérico que se utiliza para describir los registradores de datos de vuelo computarizados que llevan los aviones comerciales modernos. El registrador de datos de vuelo (FDR) es un sistema informático en miniatura que rastrea una variedad de datos relacionados con el vuelo del avión, como la velocidad, la posición y la altitud. Este dispositivo se usa típicamente junto con una segunda caja negra conocida como la grabadora de voz de la cabina (CVR), que documenta las transmisiones de radio y los sonidos en la cabina, como las voces de los pilotos y los ruidos del motor. En caso de un percance, la información almacenada en estas cajas negras se puede utilizar para ayudar a determinar la causa del accidente.

Las cajas negras se han utilizado desde los primeros días de la aviación. Los hermanos Wright llevaron el primer registrador de vuelo en alto en uno de sus vuelos iniciales. Este tosco dispositivo registró datos de vuelo limitados, como duración, velocidad y número de revoluciones del motor. Otro pionero de la aviación, Charles Lindbergh, utilizó una versión algo más sofisticada que consistía en un barógrafo, que marcaba tinta sobre papel envuelto alrededor de un tambor giratorio. Todo el dispositivo estaba contenido en una pequeña caja de madera del tamaño de un tarjetero. Desafortunadamente, estos primeros prototipos no se construyeron de manera sólida y no pudieron sobrevivir a un choque.

En la década de 1940, a medida que la aviación comercial crecía a pasos agigantados, una serie de accidentes impulsó a la Junta de Aeronáutica Civil a tomarse más en serio la importancia de los datos de vuelo. Trabajaron con varias empresas para desarrollar una forma más confiable de recopilar datos. A la altura del desafío, General Electric desarrolló un sistema llamado "selsyns", que consistía en una serie de pequeños electrodos conectados directamente a los instrumentos del avión. Estos sensores conectaron información a una grabadora en la parte trasera del avión. (Los registradores generalmente se almacenan en la sección de cola del avión porque es el área del avión con mayor supervivencia en accidentes). Los ingenieros de GE superaron una serie de desafíos técnicos en el diseño de las selsyns. Por ejemplo, reconocieron hábilmente que las condiciones de gran altitud de baja presión y temperatura harían que la tinta que se usa típicamente en los dispositivos de registro congelara u obstruyera los bolígrafos. Su solución fue un sistema de grabación que se basaba en un lápiz óptico para cortar una imagen en papel negro recubierto con laca blanca. Sin embargo, a pesar de sus esfuerzos, la unidad nunca se utilizó en un vuelo real. Casi al mismo tiempo, otra empresa de ingeniería, Frederick Flader, desarrolló una grabadora de cinta magnética temprana; sin embargo, este dispositivo tampoco se usó nunca.

La tecnología de caja negra no avanzó más hasta 1951, cuando el profesor James J. Ryan se unió a la división mecánica de General Mills. Ryan era un experto en instrumentación, análisis de vibraciones y diseño de máquinas. Al atacar el problema de los FDR, Ryan ideó su propia grabadora de vuelo VGA. La "V" significa velocidad (velocidad del aire); "G" para fuerzas G (aceleración vertical); y "A" es para altitud. El Ryan Recorder era un dispositivo de 4,5 kg (10 libras) del tamaño de una caja de pan con dos compartimentos separados. Una sección contenía los dispositivos de medición (el altímetro, el acelerómetro y el indicador de velocidad del aire) y la otra contenía el dispositivo de registro, que se conectaba a los tres instrumentos.

El diseño compartimentado básico de Ryan todavía se usa en los registradores de vuelo hoy en día, aunque ha experimentado numerosas mejoras. El dispositivo de grabación de película de laca y lápiz fue reemplazado por una cinta magnética de un cuarto de pulgada (6,4 mm), que a su vez fue reemplazada por chips de memoria digital. La cantidad de variables que los registradores pueden rastrear también ha aumentado drásticamente, de tres o cuatro parámetros a aproximadamente 300. Los FDR ahora pueden rastrear características en vuelo como velocidad, altitud, posición de los flaps, modo de piloto automático e incluso el estado del humo a bordo. alarmas. A principios de la década de 1960, la industria de las aerolíneas agregó capacidad de grabación de voz con la grabadora de voz en cabina (CVR). Pero quizás el avance más significativo en la fabricación de registradores de vuelo han sido las mejoras realizadas en su construcción, lo que permite que las unidades resistan mejor la fuerza destructiva de un choque. Los primeros modelos tenían que soportar solo unos 100 G (100 veces la fuerza de la gravedad), lo que equivale ligeramente a la fuerza de caer desde unos 3 m (10 pies) del suelo sobre una superficie de hormigón. Para simular mejor las condiciones reales del choque, en 1965 los requisitos se incrementaron a 1000 G durante cinco milisegundos y luego a 3400 G durante 6,5 milisegundos.

En la actualidad, la FAA exige que los aviones comerciales grandes y algunos aviones comerciales, corporativos y privados más pequeños estén equipados con un registrador de voz en la cabina y un registrador de datos de vuelo. En caso de accidente, las cajas negras se pueden recuperar y enviar, aún selladas, a la Junta Nacional de Seguridad en el Transporte (NSTB) para su análisis.

Componentes

El registrador de datos de vuelo y el registrador de datos de voz (o el registrador de voz de cabina) se construyen a partir de componentes similares. Ambos incluyen una fuente de alimentación, una unidad de memoria, una placa controladora electrónica, dispositivos de entrada y una baliza de señal.

Fuente de alimentación

Tanto los FDR como los CVR funcionan con una fuente de alimentación de doble voltaje (115 VCA o 28 CC) que brinda a las unidades la flexibilidad para ser utilizadas en una variedad de aeronaves. Las baterías están diseñadas para un funcionamiento continuo de 30 días y tienen una vida útil de seis años.

Unidad de memoria con capacidad de supervivencia (CSMU)

La CSMU está diseñada para retener 25 horas de información de vuelo digital. La información almacenada es de muy alta calidad porque la electrónica de última generación de la unidad le permite almacenar datos sin comprimir.

Placa de circuito y controlador integrado (ICB)

Esta placa contiene el circuito electrónico que actúa como centralita para los datos entrantes.

Interfaz de aeronave

Este puerto sirve como conexión para los dispositivos de entrada de los que las cajas negras obtienen toda su información sobre el avión. La interfaz FDR recibe y procesa señales de una variedad de instrumentos a bordo del avión, como el indicador de velocidad del aire, alarmas de advertencia a bordo, altímetro, etc. La interfaz empleada para el CVR recibe y procesa señales de un micrófono en el área de la cabina, que generalmente se monta en algún lugar del panel de instrumentos superior entre los dos pilotos. El micrófono está diseñado para captar sonidos que pueden ayudar a los investigadores a determinar la causa de un choque, como el ruido del motor, advertencias de pérdida, extensión y retracción del tren de aterrizaje y otros clics y estallidos. Estos sonidos pueden ayudar a determinar el momento en el que ocurrieron ciertos eventos relacionados con choques. El micrófono también transmite comunicaciones con el Control de tráfico aéreo, sesiones informativas meteorológicas por radio automatizadas y conversaciones entre los pilotos y la tripulación de tierra o cabina.

Baliza de localización submarina (ULB)

Cada registrador puede estar equipado con una baliza de localización subacuática (ULB) para ayudar a identificar su ubicación en caso de un accidente sobre el agua. El dispositivo, conocido informalmente como "pinger", se activa cuando la grabadora se sumerge en agua. Transmite una señal acústica en 37,5 KHz que se puede detectar con un receptor especial. El El registrador de datos de vuelo (FDR) es un sistema informático miniaturizado que rastrea una variedad de datos relacionados con el vuelo del plano, incluida su velocidad aerodinámica, posición y altitud. El sistema está alojado en un contenedor de metal pesado que está construido para resistir el estrés de un choque. la baliza puede transmitir desde profundidades hasta 14.000 pies (4.200 m).

El
proceso de fabricación

La clave para fabricar una caja negra exitosa es hacerla lo más indestructible posible. Esto se hace enfundando los componentes dentro de una capa protectora de múltiples capas. Cada uno de los diferentes fabricantes de grabadoras tiene su propio diseño patentado, pero en general el proceso de fabricación se puede describir de la siguiente manera:

1. Los componentes clave (la fuente de alimentación, la placa de interfaz / controlador y los circuitos de memoria) se construyen como unidades separadas y luego se ensamblan para formar la caja negra completa. Este enfoque modular permite que los componentes se reemplacen fácilmente sin desmontar todo el dispositivo. Cada uno de estos componentes tiene sus propios requisitos especiales de montaje, pero se presta especial atención a la protección de la unidad de memoria, ya que contiene los datos que serán de interés para los investigadores.
2. Se utiliza una configuración de varias capas para garantizar que los circuitos integrados de la unidad de memoria estén adecuadamente protegidos. La capa más externa es la carcasa, que consta de una placa de blindaje de acero.
3. Debajo hay una capa de aislamiento, seguida de una losa gruesa de parafina, que forma un bloque térmico. A medida que la parafina se derrite, absorbe calor y, por lo tanto, mantiene más baja la temperatura del núcleo de la memoria.
4. Debajo de la parafina se encuentra la placa que contiene los chips de memoria.
5. Debajo de la placa de memoria hay otro bloque térmico de parafina, seguido de otra capa de aislamiento. Todo el conjunto está montado sobre una placa de acero que sirve como tapa de acceso.
6. La Unidad de memoria de supervivencia para accidentes ensamblada se atornilla al frente de un estante de montaje de placa de metal pesado con cuatro pernos de retención grandes. La fuente de alimentación está conectada justo detrás de la CSMU.
7. La placa de circuito de control e interfaz (ICB) se fija mediante tornillos en la parte inferior del estante de montaje. Una cubierta de acceso de metal protege la placa y proporciona un fácil acceso.
8. La baliza de localización subacuática (ULB) está fijada a los dos brazos que se extienden desde la parte delantera de la unidad de memoria. El ULB sobresale de la carcasa y tiene una forma cilíndrica que permite utilizarlo como asa para todo el dispositivo. Si la grabadora se va a vender sin ULB, se instala un tubo de mango metálico hueco en su lugar.
9. La carcasa exterior está pintada de rojo o naranja brillante para que sea más visible en caso de accidente.

Control de calidad

Después de la fabricación, las unidades se exponen a una serie de condiciones de prueba de tortura extenuantes y algo extrañas. Las cajas negras se disparan con cañones, se apuñalan con varillas de acero delgadas, se unen a pesos de 500 lb (227 kg) y se dejan caer desde 10 pies (3 m) sobre el suelo, se trituran en un tornillo de banco a 5,000 lb (2270 kg) de presión, se cocinan con un soplete durante una hora a 2.012 ° F (1.100 ° C) y sumergido bajo el equivalente a 20.000 pies (6.000 m) de agua de mar durante un mes. Después de tales pruebas, el microprocesador integrado permite ejecutar una variedad de diagnósticos para garantizar que la unidad esté funcionando correctamente. La interfaz de alta velocidad permite verificar toda la unidad de memoria en menos de cinco minutos. Esta evaluación se puede hacer en la fábrica para verificar que la unidad esté funcionando perfectamente, y luego nuevamente después de la instalación para asegurarse de que aún funciona correctamente. Por reglamentación, los registradores de vuelo para aeronaves de nueva fabricación deben monitorear con precisión al menos 28 factores críticos, como el tiempo, la altitud, la velocidad, el rumbo y la actitud de la aeronave. El tiempo medio entre fallos de estos dispositivos debería ser superior a 15.000 horas y están diseñados para que no requieran mantenimiento. Si la unidad pasa todas las pruebas descritas anteriormente, cumple con los requisitos establecidos por la FAA (Autoridad Federal de Aviación).

El futuro

El futuro ya se abre para los fabricantes de cajas negras. Smith Industries, un importante proveedor de registradores de vuelo, ha anunciado recientemente que está desarrollando un dispositivo único que sustituirá a las unidades FDR y CVR independientes. Su dispositivo se conoce como Registrador de adquisición de datos integrado (IDAR) e incorpora datos de vuelo y de voz en una configuración de caja única, junto con un sistema de transferencia de datos para la recuperación de datos de mantenimiento. La introducción del IDAR permite una reducción del 25% en el peso crítico del sistema. Curiosamente, esta nueva dirección en el desarrollo de productos llega al mismo tiempo que una nueva legislación que hace obligatorio el registro de datos vinculados a los mensajes de control del tráfico aéreo. Esta nueva ley requeriría que las cajas negras contengan aún más información. Es probable que los fabricantes de equipos de grabación de vuelo estén a la altura del desafío y desarrollen cajas negras que puedan almacenar cada vez más información en paquetes cada vez más reducidos.