קופסה שחורה (תעופה)

רשם נתוני טיסה (FDR) ורשמקול תא הטייס (CVR)

קופסה שחורה בתעופה (באנגלית: Black Box) היא מערכת הקלטה המותקנת בכלי טיס המתעדת באמצעים אנלוגיים או דיגיטליים נתוני טיסה שונים ואת קשר הפנים של צוות האוויר. מטרת המערכת היא לסייע בחקירת תאונות, תקלות או תקריות אוויריות. המונח המקצועי של הקופסה השחורה הוא מקליט טיסה (Flight recorder).

מטוסי נוסעים מחויבים לשאת מקלטי טיסה מאז שנות ה-60 של המאה ה-20. מקלט הקול (CVR) הראשון הותקן לראשונה באוסטרליה בעקבות התרסקות מטוס פוקר F27 בשנת 1960.

בהרחבה, קופסה שחורה היא כלל האמצעים המשמשים לניטור של כלי תחבורה באוויר בים וביבשה.

מרכיבי המערכת

כלי טיס מצוידים בשני סוגי מקליטי טיסה: רשמקול תא הטייס (CVR) ורשם נתוני טיסה (FDR).

במקרים מסוימים, שתי יחידות ההקלטה משולבות בקופסה אחת (FDR/CVR).

רשמקול תא טייס (CVR) (מוצג במוזיאון המדע במינכן) העושה שימוש בסרט מגנטי על פי דרישת התקן הישן

רשם נתוני טיסה (FDR)

רשמקול תא טייס

מקליט הקול בתא טייס (נקרא באנגלית: Cockpit Voice Recorder או בקיצור: CVR) מקליט בארבעה ערוצים במשך שעתיים בתא הטייס את השיחות בין הטייסים, שיחות הרדיו בין המטוס למטוסים אחרים ולפקחי הטיסה, ומיקרופון נוסף הבנוי בתיקרת תא הטייס להקלטת קולות רקע. משנת 2005 דורש רשות התעופה הפדרלית בארצות הברית (FAA) שזמן ההקלטה יהיה לפחות 30 דקות, אך הוא נמצא בלתי מספק מאחר שבהרבה מקרים קטעים משמעותיים הדרושים לחקירה התרחשו לפני 30 הדקות של תחילת ההקלטה, המינהל הארצי לבטיחות בתחבורה האמריקאי (NTSB) ממליץ על זמן הקלטה של לפחות שעתיים. יחידות הקלטה ישנות הקליטו בצורה אנלוגית על גבי סרט מגנטי. חלק מהיחידות עשו שימוש בשני סלילים אשר גלגלו את עצמם אוטומטית חזרה לתחילת הסליל כשהם הגיעו לסופם וחלק עשו שימוש בסליל אחד אשר נע בלולאה מתמשכת ומחק את ההקלטה הישנה כל 30 דקות. שחזור קולות שהוקלטו על גבי סרט מגנטי התגלה לעיתים רבות כמשימה קשה, במיוחד לאחר שהסרט שהה במי ים והמעטפת שלו נפרצה, לכן התקני הקלטה מודרניים עושים שימוש בכונן שבבי (SSD) ללא חלקים נעים אשר מקליט בצורה דיגיטלית והוא עמיד הרבה יותר לזעזועים, טלטול ורטיבות. דרישות אספקת הכוח של הכונן מאפשרות לכלול ביחידה סוללה עצמאית, כך שההקלטה יכולה להמשך עד שהטיסה נקטעת, אפילו במקרה שהמערכת החשמלית של המטוס מפסיקה לעבוד.

רשם נתוני טיסה

רשם נתוני טיסה (נקרא באנגלית: Flight Data Recorder או בקיצור: FDR) מקבל מידע באמצעות היחידה לאיסוף נתוני טיסה (Flight Data Acquisition Unit או בקיצור: FDAU) המקבלת ממערכות אוויוניקה ומחיישנים שונים נתונים כמו מצב המטוס (מהירות, גובה, כיוון, שיעור נסיקה, זווית גלגול, ניווט וכדומה), מצב המנועים, מצב המערכות ההידראוליות, מדדי דלק, זמן ועוד. על פי תקנות רשות התעופה הפדרלית בארצות הברית, על הקופסה להקליט לפחות 88 פרמטרים שונים (עד שנת 2002 נדרשו רק 29 פרמטרים), אך ישנן מערכות המקליטות משתנים רבים נוספים, כל פרמטר מוקלט מספר פעמים בשנייה או פעם במספר שניות כגון כמות דלק כוללת. רוב מקליטי נתוני הטיסה מקליטים 17–25 שעות של נתונים בלולאה מתמשכת.

תכנון

שני צדדיו של רשמקול תא טייס
(CVR) עם כיתוב "מקליט טיסה – לא לפתוח" באנגלית ובצרפתית

משואת איתור תת־ימית (ULB) מוצמדת לרשם נתוני הטיסה

כיום הקופסאות השחורות מתוכננות על פי תקנים בינלאומיים ועל פי המלצות הנהוגות על ידי הארגון הבינלאומי לתעופה אזרחית (ICAO), הארגון האירופאי לתעופה אזרחית (EUROCAE) ורשות התעופה הפדרלית בארצות הברית.

בשל חשיבותן הקופסאות השחורות נדרשות להיות אטומות למים ובנויות לעמידה בפני כוחות של מכה חזקה של 3,600 ג'י ל־6.5 מילישניות, חום עז של שרפה לוהטת בטמפרטורה של יותר מ־1,000 מעלות צלזיוס ולחץ של מי ים עמוקים. בניגוד לשמן, הקופסאות צבועות בצבע כתום בהיר עמיד לחום כדי שיהיה ניתן למצוא אותן בקלות בין ההריסות ועליהן מופיע הכיתוב "מקליט טיסה לא לפתוח" ("FLIGHT RECORDER DO NOT OPEN") בצד אחד באנגלית ובצד השני בצרפתית, הקופסאות אסורות לפתיחה שלא לצורך והן מטופלות על ידי אנשי מקצוע מוסמכים. קופסאות שחורות מודרניות בנויות ממעטפת כפולה של פלדת אל־חלד או טיטניום בעלת עמידות לקורוזיה ובידוד פנימי נגד חום גבוה. הן ממוקמות לרוב בזנב המטוס, במקום בו סביר יותר שישרדו תאונה קשה. במקרה של תאונה, חילוצן של הקופסאות השחורות היא המשימה השנייה בחשיבותה לאחר הצלת הניצולים ואיסוף ההרוגים.

רוב המטוסים בתעופה הכללית בארצות הברית נדרשים להיות מצוידים במשדר איתור בזמן חירום (ELT), תלוי בסוג המטוס ואזור תפעולו, בעוד שחברות תעופה מסחריות אינן נדרשות לכך. למרות זאת, הקופסאות השחורות במטוסים מסחריים נדרשות להיות מצוידות במשואת איתור תת־מימית (Underwater Locator Beacon או בקיצור: ULB) אשר מופעלת באופן אוטומטי כאשר היא באה במגע עם מים. המשואה משדרת אותות אולטרה סאונד בתדר 37.5 קילו־הרץ במרווחים של פעימה אחת בשנייה משום שניתן לקלוט את התדר הזה על ידי מגוון רחב של מקלטים והוא נישא בקלות במים. המשואה תפעל במשך 30 ימים בעומק של עד 20,000 רגל (6 ק"מ).

החל משנות השבעים רוב מטוסי הסילון המסחריים מצוידים בהתקן הקלטה קל גישה (Quick Access Recorder או בקיצור: QAR). התקן זה מקליט נתונים על גבי אמצעי אחסון נייד. הגישה למקליט הקול (CVR) ולמקליט הנתונים (FDR) היא מטבעה קשה – מאחר שעליהם להיות עמידים לתאונות, הם גם דורשים ציוד מיוחד להגיע אל ההקלטות. ה־QAR ניתן לשליפה בקלות והוא מתוכנן כך שניתן יהיה לקרוא את הנתונים המוקלטים באמצעות מחשב שולחני רגיל. חברות תעופה רבות משתמשות בנתונים האלה לחקירת אירועים משמעותיים בעלי פרמטרים החורגים מאלה של טיסה רגילה. זה מאפשר לגלות ולטפל בבעיות תפעוליות ובכך למנוע, להבא, את התאונה מראש.

השימוש בנתונים של הקופסאות השחורות הוא בעיקר לצורך חקירת תאונות אך גם לצורך ניתוח מצבים לשיפור בטיחות התעופה, איסוף וניתוח נתוני התעייפות החומר, בדיקת ביצועי המנועים, ניצול אופטימלי של דלק, חקירת תקלות מורכבות והתנהגויות מסוכנות של צוות הטיסה.

מקור השם

המונח "קופסה שחורה" נולד לאחר פגישה לגבי מקליט הטיסה המסחרי הראשון שנקרא "ביצה אדומה" בגלל צבעו וצורתו. לאחר הפגישה אמר אחד העיתונאים "זוהי קופסה שחורה נהדרת".

המונח קופסה שחורה שימש גם בחיל האוויר המלכותי בתקופת מלחמת העולם השנייה. בתקופה שבין השנים 1940–1945 הוכנסו למטוסים (במיוחד למטוסי הפצצה) חידושים אלקטרונים רבים של מערכות אוויוניקה כמו מערכות ניווט, מערכות מכ"ם ומערכות קשר. מעגלים וכרטיסים של מערכות אלו הותקנו ברכיבים שהיו בדרך כלל בקופסאות אלומיניום שנצבעו בשחור בשביל למנוע סינוור. במשך הזמן כל ציוד אלקטרוני חדש כונה "קופסה שחורה", מונח שנהפך נפוץ בתעופה האזרחית בתקופה שאחרי המלחמה.

דוגמה לשיחה שהוקלטה על ידי ברשמקול בתא הטייס

רשמקול (CVR) לוכד לעיתים קרובות את מילותיהם האחרונות של צוות האוויר ממש לפני ההתרסקות. להלן תמליל השיחה בין מגדל הפיקוח לצוות המטוס של טיסה 1862 של אל על שהתרסקה ב־4 באוקטובר 1992 באמסטרדם שבהולנד:

אל על 1862: אל על 1862, מיידיי! מיידיי! יש לנו מצב חירום.

מגדל פיקוח: אל על 1862, קיבלתי.

מגדל פיקוח: 1862, האם אתה רוצה לחזור לסכיפהול?

אל על 1862: חיובי, מיידיי! מיידיי! מיידיי!

מגדל פיקוח: פנה ימינה לכיוון 260, מרחק 18 מייל.

אל על 1862: קיבלתי, יש לנו אש במנוע מספר שלוש, יש לנו אש במנוע מספר שלוש.

אל על 1862: אל על 1862, איבדנו את מנוע מספר שלוש וארבע, מנוע מספר שלוש ומספר ארבע.

מגדל פיקוח: קיבלתי.

מגדל פיקוח: אל על 1862, המשך ירידה לאלף וחמש מאות (רגל).

אל על 1862: אלף חמש מאות, ויש לנו בעיות שליטה.

מגדל פיקוח: יש לך בעיות שליטה גם כן, קיבלתי.

מגדל פיקוח: (תשדורת פנימית לבקרית, בהולנדית) - יש לו בעיות רציניות, עכשיו גם עם השליטה.

בקרית: (תשדורת פנימית, בהולנדית) - גם בעיות בשליטה. קיבלתי.

אל על 1862: (ברקע, בעברית, צועק) - תרים את כל ה"פלֶפּס" (המדפים). את כל ה"פלפס" תרים!

אל על 1862: (ברקע, בעברית) - הווווו!

אל על 1862: (ברקע, בעברית) - תוריד ת'גיר! (הורד כן נחיתה).

אל על 1862: צוללים, אחד שמונה שש שתיים, צוללים, צוללים, (ברקע: הופ!) צוללים.

בקרית: מה קרה?

מגדל פיקוח: 1862, קריאת הכיוון שלך?

בקרית: (תשדורת פנימית, בהולנדית) - שכח מזה, הוא התרסק, הנק (שם הבקר)

מגדל פיקוח: (בהולנדית) - ראית את זה?

בקרית: (בהולנדית) - ענן עשן עצום מעל לעיר.

קישורים חיצוניים

• עדי פרל, מה יש בקופסה השחורה?, באתר ynet, 29 בדצמבר 2014
• ניצן סדן, למה לא בונים את כל המטוס מהחומר של הקופסה השחורה?, באתר כלכליסט, 12 בינואר 2018
• קופסה שחורה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית)