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黑盒子一點也不黑的祕密

陸子鈞
・2014/03/10 ・2058字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 497 ・六年級

每當有飛安意外,新聞媒體很可能會報導:「正在進行一個搜救黑盒子的動作。」記者使用了「搜救」,又談到黑盒子可以幫助釐清事發原因,或許有人會以為「黑盒子」是一位見證飛安意外的倖存者(應該不會吧?)。「黑盒子」(Black Box)嚴格來說應該稱作「飛行紀錄器」(Flight Data Recorder, FDR),而且一點也不黑。

最早的黑盒子可以追溯到二戰時期,芬蘭的航空工程師Veijo Hietala 設計了一款黑色外觀的盒子,並以已故的知名女間諜瑪塔·哈里(Mata Hari)為名。不過這個黑盒子並不是為了記錄資料以釐清飛安意外原因,而是為了記錄試飛過程的重要數據,設計出更精良的飛機。

到了1950年代,澳洲的工程師大衛華倫(David Warren)設計了一款不只能記錄儀器讀數的黑盒子,同時還能記錄座艙的聲音,也就是「座艙通話記錄器」(Cockpit Voice Recorder, CVR)的原型。1956年發生了「大峽谷空中相撞事件」,促使飛行規定大大改進,包括規定民航機必須安裝黑盒子。幾年之後,黑盒子的位置規定裝在飛機尾端,以提高飛機墜毀後資料保存的機會;黑盒子也改為橘色外觀,方便在殘骸堆中搜尋,不過「黑盒子」的外號仍保留下來一直到現在。

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現代黑盒子的發明者,澳洲工程師大衛華倫。

早期的黑盒子使用磁帶來記錄,在1990年代之後,黑盒子的紀錄元件改用固態記憶體,減少機件故障的風險,也能承受更大的撞擊力道。不同大小的飛機的記錄器形狀略有不同,但相同的是,它們都必須能抵擋3400G的撞擊、磁場干擾、穿刺、持續1小時的1100℃高溫、海水的高鹽環境、飛機油料的侵蝕。橘色外觀上貼著反光條、還有一行「FLIGHT RECORD DO NOT OPEN」(飛航資料記錄器,不可打開)的字樣,就像標註著這款黑盒子通過煉獄般的考驗,耐得起各種重大災難並忠實記錄著事發經過。

 

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FDR
2.54公分厚的矽材質抗高溫層、0.64公分厚的不鏽鋼(或鈦合金)層,讓座艙通話記錄器能在劇烈飛航意外下依然保存著資料。

如果飛機不幸墜毀在海中,水下定位信標在遇到水後,會因為短路而每秒發出一次37.5 kHz的超音波訊號,能穿透4267公尺的深海。雖然人耳聽不到的,但水下聲吶可以找出發出訊號的位置;信標的電池夠讓訊號連續發出30天。

飛行記錄器能記錄長達25小時的資料,以往磁帶能記錄的資料不超過100項,但固態記憶體能記錄超過700項資料,從飛行速度、高度、羅盤方位、平衡、油料殘量……到油箱溫度、液壓系統狀況、機翼姿勢、駕駛艙各控制桿的位置,鉅細靡遺,依照各種飛機的複雜程度不同,有不同的資料量。美國聯邦航空管理局規定,2002年8月之後,飛行記錄器至少要記錄88種資料,現在大型噴射客機可能記錄到多達3000種資料-不過誰也無法保證會不會有哪個造成事故的參數沒被記錄到。

1999年墜毀的埃及航空990班機上,黑盒子裡的磁帶。
1999年墜毀的埃及航空990班機上,黑盒子裡的磁帶。

座艙通話記錄器則是記錄著駕駛員通話記錄還有座艙的環境音,但是記錄器的設計只循環記錄了最近時段的聲音記錄,不會完整記錄整趟飛行過程的聲音;如果以2小時為一循環,那麼最近的一則聲音,會取代兩小時前的那筆記錄。不過這情況未來可能會改變。

2009年法航447號班機空難,黑盒子在兩年後才尋獲,這讓世界第三大的飛機製造商-加拿大的龐巴迪(Bombardier)開始思考「即時飛航遙測」的可能。「即時飛航遙測」和黑盒子不同,能將飛機的即時狀況透過3G基地台或是衛星傳給地面的接收站。要是飛機不幸失事,能從接收到的最近幾筆資料推斷出事發地點,使搜救行動更有效,而且也不必擔心黑盒子在空難中損毀,就沒有資料可以調查。

目前龐巴迪在2013年出廠的C-Series噴射客機配備有「即時飛航遙測」,然而這項設計並不是一開始就是為了空難鑑定,是為了收集駕駛員的操作習慣,作為依據來調整飛機的設計或者規劃出更節能的飛航方式。聽起來很棒,不過「即時飛航遙測」現階段還無法取代黑盒子;從技術上來看,得有足夠的衛星能夠覆蓋航線,目前可能的候選是由66個通訊衛星組成的銥衛星網路(Iridium Network);此外,還要有足夠的通訊頻寬才能傳輸這麼龐大的資料量,光是建置硬體的成本就高得嚇人。(除了技術之外,飛行員的專業隱私是另一個重要的考量,可以參考〈The future of the black box flight recorder explored〉一文)

也許能以「間歇傳輸」取代「全時傳輸」,或者只傳輸最最重要的幾項資料,將其他細節資料依然記錄在黑盒子中,如此能減少通訊的資料量。「即時飛航遙測」的極致是希望有一天當飛機出事時,從地面接管飛行員的操控,避免像是911事件的自殺恐怖攻擊、或者飛行員慌亂,讓飛機安然降落。什麼?你覺得太唬爛?不會吧,美國現在都遙控無人飛機殺人了,遙控飛機救人也不是這麼不切實際。

黑盒子拆解介紹。

參考資料:

  1. Flight recorder — Wikipedia
  2. How Black Boxes Work — HowStuffWorks
  3. The future of the black box flight recorder explored. WIRED.uk [26 July 2011]
  4. Bombardier readies C-Series for avionics testing. Avionics Intelligence [December 23, 2013]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。


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提早部署「免疫負債」!接種流感疫苗,有助於降低新冠肺炎死亡率

careonline_96
・2022/01/20 ・2436字 ・閱讀時間約 5 分鐘
接種流感疫苗,有助降低新冠肺炎死亡率,感染科醫師圖解說明

新冠肺炎 COVID-19 疫情是大家高度關注的問題,不過流感病毒可沒有沉寂,流感會不會出現大反撲,是目前全世界都很關心的議題。臺大兒童醫院黃立民院長表示,流感疫情與邊境管制措施有關,隨著政策的調整,流感再流行的機會相當大。因為已經兩年沒有流行,加上監視結果顯示,流感病毒株已經改變,所以當流感疫情升溫,可能出現大流行。

大家常聽到的「免疫負債」意思就是說,大家為了預防新冠肺炎 COVID-19,所以會戴口罩、勤洗手、保持距離,使得呼吸道感染、腸胃道感染的機會降低,因此一些本來容易得到的傳染病,例如流感、腸病毒等在這兩年都少了許多。黃立民醫師解釋,造成的結果就是,一旦解除防疫限制,民眾開始不戴口罩、洗手頻率減少、社交距離拉近,其他病毒就會開始流行。由於已經連續兩年都較少人感染,可以感染的人數就會變多,這個時候就容易爆發流行,把過去兩年沒有爆發的流行補回來,所以叫做「免疫負債」,像是還債的概念。

「包括法國、紐西蘭,都有觀察到這個現象,一開放邊界,就馬上大爆發」黃立民醫師提醒,「要解決免疫負債,就是要大家趕緊去打疫苗。冬天需要施打的呼吸道疾病疫苗,最強調的還是流感疫苗。」

流行性感冒病毒(Influenza virus)是經由飛沫傳染,感染者的鼻咽部、口腔、還有呼吸道都有病毒,在講話、咳嗽、打噴嚏時,會把病毒噴到環境裡,黃立民醫師說,如果距離一到兩公尺之內,就有機會被飛沫噴到而感染;另外一個模式,叫做媒介物傳染,感染者會污染他的物品,例如杯子、桌面、門把等,如果有人進入這些環境,就可能碰觸病毒而遭到感染。我們生活在城市裡,流感患者可能搭捷運、進餐館,所以扶手、椅子、桌子都可能有病毒,這種傳染模式在大城市相當常見。

流感症狀較嚴重,不同於一般感冒

呼吸道感染可分成兩種,一種叫做一般感冒,一種叫做類流感,黃立民醫師解釋,一般感冒比較輕微,類流感會比較嚴重。類流感的定義,第一個是發燒,第二個是有呼吸道症狀,比如說咳嗽、流鼻水、喉嚨痛等。

類流感跟一般感冒最大的差別就是發燒,成年人得到一般感冒通常不會發燒,如果發燒了,代表狀況比較嚴重,黃立民醫師說,台灣的類流感通常都會伴隨著一些比較不舒服的表現,包括畏寒發燒、全身痠痛、倦怠感、劇烈頭痛、腰酸背痛,這些都是流感的典型症狀。

流感不同於一般感冒

流感除了讓人全身很不舒服外,還可能出現嚴重併發症,黃立民醫師說,流感病毒會跑到肺部引起肺炎、跑到心臟造成心肌炎、跑到腦部造成腦炎,其中最常見是肺炎。流感病毒還可能引起繼發性細菌感染,例如在感染肺部以後出現細菌感染。

「由於流感病毒會攻擊我們的組織,造成全身發炎,進而導致患者原有的慢性病惡化」黃立民醫師說,「例如心臟冠狀動脈本來塞了 75%,得到流感之後可能就會塞到 95%,導致心肌梗塞。無論是慢性心臟病、高血壓、糖尿病、慢性腎臟、肝臟疾病,都可能會惡化,甚至導致死亡。」

預先部屬,預防流感

預防流感就跟預防新冠肺炎 COVID-19 一樣,要戴口罩、勤洗手、保持社交距離,減少接觸病毒的機會,黃立民醫師說,另一方面可以在每年冬天施打流感疫苗,提升身體的保護力。因為流感病毒會突變,每一年流行的病毒株都不太一樣,而且流感疫苗的保護力持續時間較短,一般認為大概三、四個月之後效果就漸漸變差了,所以每年需要重新施打。

預先部屬,預防流感

呼吸道感染發生時常常是兩、三種病原體一起感染,黃立民醫師說,隨著檢驗工具的進步,我們會發現很多人並非只有一種細菌或病毒,而是多重感染。研究發現,新冠肺炎患者亦會同時找到兩種病原,流感與新冠肺炎可能同時感染,而且病情還會加重。

「研究指出,施打過流感疫苗,比較不會被診斷新冠肺炎 COVID-19;而且如果不幸得到新冠肺炎,死亡率也會降低。」黃立民醫師解釋,「因為很多新冠肺炎屬於輕症,如果患者單獨得到新冠肺炎,症狀可能不甚嚴重,而不會就醫。但如果同時得到新冠肺炎和流感,症狀比較嚴重使就醫機率高,也就較容易被診斷出來。」

其實不只流感病毒、新冠肺炎,呼吸道本來就是一個開放的環境,還有多種細菌、病毒都混在裡面,同時遭到兩、三種感染,是很常有的狀況。因此建議可同時接種呼吸道疾病疫苗,例如流感疫苗、百日咳疫苗、肺炎鏈球菌疫苗等,都可降低新冠肺炎死亡率約兩成至三成。

貼心小提醒

五十歲以上,或者是有慢性病,例如心臟病、肝病、癌症、或是服用免疫抑制劑的患者,得到流感時出現重症的機會較高,一定要記得施打流感疫苗,提高保護力。另外,家人之間的傳播是流感病毒很重要的傳染模式,學生是傳播流感病毒的重要族群,所以也需要施打流感疫苗。

黃立民醫師強調,接種疫苗後需要一段時間身體才能產生保護力,建議大家要在流感疫情升溫前趕快施打疫苗!

careonline_96
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