Caixa preta

---

Antecedentes

Caixa preta é um termo genérico usado para descrever os gravadores de dados de voo computadorizados transportados por aeronaves comerciais modernas. O Flight Data Recorder (FDR) é um sistema de computador miniaturizado que rastreia uma variedade de dados sobre o vôo do avião, como velocidade, posição e altitude. Este dispositivo é normalmente usado em conjunto com uma segunda caixa preta conhecida como Cockpit Voice Recorder (CVR), que documenta as transmissões de rádio e sons na cabine, como as vozes dos pilotos e ruídos do motor. Em caso de acidente, as informações armazenadas nessas caixas pretas podem ser usadas para ajudar a determinar a causa do acidente.

As caixas pretas são usadas desde os primeiros dias da aviação. Os irmãos Wright carregaram o primeiro gravador de vôo em um de seus voos iniciais. Este dispositivo bruto registrou dados de voo limitados, como duração, velocidade e número de rotações do motor. Outro pioneiro da aviação, Charles Lindbergh, usou uma versão um pouco mais sofisticada, consistindo em um barógrafo, que marcava a tinta no papel enrolada em um tambor giratório. Todo o dispositivo estava contido em uma pequena caixa de madeira do tamanho de um porta-cartão. Infelizmente, esses primeiros protótipos não foram construídos de maneira robusta e não sobreviveram a um acidente.

Na década de 1940, com o crescimento da aviação comercial aos trancos e barrancos, uma série de acidentes estimulou o Civil Aeronautics Board a levar mais a sério a importância dos dados de voo. Eles trabalharam com várias empresas para desenvolver uma forma mais confiável de coleta de dados. Enfrentando o desafio, a General Electric desenvolveu um sistema chamado "selsyns", que consistia em uma série de minúsculos eletrodos conectados diretamente aos instrumentos do avião. Esses sensores conectavam informações a um gravador na parte de trás do avião. (Os gravadores são normalmente armazenados na cauda do avião porque é a área do avião com maior capacidade de sobrevivência a colisões.) Os engenheiros da GE superaram uma série de desafios técnicos no projeto dos selsyns. Por exemplo, eles habilmente reconheceram que as condições de alta altitude de baixa pressão e temperatura fariam com que a tinta normalmente usada em dispositivos de gravação congelasse ou entupisse as canetas. A solução deles foi um sistema de gravação que dependia de uma caneta para cortar uma imagem em papel preto revestido com laca branca. No entanto, apesar de seus esforços, a unidade nunca foi usada em um vôo real. Na mesma época, outra empresa de engenharia, Frederick Flader, desenvolveu um dos primeiros gravadores de fita magnética; no entanto, este dispositivo também nunca foi usado.

A tecnologia da caixa preta não avançou mais até 1951, quando o professor James J. Ryan ingressou na divisão mecânica da General Mills. Ryan era um especialista em instrumentação, análise de vibração e projeto de máquinas. Atacando o problema dos FDRs, Ryan criou seu próprio VGA Flight Recorder. O "V" significa velocidade (velocidade no ar); "G" para forças G (aceleração vertical); e "A" é para altitude. O gravador Ryan era um dispositivo de 4,5 kg, mais ou menos do tamanho de uma caixa de pão, com dois compartimentos separados. Uma seção continha os dispositivos de medição (o altímetro, o acelerômetro e o indicador de velocidade no ar) e a outra continha o dispositivo de registro, que se conectava aos três instrumentos.

O design compartimentado básico de Ryan ainda é usado em gravadores de vôo hoje, embora tenha passado por inúmeras melhorias. A caneta e o dispositivo de gravação de filme de verniz foram substituídos por uma fita magnética de um quarto de polegada (6,4 mm), que por sua vez foi substituída por chips de memória digital. O número de variáveis ​​que os gravadores podem rastrear também aumentou drasticamente, de três ou quatro parâmetros para cerca de 300. Os FDRs agora podem rastrear características em voo como velocidade, altitude, posição do flap, modo de piloto automático e até mesmo o status de fumaça a bordo alarmes. No início dos anos 1960, a indústria aérea acrescentou a capacidade de gravação de voz com o Cockpit Voice Recorder (CVR). Mas talvez o avanço mais significativo na fabricação de gravadores de vôo tenham sido as melhorias feitas em sua construção, permitindo que as unidades resistam melhor à força destrutiva de um acidente. Os primeiros modelos tinham que suportar apenas cerca de 100 Gs (100 vezes a força da gravidade), o que é vagamente equivalente à força de queda de cerca de 10 pés (3 m) do solo em uma superfície de concreto. Para simular melhor as condições reais de colisão, em 1965 os requisitos foram aumentados para 1.000 Gs por cinco milissegundos e, posteriormente, para 3.400 Gs por 6,5 milissegundos.

Hoje, as grandes aeronaves comerciais e algumas aeronaves comerciais, corporativas e privadas menores são obrigadas pela FAA a serem equipadas com um gravador de voz de cabine e um gravador de dados de voo. Em caso de colisão, as caixas pretas podem ser recuperadas e enviadas, ainda lacradas, ao National Transportation Safety Board (NSTB) para análise.

Componentes

O Flight Data Recorder e o Voice Data Recorder (ou Cockpit Voice Recorder) são construídos a partir de componentes semelhantes. Ambos incluem uma fonte de alimentação, uma unidade de memória, placa de controle eletrônico, dispositivos de entrada e um farol de sinal.

Fonte de alimentação

Tanto os FDRs quanto os CVRs funcionam com uma fonte de alimentação de dupla tensão (115 VAC ou 28 DC), o que dá às unidades a flexibilidade de serem usadas em uma variedade de aeronaves. As baterias são projetadas para operação contínua de 30 dias e têm vida útil de seis anos.

Crash Survivable Memory Unit (CSMU)

O CSMU foi projetado para reter 25 horas de informações digitais do voo. As informações armazenadas são de altíssima qualidade porque os eletrônicos de última geração da unidade permitem armazenar dados em uma forma não compactada.

Controlador integrado e placa de circuito (ICB)

Esta placa contém o circuito eletrônico que atua como painel de controle para os dados de entrada.

Interface da aeronave

Esta porta serve de conexão para os dispositivos de entrada, dos quais as caixas pretas obtêm todas as informações sobre o avião. A interface FDR recebe e processa sinais de uma variedade de instrumentos a bordo do avião, como o indicador de velocidade do ar, alarmes de advertência a bordo, altímetro, etc. A interface empregada para o CVR recebe e processa sinais de um microfone da área do cockpit, que geralmente é montado em algum lugar no painel de instrumentos superior entre os dois pilotos. O microfone se destina a captar sons que podem ajudar os investigadores a determinar a causa de um acidente, como ruído do motor, avisos de estol, extensão e retração do trem de pouso e outros cliques e estalos. Esses sons podem ajudar a determinar a hora em que certos eventos relacionados ao travamento ocorreram. O microfone também transmite comunicações com o Controle de Tráfego Aéreo, briefings meteorológicos por rádio automatizados e conversas entre os pilotos e a tripulação de solo ou de cabine.

Sinalizador localizador subaquático (ULB)

Cada registrador pode ser equipado com um farol localizador subaquático (ULB) para auxiliar na identificação de sua localização no caso de um acidente sobre a água. O dispositivo, informalmente conhecido como "pinger", é ativado quando o gravador é imerso em água. Ele transmite um sinal acústico em 37,5 KHz que pode ser detectado com um receptor especial. O O Flight Data Recorder (FDR) é um sistema de computador miniaturizado que rastreia uma variedade de dados sobre o voo do avião, incluindo sua velocidade, posição e altitude. O sistema está alojado em um contêiner de metal pesado, construído para suportar o estresse de uma colisão. o farol pode transmitir de profundidades até 14.000 pés (4.200 m).

O processo de fabricação

A chave para fabricar uma caixa preta de sucesso é torná-la o mais indestrutível possível. Isso é feito revestindo os componentes dentro de um invólucro protetor multicamadas. Cada um dos diferentes fabricantes de gravadores tem seu próprio design proprietário, mas, em geral, o processo de fabricação pode ser descrito da seguinte forma:

1. Os componentes principais (a fonte de alimentação, a interface / placa controladora e os circuitos de memória) são construídos como unidades separadas e, em seguida, montados para formar a caixa preta completa. Esta abordagem modular permite que os componentes sejam facilmente substituídos sem desmontar todo o dispositivo. Cada um desses componentes tem seus próprios requisitos especiais de montagem, mas a atenção primária é dada à proteção da unidade de memória, uma vez que ela contém os dados que serão de interesse dos investigadores.
2. Uma configuração multicamadas é usada para garantir que os circuitos integrados da unidade de memória sejam adequadamente protegidos. A camada mais externa é a carcaça, que consiste em uma placa de blindagem de aço.
3. Abaixo disso está uma camada de isolamento, seguida por uma grossa placa de parafina, que forma um bloco térmico. À medida que a parafina derrete, ela absorve calor e, portanto, mantém a temperatura do núcleo da memória mais baixa.
4. Abaixo da parafina está a placa contendo os chips de memória.
5. Abaixo da placa de memória há outro bloco térmico de parafina, seguido por outra camada de isolamento. Todo o conjunto é montado em uma placa de aço que serve como tampa de acesso.
6. A unidade de memória Crash Survivable montada é então aparafusada na frente de uma prateleira de montagem de placa de metal pesado com quatro grandes parafusos de retenção. A fonte de alimentação está instalada logo atrás do CSMU.
7. A placa de circuito de controle e interface (ICB) é fixada por parafusos na parte inferior da prateleira de montagem. Uma tampa de acesso de metal protege a placa e fornece acesso fácil.
8. O Underwater Locator Beacon (ULB) é afixado aos dois braços que se estendem da frente da unidade de memória. O ULB sobressai da caixa e tem uma forma cilíndrica que permite que seja usado como uma alça para todo o dispositivo. Se o gravador for vendido sem ULB, um tubo oco de metal com alça é instalado em seu lugar.
9. O revestimento externo é pintado de laranja brilhante ou vermelho para torná-lo mais visível em caso de acidente.

Controle de qualidade

Após a fabricação, as unidades são expostas a uma série de condições de teste de tortura extenuantes e um tanto bizarras. Caixas pretas são disparadas de canhões, apunhaladas por hastes de aço finas, presas a pesos de 500 lb (227 kg) e jogadas de 10 pés (3 m) acima do solo, esmagadas em um torno a 5.000 lb (2.270 kg) de pressão, cozidas com um maçarico por uma hora a 2.012 ° F (1.100 ° C) e submerso sob o equivalente a 20.000 pés (6.000 m) de água do mar por um mês. Após esse teste, o microprocessador integrado permite que uma variedade de diagnósticos sejam executados para garantir que a unidade esteja operando corretamente. A interface de alta velocidade permite que toda a unidade de memória seja verificada em menos de cinco minutos. Esta avaliação pode ser feita na fábrica para verificar se a unidade está funcionando perfeitamente, e novamente após a instalação para garantir que ainda está funcionando corretamente. De acordo com o regulamento, gravadores de vôo para aeronaves recém-fabricadas devem monitorar com precisão pelo menos 28 fatores críticos, como tempo, altitude, velocidade do ar, rumo e atitude da aeronave. O tempo médio entre as falhas para esses dispositivos deve ser superior a 15.000 horas e eles são projetados para não precisar de manutenção. Se a unidade passar em todos os testes descritos acima, ela atende aos requisitos estabelecidos pela FAA (Federal Aviation Authority).

O Futuro

O futuro já se desdobra para os fabricantes de caixas pretas. Smith Industries, um importante fornecedor de gravadores de vôo, anunciou recentemente que está desenvolvendo um único dispositivo que substituirá unidades separadas de FDR e CVR. Seu dispositivo é conhecido como Gravador de Aquisição de Dados Integrados (IDAR) e incorpora dados de vôo e voz em uma configuração de caixa única, junto com um sistema de transferência de dados para recuperação de dados de manutenção. A introdução do IDAR permite uma redução de 25% no peso crítico do sistema. Curiosamente, essa nova direção no desenvolvimento de produtos vem ao mesmo tempo que uma nova legislação que torna obrigatório o registro de dados vinculados a mensagens de controle de tráfego aéreo. Essa nova lei exigiria que as caixas pretas contivessem ainda mais informações. É provável que os fabricantes de equipamentos de gravação de vôo estejam à altura do desafio e desenvolvam caixas pretas que podem armazenar mais e mais informações em embalagens cada vez menores.