Avionika. Ryšio ir skrydžio duomenų registratoriai

Ryšio duomenys yra lakūnų pokalbiai tarpusavyje, su palydovais, su antžeminėmis tarnybomis ir kabinos triukšmas (fonas).

Orlaivio variklio sūkių dažniai, variklio dujų temperatūra, vibracijų lygis, aerodinaminių plokštumų ir važiuoklės padėtys, degalų tiekimas, degalų, tepalo ir hidraulinio skysčio slėgis ir dar daug dešimčių kitų orlaivio sistemų veikimą apibūdinančių parametrų vadinami skrydžio duomenimis.

Ryšio ir skrydžio duomenys skrendant registruojami (kaupiami) duomenų registratoriuose.

Poreikis turėti duomenis apie orlaivių avarijų ir katastrofų priežastis iškilo nuo pat oreivystės pradžios. Apie 1940 m. pradėta juos kaupti skrendant, bet tuometinė technikos pažanga neleido sukurti registratorių, išsaugančių sukauptus duomenis orlaiviui sudužus nuo smūgio į žemę ir jam užsidegus. Tik 1958 m. ICAO išleido dokumentus apie pagrindinius reikalavimus registratoriams, kuriuos pramonė galėjo įvykdyti. Duomenų registratorius jau turėjo lėktuvai „Boeing 707“, „Douglas DC-8“, „Caravelle“. Jie neilgą laiką galėjo kaupti reikalingiausius duomenis – magnetinį kursą, skrydžio aukštį ir greitį, vertikalųjį pagreitį, laiką. Duomenys buvo įrašomi į varinę ar plieninę foliją, bet ir ji ne visada išlikdavo po katastrofų. Buvo gaminami ir kiti ICAO reikalavimų neatitinkantys registratoriai, pavyzdžiui, juose skrydžio aukštis ar vertikaliosios perkrovos buvo įrašomi adatėle braižant lėtai besisukantį suodžiais padengtą būgnelį. Prieš skrydį būgnelį reikėdavo aprūkyti virš liepsnos, kad jis pasidengtų suodžiais. Tokių pirmosios kartos registratorių dar iki šiol galima rasti aviacijos muziejuose.

Išradus naujus ryšio ir skrydžio parametrų registravimo būdus magnetinėse ir fotojuostose, registruojamų duomenų skaičius ir registravimo trukmė didėjo. Svarbiausia buvo išsaugoti įrašytą informaciją po avarijų ir katastrofų, kad būtų ištirtos jų priežastys. Kad informacija išliktų sudužus orlaiviui, magnetinę ar fotojuostelę įdėdavo į smūgiams, karščiui ir vandeniui atsparų konteinerį, tokie registratoriai vadinami avariniais. Juosteles juose traukia sudėtingi smūgiams atsparūs traukimo mechanizmai (25 pav.). Į mechanizmus juosteles įdėti ir iš jų išimti sudėtinga, konteinerius nuolat atidarinėti taip pat sudėtinga, todėl paplito tik magnetinis registravimo būdas. Fotojuostelėse informacijos galima sukaupti mažiau, negalima įrašyti kalbos, juosteles reikia išryškinti, ištrinti įrašytos informacijos ir vėl įrašyti naujos negalima. Magnetinė juostelė yra atspari temperatūrai ( įkaitusi iki 400 °C neišsimagnetina). Magnetinėje juostelėje vietoj ištrintos informacijos galima įrašyti naują, pavyzdžiui, juostelę traukiant į vieną pusę, informacija įrašoma viename juostelės krašte, o traukiant į kitą pusę – kitame krašte. Juostelė traukiama kelių centimetrų per sekundę greičiu. Daug magnetinės juostelės į mechanizmą netelpa, todėl tokiuose registratoriuose išlieka tik paskutinių 30 skrydžio minučių informacija. Tokio įrašymo laiko beveik pakanka katastrofoms tirti.

Avionika. Ryšio ir skrydžio duomenų registratoriai

25 pav. Juostos traukimo mechanizmas konteineryje

Labai sandariai uždaryti avarinių registratorių konteineriai atidaromi retai, tik atliekant techninės priežiūros darbus. Dėl to tikriausiai prigijo neoficialus pavadinimas „juodoji dėžė”, nors konteineriai nudažyti ryškia šviesiai raudona ar oranžine spalvomis. Atsiradu poreikiui analizuoti įrenginių veikimą ir lakūnų veiksmus po kiekvieno skrydžio, buvo pradėti gaminti eksploataciniai registratoriai.

Jie neatsparūs smūgiams, liepsnai ir kitiems katastrofų veiksniams. Į juos įdedama kasetė, kurioje yra daugiau juostelės, todėl informaciją galima nepertraukiamai registruoti ne mažiau kaip 24 valandas. Kasetes galima išimti po kiekvieno skrydžio ir peržiūrėti (analizuoti) magnetinėje juostelėje sukauptą informaciją: patikrinti, kaip veikė orlaivio varikliai ir sistemos, kaip lakūnai valdė orlaivį ir kaip palaikė ryšį. Tai padeda surasti orlaivio gedimus ir išaiškinti neteisingus lakūnų veiksmus. Kalbą ir skrydžio duomenis magnetinėje juostelėje reikia įrašyti atskirai, nes jų signalų struktūros yra skirtingos. Taip nusistovėjo tradicija, įteisinta ICAO, gaminti dviejų rūšių informacijos registratorius – ryšio duomenų CVR (angl. Cockpit Voice Recorder) ir skrydžio duomenų FDR (angl. Flight Data Recorder). Gaminami ir universalieji FDR, kurie registruoja ir ryšio, ir skrydžio duomenis. Didesniuose orlaiviuose dažniausiai yra avariniai CVR ir universalieji FDR. Tokių antrosios kartos registratorių dar daug yra senesniuose orlaiviuose.

1965 m. pramonė pradėjo gaminti avarinius registratorius, kuriuose magnetinėje juostelėje sukaupta paskutinių 30 skrydžio minučių informacija išlikdavo po 1000 g smūgio jėgos į žemę ar jiems kelioms dešimtims minučių patekus į liepsną. Tačiau tokie reikalavimai buvo nepakankami, nes smūgis dažnai nuplėšdavo magnetines galvutes nuo jas laikančių varžtelių ir pažeisdavo magnetinę juostelę pačioje svarbiausioje vietoje, kur būdavo įrašyta paskutinių skrydžio sekundžių informacija. Norint atkurti paskutinius žodžių skiemenis ar paskutinius įrenginių parametrus, tekdavo suklijuoti juostelės skutelius ir naudoti labai sudėtingus signalų analizavimo įrenginius. Avarinių signalų analizavimo laboratorijos yra tik kelios visame pasaulyje.

Ryšio duomenų registratoriai atskirai (skirtinguose magnetinės juostos takeliuose) įrašo orlaivio vado pokalbius, antrojo lakūno pokalbius, orlaivio kabinos garsus (pokalbius su įėjusiu asmeniu ir triukšmus), nes joje įtaisytas mikrofonas, ir laiko signalus. Skrydžio duomenų registratoriai įrašo svarbiausiųjų orlaivio sistemų, įrenginių ir orlaivio variklių parametrus ir laiko signalus. Parametrai įrašomi maždaug kas sekundę, greičiau kintantys įrašomi dažniau. Pagal įrašytus laiko signalus galima sugretinti skirtinguose registratoriuose įrašytus duomenis. Į magnetinę juostelę galima įrašyti beveik 100 parametrų. Signalus iš orlaivio įrenginių ir sistemų surenka, apdoroja ir paruošia įrašymui elektroninis blokas FDAU (angl. Flight Data Acquisition Unit), kuris yra registratoriaus sudėtyje (26 pav.). Įrašomi juostelėje parametrai yra dviejų rūšių – nuolatiniai signalai ir vienkartinės komandos.

Nuolatiniai signalai iš orlaivio įrenginių ir prietaisų įrašomi visą laiką, kol registratorius įjungtas. Vienkartinės komandos yra orlaivio įrenginių įjungimo signalai (pvz., autopilotas išjungtas, važiuoklė išleista) ir signalai, kurie atsiranda tik nenormaliai veikiant įrenginiams, esant neleistinoms perkrovoms ar lakūnams pavojingai valdant orlaivį.

Avariniai registratoriai orlaivyje dažniausiai yra uodegoje (26 pav.), nes ten didesnė tikimybė jiems išlikti nepažeistiems po avarijų ar katastrofų. Didesniuose orlaiviuose gali būti keli vienodi registratoriai, tada didesnė tikimybė, kad vienas iš jų išliks po katastrofos.

26 pav. Registratoriai lėktuve

Registratoriai orlaivyje įsijungia ir išsijungia automatiškai, pavyzdžiui, pastūmus bet kurio variklio paleidimo svirtį iš „Stop“ padėties arba padidėjus tepalo slėgiui bet kuriame variklyje jį paleidžiant. Prieš skrydį valdymo pulte reikia nustatyti skrydžio datą, numerį ir tikslų laiką. Avarijos atveju registratorių automatiškai išjungia inercinis išjungiklis, kuris suveikia nuo didelio smūgio orlaiviui atsitrenkus į žemę.

Kai po skrydžio orlaivis jau yra aikštelėje ir įjungti jo stovėjimo stabdžiai, visą ryšio informaciją galima ištrinti nuspaudus mygtuką valdymo pulte. Jei skrydžio metu buvo pastabų dėl ryšio, ištrinti tokią išlikusią informaciją draudžiama.

Registratorių juostos traukimo mechanizmai dideli ir sunkūs, jiems reikia nuolatinės techninės priežiūros, magnetinė juostelė, esant didesniems orlaivio smūgiams į žemę ar ilgiau degant, suyra. Nuo 1990 m. pradėti gaminti trečiosios kartos registratoriai (27 pav.), kuriuose ryšio ir skrydžio duomenys kaupiami grandynuose (mikroschemose). Jiems nereikia nuolatinės techninės priežiūros, o sukauptą informaciją greitai ir patogiai galima perrašyti į antžeminę aparatūrą, nes juostelės nebereikia išimti iš kaupiklio.

27 pav. Ryšio ir skrydžio duomenų registratorius

Nuo 1995 m. pradėjus gaminti didelės atmintinės talpos grandynus, avarinės informacijos registravimo laikas nuo 30 min. padidintas iki 2 valandų. Jie gali registruoti visus (kelis tūkstančius) didelio orlaivio skrydžio ir ryšio duomenis, nedidinant avarinio konteinerio matmenų. Konteinerių atsparumas smūgiams padidintas iki 3400 g, jie nesugniūžta prislėgus juos 2 tonų svoriu iš bet kurios pusės. Konteineriai išlaiko 1100 °C temperatūrą 1 valandą, o po to dar 10 valandų – 260°C temperatūrą. Tai yra panašu į realias sąlygas orlaiviui degant ant žemės. Konteineris gaminamas iš titano ir padengiamas temperatūrai atsparia keramika (28 pav.). Ant keramikos užliejamas apsauginis sluoksnis, kuris deginant konteinerį virsta putomis, gerai apsaugančiomis konteineryje esančią informaciją nuo perkaitimo. Prie avarinio konteinerio tvirtinamas povandeninis signalizatorius: nukritus orlaiviui į vandenį, signalizatoriaus baterijos prisipildo vandens, atsiranda signalizatoriaus maitinimas ir jis pradeda siųsti akustinius 37,5 kHz signalus, kad pagal juos galima būtų po vandeniu surasti konteinerį. Signalizatorius gali veikti net 6 km gylyje maždaug mėnesį, signalas girdimas kelių kilometrų atstumu.

28 pav. Skrydžio duomenų registratoriaus konteineris

Orlaiviui dideliu greičiu atsitrenkus į žemę išlieka nepažeistas tik konteineris. Jis gali giliai įsmigti į žemę arba išmetamas iš orlaivio (29 pav.).

29 pav. Konteineris po avarijos

Po skrydžio kasetė su juostele išimama ir antžeminės tarnybos su specialia aparatūra joje sukauptą informaciją perrašo į kompiuterį. Atmintinėse įregistruota informacija orlaivyje tiesiogiai perrašoma į laikinąją atmintinę, o iš jos – į kompiuterį. Tada informacija peržiūrima (iššifruojama), naudojant specialią programinę įrangą. Kompiuterio ekrane skrydžio duomenys (variklio sūkių dažniai, vibracijų lygis, slėgiai sistemose, valdymo plokštumų padėtys ir dar kelios dešimtys kitų) rodomi skirtingų spalvų ir formų linijomis, rodoma laiko linija (30 pav.). Įrašytų duomenų reikšmes galima išmatuoti bazinės linijos atžvilgiu. Pagal įrašytus laiko signalus galima nustatyti, ką ir kada sakė lakūnai, kada ir kokio dydžio buvo parametrai, kada atsirado vienkartinės komandos.

30 pav. Įregistruoti įrenginių parametrai

Duomenų registratoriai tobulinami dviem kryptimis. Dideliems orlaiviams skirtuose registratoriuose greta skrydžio ir ryšio duomenų grandynų atmintinėje pradedama įrašyti salono vaizdo (video) informacija ir įėjimo į lakūnų kabiną vaizdas. Atsiranda registratorių, kurie skirti mažesniems orlaiviams, tokių anksčiau nebuvo. Šiuose orlaiviuose reikia įrašyti tik keletą skrydžio duomenų ir nėra tokių didelių reikalavimų informacijos apsaugai nuo smūgių ir temperatūros, todėl jie yra maži, lengvi ir pigesni.

Straipsnis parengtas įgyvendinant Europos socialinio fondo bei Švietimo ir mokslo ministerijos remiamą projektą „Mokslininkų vietinio ir tarptautinio bendradarbiavimo skatinimas bei kompetencijų ugdymas“.

Avionika. Orlaivių padėties erdvėje nustatymo priemonės

Išsamesnė informacija apie šį projektą: http://is.mokslasplius.lt/apie-projekta/.