黑匣子的故事 赵萌萌，MSEPhD@THU 2015 年 10 月 31 日，一架搭载 200 多名乘客和机组人员的俄罗斯客机在埃及西奈半岛哈桑纳地区坠毁，机上人员无一生还。航空史上的又一悲剧，让我们扼腕叹息。当晚，埃及总理谢里夫·伊斯梅尔在新闻发布会上说，俄罗斯失事客机的黑匣子已找到，而埃及一名安全部门官员则表示，排除“恐怖袭击”因素，坠机“由技术故障引起”。 显然，在空难调查工作中，“黑匣子”扮演了极为重要的角色。为逝者祈祷的同时，我今天也想讲讲黑匣子中涉及到的材料故事。 最早的黑匣子，应用于二战时期的战斗机。经过几十年的更新换代，黑匣子技术日新月异，目前已经广泛的应用在各种大型飞机上。黑匣子，black box，其名绝非来源于外貌，事实上，飞机黑匣子基本都有着鲜艳的橘红色外表，这有利于事故现场的搜寻。其得名，主要是由于西方人认为 black 是不详的，这和 Black Friday 得名是一个道理。但这个 box，却和 Pandora 不同，打开它，带来的并非灾难和恐惧，而是能够慰藉亡灵的线索和证据。 黑匣子的本质，就是一个封装在坚固外壳内的飞行数据记录仪。为了能在空难中幸免，黑匣子的外壳必须通过严格的防火防震检测，根据美国民航局的规定，在 1090 度的火焰中燃烧 30 分钟，外壳需要保证内部的记录仪温度低于 260 度；并能承受相当于 100G 重力的撞击。此外，为了在黑匣子落入大海后仍然能够保持完好，外壳也必须能够承受 2 万英尺的水压。为了防止记录仪遭到电流或磁场破坏，黑匣子还需要具备抗外界电流和磁场的能力。 鉴于以上各项严格的性能指标，黑匣子的外壳通常由强度极高的钛合金和铝合金制成，除了抗冲击之外，钛合金外壳还具有极强的耐腐蚀性。我国自主研发的 Ti-451 型合金曾作为黑匣子外壳材料服役，但这已经是二十多年前的数据，新型材料的信息我无从得知。为了提供耐高温性能，隔热材料的设计和选择也是黑匣子外壳的重点。根据报道，703 研究所设计的黑匣子隔热材料包括了涂层、纳米超级隔热材料以及相变材料等诸多层次，以我获得的知识和信息，我认为其主体可能是具有极低热导率的熔融石英材料或纤维 - 多孔陶瓷复合材料。 这套超强外壳之内，黑匣子的心脏是飞行数据记录仪，主要包含飞行数据记录器、声音记录器、抗冲击存储器、内置电源和信号发生器几个部分，记录了飞机的飞行高度、速度，发生事故前半小时内飞机内的声音等各种信息。当出现空难时，黑匣子可以保存数据，并利用内部电源，持续向外发射信号，以便搜索。记录仪的核心主要是磁记录材料，可能用到的材料是 Fe、Co、Ni 基合金永磁体；信号发射器以铁氧体为基础；而内部电源则是锂电池，MH370 事故中，专家就曾怀疑锂电池失效导致黑匣子无法发射信号，增加了搜救的难度。此外，飞行记录器的外部还加装圆蜂鸣器，遇水会发生短路，进而发出 37.5kHz 频率的鸣叫，并持续 30 天。为了进一步提高黑匣子的可靠性，我们可以对上述材料进行改进：选择密度更低、强度更高、耐腐蚀性更强的合金外壳；采用存储晶片代替磁性存储元件，提高存储稳定性；采用更稳定的电源，提高黑匣子的供电时间。 希望不久的将来，黑匣子的功能能够得到更进一步的提高，但我更希望，我们没有机会去搜索黑匣子，去调查黑匣子里存储的数据，希望每架飞机的黑匣子都可以永远躺在飞机尾巴的角落里，安安静静，平平安安。 PS. 不知道是不是涉及机密，黑匣子所应用的具体材料信息我完全没查到，只能写到这了…… 发自知乎专栏「材料那些事儿」
