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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

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

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。

Dave_Warren_with_BlackBox_Prototype
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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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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穿梭機場中的飛安守門人——航務員
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/04/30 ・1894字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 460 ・五年級

本文由 我的青航時代-2021航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。

  • 文 / 林曉君

搭乘飛機時,除了大家熟知的地勤、海關與機組人員外,還有哪些人在為這趟飛行服務?能有一趟安全的飛行旅程,絕對不能不認識穿梭於跑道上的飛安守門人——航務員。

檢查的工作,從凌晨五點的開始

航務員從凌晨 5 點巡視滑行道開始一天的工作,他們必須確保地面與設施能維持正常運行。如果有鳥類進入滑行道,航務員也必須想辦法驅離,因為鳥類不會主動閃避飛機,若繼續待在滑行道上,可能導致鳥類被捲入飛機渦輪,造成飛機受損,更嚴重的是影響飛行安全。當然,巡視跑道也不是人人都可以執行的任務,要在機場的管制區內開車,需先取得空側駕照,不同機場也都有屬於該機場的通行與車輛管制作業程序須要遵守。

航務員一早以巡視滑行道開始,負責確保地面與設施能維持正常運行。圖/Pexels

航務員需確認跑道狀況,向塔台回報第一手資料,這也讓航務員有了「塔台的眼睛與耳朵」的稱號。

確認滑行道安全後,接著就要進行地勤車輛抽檢。除了例行性的酒測之外,更需要檢查是否有攜帶機場場面圖、滅火器與空側駕照。更特別的是,空側駕照還不只一種,水車、空廚、腹艙車等不同車種,都需要考取不同的空側駕照,航務員這時候就扮演督察員的角色,需一一檢查駕駛員是否取得應有的駕駛執照。

除了機場場面上的工作人員,正副機長在出勤前的酒測也是由航務員執行。

都登上飛機了,為什麼還不出發?

上面提到的航務員工作,多半是起飛前的前置作業,如果航務員在事前都做好所有檢查與準備了,那為什麼還會有飛機延誤的情況呢?

其實,飛機延誤的原因有很多,包含出發地與目的地的天氣狀況,配合飛航管制而停留,或是飛機臨時被檢查出設備有問題,都會導致飛機延誤。

有搭乘飛機經驗的人也許經歷過,即使登機了仍需要等候一段時間才能起飛的狀況。圖/Pexels

對航務員而言,也許無法掌握天氣與旅客狀態,但可以監督每架飛機從降落到起飛離開的 SOP,遇到問題快速排除,才能避免人為的飛安危機。

此外,當飛機延誤時,很有可能佔用下一班飛機原定使用的登機門,這時航務員必須跟塔台協調,引導飛機到其他登機門停留。

第一線維護機場安全

電影中常常會演出機場事故的橋段,在現實生活中,航務組的成員會負責擔任事故現場的總指揮,聯繫塔臺與其他單位。航務組也會負責救災資源調度,確保能在最快的時間內讓旅客安全撤離,降低傷害。

航務員是站在第一線維護機場安全的角色,機場內消防大隊、機場災害或飛航安全事故搶救等攸關安全的第一線任務,都由航務員負責管理或處理,因此,身為航務員必須有敏銳辨識危險的特質。

想成為一名合格的航務員,不只需要擁有臨機應變的能力,良好的英語溝通能力更是不可或缺的重要條件。

機場攸關安全的第一線任務,都由航務員負責管理或處理。圖/Pexels

也許在搭乘飛機時,乘客不會注意到航務員忙碌工作的身影,不過也仰賴他們每天從凌晨五點開始的細心檢查、用心監督,才讓我們搭乘飛機時能平安順利的離開地面,翱翔於天空之中。

你是 18 歲以上、有著航空夢的在校生?我的青航時代-2021航發會X暑期航空營熱烈報名中!傳送門這邊走  

參考資料

  1. 《一日系列第八十三集》終於來到機場!!阿公究竟能不能勝任松機的工作呢?-一日松機航務員
  2. 航管員、航務員、簽派員怎麼分? 他們分別做些什麼工作?
  3. 航空交通管制
  4. 跑道
  5. 背景目的 – 交通部民用航空局 
  • 本文感謝 松山機場航務組 提供相關資料與諮詢

本文由 我的青航時代-2021航發會×暑期航空營 委託,泛科學企劃執行。