太空与网络
文 | 谢鹰（联通航美网络有限企业）个人公众号：老鹰漫谈
3月21日，东航MU5735坠机事件，结束了中国民航长达4227天的飞行安全记录，132个鲜活的生命就此逝去。
截止目前，飞机的两个黑匣子都已经找到。据民航事故调查中心主任毛延峰在发布会上的先容，调查人员需要把两部记录器（黑匣子）的数据，以及现场勘查的证据、空管雷达数据、机组和空管单位的陆空通话、飞机与地面的数据链传输信息、证人访谈等信息结合起来，进行综合分析研判，才能更加客观准确地分析事故的原因。
逝者已逝，世人在悲痛之余，关注的焦点都集中在事故原因上。然而其中一个黑匣子外观损毁严重，数据能否恢复、何时能完成读取和分析，均是未知数。于是有网友提出疑问：“大飞机都给乘客付费Wi-Fi了，搞个实时监控有多难？”，“2022年了，黑匣子太土了，飞机内外部全部装摄像头，实时传输数据完全可行。”
真的是这样的吗？
飞机“黑匣子”到底是什么
飞行信息记录系统也叫飞行记录仪，俗称“黑匣子”，是飞机专用的电子记录设备之一。系统包括两套仪器：一个是驾驶舱话音记录器CVR（CockpitVoiceRecorder），另一个是飞行数据记录器FDR（FlightDataRecorder）。
飞机各机械部位和电子仪器仪表都装有传感器与之相连。黑匣子能把飞机停止工作或失事坠毁前半小时的语音对话，和两小时的飞行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林尼治时间，还有飞机系统工作状况和发动机工作参数等飞行参数都记录下来，以备需要时把所记录的内容解码，供飞行实验、事故分析之用。
黑匣子被放进特殊钢材制造的耐热抗震的容器中，容器为球形或长方形，能承受自身重力1000倍的冲击，经受11000℃的高温30分钟而不被破坏，在海水中浸泡30天而不进水。为了便于寻找它的踪影，国际民航组织规定此容器要漆成醒目的桔红色。在它的内部装有自动信号发生器能发射无线电信号，以便于搜索（但只能指示大致方向）；还装有超声波水下定位信标，当黑匣子落入水中后，可以自动连续30天发出超声波信号。
黑匣子概念自上世纪50年代提出，飞机的黑匣子已陆续发展了三代产品，目前使用的黑匣子大都是第三代，包括此次东航MU5735飞机上使用的。第三代黑匣子定型于上世纪90年代，而随着飞机联网功能的陆续普及，第四代黑匣子也在孕育中。
其实不光飞机有黑匣子，汽车、火车、轮船也有。由于汽车、火车大多都解决了实时联网问题，同时公路、铁路沿线网络覆盖也相对较好，所以汽车、火车等交通工具在发生灾难性事故时，除了交通工具现场的线索外，指挥中心或调度中心一般都能第一时间掌握事故发生前一秒的相关影像等数据，这也是在处理这些交通工具事故时，大家很少谈论黑匣子的原因。
由于过去飞机在飞行过程中没有实时宽带网络，不能将飞行数据和音视频信息实时传回地面，只能实时存储在飞机的黑匣子内。所以当空难不幸发生之后，不论是事故发生国空管的ATC（飞机交通管制），亦或是飞机所属航空企业的AOC（飞机运营中心），对事故发声时的细节都所知甚少。要想揭开事故真相，就必须找到黑匣子，依靠其记录的数据和其他相关证据佐证还原事故发生过程。
黑匣子上云，靠谱吗？
既然火车和汽车的黑匣子数据能上云，飞机的黑匣子能上云吗？
东航坠机事件后，航空及卫星通信等相关行业里，一时间发起了“飞机黑匣子上云”的大讨论。作为航空、通信的跨界人士，笔者认为，飞机黑匣子上云，长期看非常靠谱，这也是未来黑匣子技术必然的发展方向。但短期看，先解决飞机联网问题显得尤为重要！有了信息通路，飞机黑匣子上云才有了可能。
那么，今天的飞机上都有哪些通信网络？为什么还不足以支撑黑匣子数据上云？
众所周知，民航飞机是在空管指挥下，按航路进行飞行的，飞行员与空管之间一直保持着通话，这个网络能用来让“黑匣子”上云吗？答案是不能，飞行员与空管通话的网络是VHF网络，其数据传输能力仅有kbps级别，根本无法满足黑匣子上云的带宽需求。 那么飞机的前舱通信（L波段）海事卫星通路能否用来满足黑匣子上云呢？答案也是否定的，因为这个通路带宽一般用来传送ACARS基于IP的飞机通信寻址与报告系统，解决空中交通管制ATC和航空企业运营中心AOC的通信问题。
接下来，在讨论逐渐普及的供客舱乘客使用的空中卫星互联网之前，大家先明确一个思路：黑匣子上云，飞机有通信链路是前提，飞机链路够不够宽是基础，链路等级是必须要面对的关键，当然，经济上值不值得也是需要考虑的。
随着近年来4/5GATG（民航地空宽带通信系统）和Ku、Ka高通量卫星技术的出现，机上可用带宽更宽了，乘客上网的体验也有了明显提升。2020年7月7日，中国首架国产高速互联网飞机在青岛首航，机上互联网由我国首颗Ka卫星中星16号提供，据报道，在万米高空能够实现百兆以上的高速率联网。因此近年来，有欧美厂家陆续提出了通过飞机联网链路实时传送飞机运行数据的相关动议，但在实践层面，黑匣子上云这件事仍属于刚刚起步阶段，并且由于飞机特有的安全要求，前路还会很漫长。主要难点在于：
1、链路等级需重新定义。
首先飞机联网的ATG、高通量卫星链路目前都是按最低安全等级——LevelE级航电设备来通过适航认证程序的，所承担的业务也是为了乘客上网。在紧急情况下，LevelE级航电设备首先就会自动断电，以保障关于飞行安全的关键航电设备的可用性。如果用它们来实时传输黑匣子数据，将直接导致最后时刻的关键数据无法获取，这样上云的意义就大打折扣了。因此如果要用这个链路去做黑匣子上云，首先链路设备的安全等级就要提升，这就意味着现有的航电设备可能要从根上重新设计和适航取证，而所需要的时间，可能是以十年计的。
2、安全性、可靠性必须得到保障。
链路的安全隔离是必须要考虑的问题，毕竟现有链路设备以满足乘客上网为主，接入移动互联网；而黑匣子上云，这些数据一般用于安全生产，属于专网范畴。如果要用这类链路来做黑匣子上云，如何做好安全生产专网和旅客上网公网的安全隔离就是一个大难题，毕竟飞行安全来不得半点马虎。
因此，真正要实现黑匣子上云，飞机联网链路的安全性、可靠性必须要大幅提高等级，绝不是拿着乘客上网的链路余量去传输那么简单。而如何确保链路的安全性、稳定性、准确性，就需要产业链同仁去共同面对了。
3、再一个难点是，由于飞机空地链路大多采用定向天线，一旦飞机发生突发事件，飞机姿态发生剧烈变化，无论是顶部的卫星天线，还是飞机腹部的ATG天线，都无法很好地满足空地链路通信要求，飞机空地链路将中断，空难关键阶段的数据同样很难实时传回云端。
4、经济性也必须考虑。
飞机空地链路使用成本相较地面还是偏高的，就算是现在的高通量卫星和5GATG，其带宽使用成本也远高于地面网络。飞机发生灾难性空难的几率总的来说还是很低的，失事后找不到黑匣子的几率则更低。要实现黑匣子上云，面临数据传输、数据存储、数据分析、数据应用等一系列问题，这些都需要配套的投资和体系来保障，绝非简单地传下来就可以了，这里面的经济账也需要审慎地考量。特别对近年来遭受全球疫情和多次空难双重打击的民航业来说，当务之急还是如何提高飞行安全本身，以及提振行业信心。在这种情况下，多数专业人士认为，黑匣子上云的优先级是可以往后排的。
中国企业能够做什么？
纵观全球，民航客机大多数由欧美国家生产和制造，基本已经形成了寡头竞争局面，一款航电产品一旦成熟应用，几十年不变成为常态。波音、空客飞机的黑匣子，大多数都是由美国少数几家航电设备厂家供货，由于黑匣子属于飞机的关键设备，是飞机线装必选项，设备安全等级较高，抗毁要求高。目前，除了军机黑匣子有国产解决方案，民航飞机黑匣子则暂时没有国产解决方案。
由于黑匣子仅能存储半个小时语音和2个小时飞行数据，存储时间过短，而飞行安全日常管理需要能存储更长时间的语音和飞行数据。因此，国内的飞机陆续加装了第二套类似黑匣子功能的航电设备来进行日常飞行安全管理，这样的产品就是QACVR（快速接入舱音记录仪）和QAR（快速数据存取记录器)），分别对应黑匣子CVR和FDR。
这些设备平常比黑匣子好用，比如某国产QACVR设备能存储上千小时语音，可以通过4G网络轻松下载。当然了这个设备仅属于最低等级的LEVELE级航电设备，主要用于日常对飞行员的品质管控。一方面，设备如果发生故障，对飞行安全没有任何影响；另一方面，空难不幸发生时，LEVELE级别航电设备率先被断电，也起不到什么作用了。
黑匣子等民航飞机的关键航电设备，目前基本被国外厂家垄断，其产品成熟，价格低廉，市场空间又有限。国产航电设备厂家则基本停留在做一些安全等级较低、国外厂家不愿意做的航电产品上。路要一步一步走，饭要一口一口吃，过去由于民飞行业壁垒高，中国又没有自主大飞机平台，鲜有国产航电企业能挑战欧美航电巨头，所以国内厂家基本处于跟随状态。
大家举一个通信行业的例子。中国人已经习惯了移动通信的迅猛发展和带来的便利，但可能容易忽略的一点是——若不是中国设备厂家的推动，移动通信现在很可能还停留在3G时代。勤劳的中国工程师，一天当成两天用，不停地追求创新，从跟随、到同步、到超越。正是中国通信行业的不断进取，让越来越多的欧美跨国企业在竞争中落败，也加速了通信行业的飞速发展。 反观航空电子行业，由于过去一直是欧美企业的天下，已然形成了相对垄断的格局，鲜有新兴挑战者，加上特有的安全要求，使得航空行业变革动力不足，安全稳定远比变革创新重要得多。
然而伴随着波音737MAX空难和此次东航坠机事件，黑匣子上云的呼声更加强烈。笔者相信，随着国产航电行业的逐步崛起，未来黑匣子上云的进程一定会加速。当然路径和方法上可以有更多的选项，但究其核心，还是先要解决飞机联网这个基础问题。 在实现方法和路径上，也可以先从上文提到的、国内第二套类似黑匣子产品的创新开始。比如，先将QACVR和QAR数据通过现有宽带上网链路、在考虑一定的安全隔离措施之下，实时回传到地面，这些数据仅作为参考数据，并不参与生产和运行维护，在积累了足够的运营数据和经验，在国产航电企业实力和民航管理水平再上一个大的台阶之后，再考虑真正意义的黑匣子上云，才有可能，才有实战意义。
总结
东航坠机事件已过去一周多，人们从对事件本身的关注，逐步过渡到行业层面、技术层面的深度反省与深沉思考。大家希翼能够引起相关方面的重视，并呼吁通信+航空行业同仁携手，加快空中联网进程，尽快完成飞机联网这一基础动作。
四十年前，举国上下皆有“要想富、先修路”、“火车一响、黄金万两”的共识。推及今天的民航业，从满足人民群众日益迫切的有网可上，到黑匣子上云等安全举措有路可走，飞机的联网是基础，希冀更多的行业同仁能携手共建飞机的联网之路。
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发表于 2022-3-30 08:58:08
