Chuyện công nghệGiải tríNội dung nổi bật

Dữ liệu trong hộp đen có thực sự an toàn?

Thường có rất nhiều câu hỏi chưa thể nào có đáp án khi máy bay gặp sự cố. Đó là lý do tại sao các điều tra viên sẽ cần đến máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR) và máy ghi âm buồng lái (CVR), còn được gọi là "hộp đen", để tìm câu trả lời. Sau bất kỳ vụ tai nạn máy bay nào ở Mỹ, các nhà điều tra an toàn của Ban An toàn Giao thông Vận tải Quốc gia (NTSB) ngay lập tức bắt đầu tìm kiếm hộp đen của máy bay .
920

Thường có rất nhiều câu hỏi chưa thể nào có đáp án khi máy bay gặp sự cố. Đó là lý do tại sao các điều tra viên sẽ cần đến máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR) và máy ghi âm buồng lái (CVR), còn được gọi là “hộp đen”, để tìm câu trả lời. Sau bất kỳ vụ tai nạn máy bay nào ở Mỹ, các nhà điều tra an toàn của Ban An toàn Giao thông Vận tải Quốc gia (NTSB) ngay lập tức bắt đầu tìm kiếm hộp đen của máy bay .

Tuy nhiên, không phải lúc nào câu trả lời cũng đến sớm. Các điều tra viên đã mất gần hai năm để tìm ra hộp đen từ Chuyến bay 447 của Air France, rơi vào ngày 1 tháng 6 năm 2009, xuống Nam Đại Tây Dương. Chiếc hộp đen không chỉ sống sót sau va chạm mà còn bị chìm sâu xuống gần 4km dưới mặt nước biển mặn và chịu sự ăn mòn khủng khiếp. Cuối cùng, dữ liệu đã chứng minh rằng lỗi của phi công đã góp phần gây ra sự cố và gây ra vụ tai nạn.

Những chiếc hộp đen, có giá từ 10.000 USD đến 15.000 USD mỗi chiếc sẽ tiết lộ chi tiết về các sự kiện xảy ngay trước khi vụ tai nạn xảy ra. Trong bài viết này, mình sẽ cùng các bạn xem xét thành phần của hộp đen, cách hoạt động và cách chúng được bảo vệ.

1. Nguồn gốc và cách hoạt động

Việc sử dụng rộng rãi các máy ghi âm hàng không bắt đầu cho đến thời kỳ hậu Thế chiến thứ hai. Kể từ đó, phương tiện ghi âm hộp đen đã phát triển để ghi lại nhiều thông tin hơn về hoạt động của máy bay. Hộp đen không có nghĩa là nó có màu đen và hình hộp. Hộp đen thực sự có hình trụ gắn trên hai miếng kim loại lớn và trông giống như một máy nén khí hơn là ghi âm. Còn thực tế, nó được sơn màu cam để dễ dàng tìm thấy trong rừng, biển hay đống đổ nát. Các hộp đen đời đầu sử dụng băng từ, một công nghệ lần đầu được giới thiệu vào những năm 1960 – giống như những chiếc băng của đài cassette. Những cuộn băng được kéo qua một đầu điện từ, để lại một dữ liệu trên băng. Theo dòng phát triển của công nghệ lưu trữ thì ngày nay, hộp đen sử dụng bảng bộ nhớ trạng thái rắn – tương tự như những chiếc SSD của chúng ta đang sử dụng và ra đời từ những năm 1990.

Chiếc hộp đen của Liên Xô trước đây với công nghệ băng từ

Bộ lưu trữ thể rắn được cho là đáng tin cậy hơn nhiều so với các máy ghi âm băng từ trước đây. Các chip nhớ được sắp xếp theo một trật tự, không có bộ phận chuyển động nào, lưu trữ được nhiều dữ liệu. Từ đó việc bảo trì, bảo dưỡng sẽ ít hơn hay nếu có xảy ra va chạm thì việc bảo vệ dữ liệu sẽ dễ dàng và ít khả năng một thành phần linh kiện nào đó bị vỡ, hỏng hơn.

Hộp đen: chứa bộ lưu trữ tập trung (CSMU), bộ lưu trữ này ghi dữ liệu từ máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR)máy ghi âm buồng lái (CVR). Không gian lưu trữ của hộp đen sẽ chứa ít nhất 2 giờ dữ liệu âm thanh buồng lái và 25 giờ dữ liệu của chuyến bay. Khi biết được thông tin này mình nghĩ “tại sao lại ít như vậy” vì hiện tại công nghệ lưu trữ rất hiện đại và có không gian lưu trữ rất lớn. Tuy nhiên, những thông tin sau đây sẽ khiến chúng ta bất ngờ. Những chiếc máy bay hiện tại bây giờ như Boeing 787 có trung bình đến hơn 146.000 lần ghi thông số cần phải lưu lại liên tục như gia tốc, tốc độ bay, độ cao, cài đặt cánh đảo gió, nhiệt độ bên ngoài, hiệu suất động cơ, nhiệt độ và áp suất cabin,… vân vân và mây mây những thông số khác. Và số dữ liệu đó trong một chuyến bay có thể lên đến vài Terabyte thậm chí có thể hơn nữa. Đó là một con số khổng lồ để lưu trữ chưa nói đến việc đọc ghi liên tục bền bỉ trong thời gian dài như vậy. Tất cả các dữ liệu phức tạp từ các cảm biến đó được thu thập lại ở khu vực đầu máy bay, sau đó xử lý và chuyển vào hộp đen thường được đặt đặt ở đuôi máy bay.

2. Thành phần chính

Như đã đề cập ở trên thì một chiếc hộp đen máy bay thường sẽ có 3 thành phần chính: máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR) và máy ghi âm buồng lái (CVR) và bộ nhớ lưu trữ (CSMU).

  • Máy ghi âm buồng lái (CVR): Trong hầu hết các máy bay thương mại hiện nay được trang bị 4 micro xung quanh buồng lái. Các micrô này cũng theo dõi bất kỳ tiếng ồn xung quanh nào trong buồng lái, chẳng hạn như công tắc bật tắt hoặc bất kỳ tiếng gõ hoặc tiếng đập nào. Có thể có tối đa 4 micrô trong buồng lái của máy bay, mỗi micrô được kết nối với máy ghi âm buồng lái (CVR). Trong buồng lái, cũng có một thiết bị được sử dụng để điều khiển và liên kết có khả năng khuếch đại âm thanh trước khi đến hộp đen. Bốn micrô được đặt trong tai nghe của phi công, tai nghe của phi công phụ, tai nghe của thành viên phi hành đoàn thứ ba (nếu có thành viên phi hành đoàn thứ ba) và gần trung tâm của buồng lái để nhận cảnh báo bằng âm thanh của phi công và các âm thanh khác. CVR hiện nay có thể lưu trữ lên đến 2 giờ dữ liệu.
  • Máy ghi dữ liệu chuyến bay (FDR): Được thiết kế để ghi lại dữ liệu hoạt động từ hệ thống của máy bay. Các cảm biến được nối từ các khu vực khác nhau trên máy bay đến bộ phận thu thập dữ liệu chuyến bay và được kết nối với FDR. Vì vậy, bất cứ khi nào phi công bật công tắc hoặc xoay một núm, FDR sẽ ghi lại từng hành động. Một số thông số thường được ghi lại trong một chuyến bay: thời gian, tốc độ gió, gia tốc theo phương thẳng đứng, vị trí bánh lái-bàn đạp, vị trí bánh xe điều khiển, ổn định ngang, lưu lượng nhiên liệu… FDR hiện nay có thể lưu trữ lên đến 25 giờ dữ liệu.
  • Bộ nhớ lưu trữ (CSMU): giống như một ổ cứng giúp lưu trữ các dữ liệu từ 2 thiết bị CVR và FDR. Thực tế khi xảy ra sự cố thì thường 2 thành phần ghi âm trên đều sẽ hư hỏng và chỉ duy nhất CSMU được bảo vệ và tìm kiếm.

3. Thành phần được bảo vệ

Tai nạn máy bay là một thảm họa, gây ra rất nhiều sự mất mát và khi xảy ra tai nạn thì không gì có thể đảm bảo nguyên vẹn. Trong nhiều vụ tai nạn, thứ duy nhất còn sống sót là bộ nhớ có thể sống sót là hộp đen. CSMU là một hình trụ lớn, được thiết kế để chịu được nhiệt độ cực cao, va chạm cực mạnh và áp lực lớn. Trong các hộp đen đời đầu sử dụng băng từ để lưu trữ thì CSMU nằm bên trong một hình hộp chữ nhật.

Cấu tạo từ ba lớp vật liệu:

  • Nhôm: là lớp vật liệu trong cùng, lớp nhôm mỏng bao bọc xung quanh các chip nhớ để chống từ tính.
  • Lớp cách nhiệt: Vật liệu silica khô dày từ 2cm đến 3cm và có khả năng bảo vệ ở nhiệt độ cao. Đây là vật liệu giữ cho bộ lưu trữ dữ liệu an toàn trong các vụ hỏa hoạn sau tai nạn.
  • Vỏ thép không gỉ: Lớp vỏ ngoài cùng này dày khoảng 0.5cm đến 1cm. Titan cũng có thể được sử dụng để tạo ra lớp “áo giáp” bên ngoài này.

Những lớp bảo vệ này cực kỳ quan trọng. Vì vậy, để đảm bảo rằng dữ liệu luôn an toàn, các kỹ sư nghiên cứu sản xuất đã có những bài kiểm tra “dã man” nhất, “điên cuồng” nhất để xem liệu sản phẩm họ làm ra có đáp ứng được những tiêu chuẩn kỹ thuật hay không.

4. Các bài kiểm tra độ bền

Để đảm bảo chất lượng và khả năng tồn tại của hộp đen, các nhà sản xuất kiểm tra rất kỹ lưỡng các CSMU. Hãy nhớ rằng, chỉ CSMU mới phải sống sót sau một vụ tai nạn – nếu các nhà điều tra tai nạn có điều đó, họ có thể lấy thông tin họ cần. Để kiểm tra, các kỹ sư tải dữ liệu mẫu lên bộ nhớ bên trong CSMU. Mẫu này được xem xét khi đọc để xác định xem có bất kỳ dữ liệu nào bị hỏng do va chạm, hỏa hoạn hoặc áp lực hay không.

Thử nghiệm đốt trong quá trình sản xuất hộp đen

Một số thử nghiệm:

  • Tác động do va chạm: Họ cho CSMU vào một khẩu pháo không khí và bắn nó đi với tốc độ khoảng 3400Gs (1G là lực hấp dẫn của trái đất). “Mục tiêu” là một tấm nhôm dạng tổ ong. Vụ va chạm khiến cho CSMU phải chịu một lực nén gấp 3400 lần trọng lực của nó và điều này được cho rằng đã vượt ngưỡng của một vụ va chạm thực tế.
  • Đâm xuyên: Để kiểm tra khả năng chống đâm xuyên của thiết bị, các nhà nghiên cứu thả vật nặng gần 230kg có một đầu nhọn dài 0,64cm từ độ cao 3m vào phần dễ tổn thương nhất của CSMU.
  • Nghiền tĩnh: Các CSMU sẽ được cho vào một máy ép và bị ép trong 5 phút với lực khoảng 5000psi lên mỗi điểm trọng yếu của chiếc hộp đen.
  • Đốt: họ đặt những chiếc hộp đen vào ngọn lửa với nhiệt độ 1100 độ C trong 1 giờ. Đây là tiêu chuẩn của Cục Hàng không Liên bang Mỹ FAA đưa ra để đảm bảo an toàn khi xảy ra tai nạn thực tế.
  • Áp lực dưới nước biển: CSMU được đặt vào một bể chứa nước muối có độ mặn và áp suất tương tự dưới đáy biển trong 24 giờ.
  • Ngập nước mặn: CSMU phải tồn tại trong bể nước muối trong 30 ngày.
  • Ngâm hóa chất: Các thành phần CSMU khác nhau được ngâm với nhiều loại chất lỏng hàng không bao gồm: nhiên liệu máy bay, chất bôi trơn và hóa chất chữa cháy,…

Sau khi thiết bị nguội đi sau quá trình “tra tấn”, các kĩ sư sẽ tháo nó ra và kéo mô-đun bộ nhớ ra ngoài. Họ đóng gói lại bảng mạch, lắp cáp tín hiệu mới và gắn thiết bị vào hệ thống đọc để xác minh rằng tất cả dữ liệu được cho vào trước đó đều nguyên vẹn.

Hộp đen thường được bán và lắp đặt trực tiếp bởi các nhà sản xuất máy bay. Hộp đen đều được lắp ở đuôi máy bay – đặt chúng ở phía sau máy bay sẽ làm tăng cơ hội “sống sót” của nó. Đôi khi chúng nằm trên trần của khoang chứa, trong hầm hàng phía sau hoặc ở phần đuôi hình nón che phía sau máy bay.

5. Sau sự cố

Như mình đã đề cập ở trên thì màu sắc thực tế của những chiếc “hộp đen” có màu cam sáng. Màu sắc khác biệt này, cùng với các dải băng phản quang gắn bên ngoài giúp các nhà điều tra dễ xác định vị trí các hộp đen sau một vụ tai nạn. Những điều này đặc biệt hữu ích khi máy bay hạ cánh xuống nước.

Có hai nguồn gốc về thuật ngữ “hộp đen”: Một số người tin rằng đó là do các máy ghi âm ban đầu được sơn màu đen, trong khi những người khác cho rằng nó ám chỉ sự cháy xảy ra trong các vụ hỏa hoạn sau tai nạn.

Ngoài lớp sơn và băng phản quang, các hộp đen còn được trang bị đèn hiệu định vị dưới nước (ULB). Nếu một chiếc máy bay lao xuống nước, đèn hiệu sẽ phát ra một xung siêu âm mà tai người không thể nghe thấy nhưng có thể dễ dàng phát hiện bằng thiết bị định vị sóng âm. Có một cảm biến ngập nước ở bên cạnh của đèn hiệu khi nước chạm vào cảm biến này, đèn hiệu sẽ được kích hoạt.

Hộp đen phát tín hiệu “ping”

Đèn hiệu phát ra sóng âm với tần số 37,5 kHz và có thể truyền âm thanh sâu tới 4.267 mét trong bán kính khoảng 22km. Sau khi đèn hiệu được kích hoạt, nó sẽ gửi tín hiệu “ping” đi 1 lần mỗi giây liên tục trong 30 ngày. Trong các trường hợp tai nạn về nước, các máy ghi âm được đặt trong một thùng nước lạnh hơn để giữ cho chúng không bị khô.

6. Tương lai của hộp đen

Bắt đầu với việc ghi lại video trong buồng lái: việc này được nhiều chuyên gia về hàng cho biết là đã hoàn toàn sẵn sàng và có thể làm được. Tuy nhiên, khi đề xuất này được đưa ra thì đã vấp phải rất nhiều phản đối từ các phi công. Họ cho rằng vậy là vi phạm vào quyền riêng tư của họ và các dữ liệu hiện nay đã là đủ cho việc điều tra rồi. Và hiện tại thì việc ghi thêm video trong buồng lái của những chiếc máy bay thương mại vẫn đang bị tạm dừng vì những tranh cãi này. Tuy nhiên, một số hãng đã thiết lập hệ thống ghi hình trên máy bay của họ. Ví dụ như Airbus đã lắp đặt hệ thống Vision 1000 trên tất cả các máy bay trực thăng của mình. Hệ thống Vision 1000 được gắn phía sau đầu của phi công, nó ghi lại hành động của phi công và khu vực buồng lái, cũng như tầm nhìn ra ngoài kính chắn gió, với tốc độ 4fps. Nó chỉ nặng khoảng 250g và chỉ cần nguồn điện từ pin.

Tiếp đến là công nghệ giúp hộp đen chủ động được phóng ra khỏi máy bay khi gặp sự cố. Việc này sẽ giúp dễ dàng định vị và giảm thiệt hại rất nhiều lần. Tuy nhiên, cho đến nay thì công nghệ này vẫn chưa được các nước thông qua và chưa được triển khai.

Mô phỏng hệ thống hộp đen kết nối với vệ tinh

Chúng ta hẳn vẫn còn nhớ đến tai nạn hàng không thương tâm của Malaysia với chiếc máy bay có số hiệu MH370. Sự việc này đã làm nổi lên việc công nghệ hiện nay của hộp đen liệu có thật sự bắt kịp với thời đại. Trong thời đại Big Data và lưu trữ đám mây của chúng ta hiện này, khi các vệ tinh có thể giúp điều khiển mọi thứ từ thể thao đến giá cổ phiếu và đưa vào điện thoại thông minh của chúng ta, tại sao chúng ta vẫn giữ nguyên dữ liệu và khóa trong một chiếc hộp có thể bị rơi cùng máy bay? Hơn nữa việc không gian lưu trữ giới hạn cũng cho thấy nhiều điểm hạn chế lớn khi hiện nay có rất nhiều những chuyến bay kéo dài hơn thời gian mà bộ nhớ của hộp đen của thể lưu lại được. Việc ghi đè dữ liệu này dẫn đến thiếu thông tin cần thiết cho những cuộc điều tra. Nếu hộp đen được kết nối vệ tinh và dữ liệu sẽ được truyền đi và lưu trữ real – time liên tục. Điều này nếu xảy ra sẽ có tác dụng rất tốt như việc không gian lưu trữ giờ không còn bị giới hạn bởi phần cứng cũng như việc dữ liệu được đảm bảo an toàn 100% và được truy xuất ngay khi cần thiết.

Hộp đen có cần cập nhật thế kỷ 21 không? Và nếu vậy, lưu trữ đám mây liệu có thực tế, giá cả phải chăng, đáng tin cậy và đủ an toàn để bổ sung hoặc thay thế hiện trạng không? Đó vẫn là những câu hỏi và những chữ “nếu” rất lớn chưa thể giải quyết.

5 ( 1 bình chọn )

Bài viết liên quan

About Nguyễn Thành Đạt

View all posts by Nguyễn Thành Đạt

Ý kiến bạn đọc (0)

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Kết nối với chúng tôi

Sự kiện nổi bật

Thứ 2

06/06/2022 22:00

Sự kiện WWDC 2022

Tại địa điểm

Apple Park, California

Xem nhiều

Chủ đề

Bài viết mới

Xem thêm