Czarna skrzynka a odzyskiwanie danych

Pomimo, że transport lotniczy jest generalnie uważany za najbezpieczniejszą formę transportu, ostatnie katastrofy lotów Airs Asia QZ8501 z Surabaya do Singapuru, MH370 z Kuala Lumpur do Pekinu, który zaginął bez śladu nad Oceanem Indyjskim, a także MH17 z Amsterdamu do Kuala Lumpur – zestrzelony przez prorosyjskich separatystów na Ukrainie, przypominają, że pewne niebezpieczeństwo istnieje zawsze. Dlatego właśnie wciąż konieczne jest wykorzystywanie czarnych skrzynek. Postanowiliśmy przyjrzeć się bliżej tej technologii i sposobom odzyskiwania danych, służących do ustalenia przyczyn katastrof lotniczych.

Czarna skrzynka naprawdę czarna?

Wiele razy słyszeliśmy o poszukiwaniu czarnych skrzynek, zdajemy sobie więc sprawę z tego, jak ważna jest ich rola w ustalaniu przyczyn katastrof lotniczych, jednak tak naprawdę niewiele o nich wiemy. Począwszy od tego, że tak naprawdę czarna skrzynka nie jest tak wcale czarna, jak widać na zdjęciu powyżej, obudowa wykonana jest w intensywnie pomarańczowym kolorze – po to, żeby łatwiej było namierzyć ją we wraku samolotu.

Drugim mało znanym faktem jest to, że w istocie nasza „pomarańczowa skrzynka” to właściwie dwa osobne urządzenia. Pierwszy z nich zawiera mikrofon nagrywający dźwięki z kokpitu, a więc rozmowy członków załogi, a także dźwięki w tle, które mogą dostarczyć ważnych wskazówek na temat katastrofy. Co ciekawe mikrofon nagrywa dźwięk w formie analogowej, a dopiero później zapis ten konwertowany jest do formy cyfrowej. Technika ta sprawia, że jedynie dwie ostatnie godziny nagrania są dostępne po katastrofie – system nadpisuje bowiem aktualne dane na starszym zapisie cyfrowym.

Drugim elementem czarnej skrzynki jest urządzenie rejestrujące wszystkie najważniejsze funkcje operacyjne samolotu, gromadząc minimum 25 godzin zapisu danych o locie, co pozwala na uzyskanie informacji dlaczego, jak i kiedy samolot przestał realizować prawidłowe procedury lotu. Czujniki przekazują do skrzynki wszystkie najważniejsze informacje dotyczące lotu, a więc przede wszystkim:

• czas lotu
• ciśnienie atmosferyczne, ciśnienie wewnątrz samolotu i w kokpicie
• prędkość lotu
• prędkość wirówek silników
• prędkość wiatru
• wskazania kompasu, określającego kierunek lotu
• wskazania wszystkich kontrolek w kokpicie
• poziom paliwa

Poniżej prezentujemy ciekawą animację, prezentującą mechanizmy działania czarnej skrzynki.

Szukanie nadajnika

Śledczy używają informacji z czarnych skrzynek, żeby dowiedzieć się jak najwięcej o aktywności w samolotu i ludzi w samolocie w czasie bezpośrednio poprzedzającym katastrofę. W momencie, kiedy maszyna traci zasilanie, czarna skrzynka przechodzi na wewnętrzne zasilanie awaryjne, inicjując tym samym działanie nadajnika, który ma na celu pomoc w zlokalizowaniu wraku samolotu przez ekipy poszukiwawcze.

Zaprojektowane, żeby przetrwać

Pomimo dość topornego wyglądu, czarne skrzynki wyposażone są w technologię, wykorzystującą bardzo nowoczesne i skomplikowane rozwiązania. Każdy element musi przejść rygorystyczne testy gwarantujące, że zebrane dane będą możliwe do odczytania. Wszystkie one znajdują się w podwójnym pancerzu z tytanu i stali nierdzewnej, żeby mogły przetrwać najbardziej skrajne warunki – podczas testów urządzenie jest ostrzeliwane pociskami przeciwlotniczymi,  a także wystawiane na działanie skrajnych temperatur –  od plus 1,100 do minus 55 stopni Celsjusza, skrajnego ciśnienia, słonej wody, itd.

Skrzynki spełniają także standard CAE ED-112, co oznacza, że muszą wytrzymać uderzenie o sile do 3,400 razy większej niż siła grawitacji. Trzeba jednak pamiętać o tym, że siły i przeciążenia występujące podczas katastrofy są tak silne, że często jedynymi elementami czarnej skrzynki, które są w stanie przetrwać katastrofę są tzw. crash survivable memory units, czyli elementy odpowiedzialne za przechowywanie danych.

Pierwsze generacje czarnych skrzynek zapisywały dane na paskach magnetycznych (takich, w jakie wyposażone są starsze karty płatnicze), kolejne wykorzystywały do tego celu taśmy magnetyczne, a obecnie najpopularniejszym nośnikiem pamięci są dyski SSD.

Czarna skrzynka szyta na miarę

Na świecie istnieje jedynie garstka producentów, zajmujących się zaopatrzeniem lotnictwa w czarne skrzynki, a każde z tych urządzeń jest szyte na miarę konkretnych maszyn lotniczych – Airbusy wyposażane są w urządzenia o zupełnie odmiennych parametrach niż na przykład jednostki wojskowe, czy prywatne. Dodatkowym utrudnieniem dla odzyskiwania danych z czarnych skrzynek jest fakt, że każdy producent wykorzystuje swoja własną technologię zapisu i szyfrowania danych.

SSD – jak odzyskać dane z czarnej skrzynki

Jaka już wspomniano wcześniej, współczesne czarne skrzynki, wykorzystują do przechowywania danych dysków SSD. Przemawia za tym bardzo wiele korzyści, wynikających z tej technologii. Są one bardzo popularne – te same dyski wykorzystywane są między innymi w laptopach, a nawet wspierają pracę tradycyjnych twardych dysków w modelach hybrydowych. W porównaniu z nośnikami magnetycznymi są one znacznie szybsze, mniejsze i cichsze, a co najważniejsze w przypadku czarnych skrzynek – SSD opiera się na półprzewodnikach, dzięki czemu można było wyeliminować z nich wszystkie ruchome części, a to znacznie zmniejsza wrażliwość na fizyczne uszkodzenia.

Niestety te same cechy, które zwiększają efektywność SSD, sprawiają, że odzyskiwanie z nich danych jest niestety znacznie trudniejsze. Małe rozmiary i technologia półprzewodnikowa sprawiają, że wydobycie i naprawa dysku jest znacznie znacznie bardziej skomplikowana – zwłaszcza w przypadku, kiedy mimo wszystko w wyniku katastrofy dojdzie do uszkodzenia dysku SSD.

Odzyskiwanie kluczowych danych

Bez względu na wysiłki producentów, zmierzające do tego, żeby czarne skrzynki były niezniszczalne, nie da się przewidzieć wszystkich okoliczności towarzyszących katastrofom lotniczym, co sprawia, że pamięć czarnych skrzynek ulega czasami uszkodzeniu. Wyspecjalizowane w odzyskiwaniu danych laboratoria muszą więc radzić sobie z takimi sytuacjami. Kiedy uszkodzona pamięć zostaje dostarczona do laboratorium, technicy muszą bardzo ostrożnie usunąć płyty obwodów drukowanych i układy scalone urządzenia, żeby następnie podłączyć je do specjalistycznej platformy, za pomocą której dane mogą zostać przeanalizowane z użyciem oprogramowania dostarczonego przez producenta czarnej skrzynki.

Inżynierowie analizują odzyskane dane, jeśli to możliwe dokonują napraw uszkodzonych kart pamięci, a także śledzą informacje, które mogą być odtworzone z innej karty i zastąpić bezpowrotnie utracone dane. Zabiegi te wymagają bardzo skomplikowanych i pracochłonnych procedur. Każdy przypadek jest inny i zależy od technologii użytych przez producenta, stopnia uszkodzenia pamięci, a także poziomu szyfrowania uszkodzonych danych.

Doskonalenie technologii czarnych skrzynek

Ze względu na opisane wyżej problemy, producenci czarnych skrzynek pracują wciąż nad udoskonaleniem wspierających je technologii. Jednym z dosyć oczywistych sposobów na rozwiązanie wszystkich tych problemów, jest umożliwienie samolotom przesyłanie wszystkich danych poprzez satelitę, dzięki czemu nie trzeba byłoby podejmować skomplikowanych akcji wydobywania czarnych skrzynek. Niestety ilość lotów jest ogromna – codziennie w Wielkiej Brytanii realizowanych jest 1300 połączeń, a w samych Stanach Zjednoczonych aż 2400, więc wprowadzenie takiego systemu z użyciem współczesnej infrastruktury, byłoby ogromnym i last but not least kosztownym przedsięwzięciem.