קופסה שחורה (תעופה)

קופסה שחורה בתעופה (באנגלית: Black Box), היא התקן הקלטה המותקן בכלי טיס הרושם ומתעד באמצעים אנלוגיים או דיגיטליים נתוני טיסה שונים ומקליט קולות של צוות הטיסה. מטרתה לסייע בחקירת תאונות או תקריות אוויריות. המונח המקצועי של הקופסה השחורה הוא מקליט טיסה (באנגלית: Flight recorder).

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

סוגי מקליטי טיסה

כלי טיס מצוידים בשני מקליטי טיסה משני סוגים: מקליט קול בתא הטייס (CVR) ומקליט נתוני טיסה (FDR). 
במקרים מסוימים, שתי יחידות ההקלטה משולבות בקופסה אחת (FDR/CVR).

מקליט קול בתא הטייס

מקליט הקול בתא הטייס (נקרא באנגלית: Cockpit Voice Recorder או בקיצור: CVR) מקליט בארבעה ערוצים במשך שעתיים את השיחות בתוך תא הטייס בין הטייסים לבין עצמם, שיחות רדיו בין הטייסים לבין מטוסים אחרים ובין הטייסים לפקחי הטיסה ומיקרופון נוסף הבנוי בתיקרת תא הטייס להקלטת קולות רקע. משנת 2005 דורש מינהל התעופה הפדרלי 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 (NTSB) ממליץ על זמן הקלטה של לפחות שעתיים. יחידות הקלטה ישנות ביצעו את ההקלטה בצורה אנלוגית על גבי סרט מגנטי, חלק מהיחידות עשו שימוש בשני סלילים אשר גלגלו את עצמם אוטומטית חזרה לתחילת הסליל כשהם הגיעו לקיצם 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 בדיסק אלקטרוני (SSD) ללא חלקים נעים אשר מבצע את ההקלטה בצורה דיגיטלית והוא עמיד הרבה יותר לזעזועים, טלטול ולחות. דרישות אספקת הכוח של הדיסק האלקטרוני מאפשרות לכלול ביחידה סוללה עצמאית, כך שההקלטה יכולה להמשך עד שהטיסה נקטעת, אפילו במקרה שהמערכת החשמלית של המטוס כושלת.

מקליט נתוני טיסה

מקליט נתוני הטיסה (נקרא באנגלית: Flight Data Recorder או בקיצור: FDR) מקבל מידע באמצעות היחידה לאיסוף נתוני טיסה (Flight Data Acquisition Unit או בקיצור: FDAU) המקבלת נתונים ממערכות אוויוניקה ומחיישנים שונים כמו, מצב המטוס (מהירות, גובה, כיוון, שיעור נסיקה, גלגול המטוס, ניווט וכדומה), מצב המנועים, מצב המערכת ההידראולית, מדדי דלק, זמן ועוד. על פי תקנות מינהל התעופה הפדרלי בארצות הברית (FAA), 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. רוב מקליטי נתוני הטיסה מקליטים 17-25 שעות של נתונים בלולאה מתמשכת.

תכנון

כיום הקופסאות השחורות מתוכננות על פי תקנים בינלאומיים ועל פי המלצות הנהוגות על ידי הארגון הבינלאומי לתעופה אזרחית (ICAO), הארגון האירופאי לתעופה אזרחית (EUROCAE) ומינהל התעופה הפדרלי (FAA) 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 שריפה 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 והן 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 על-קוליים בתדר 37.5 kHz במרווחים של פעימה אחת בשנייה, אותות אלה ניתנים לקליטה על ידי מגוון רחב של מקלטים, 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 לנגישות (Quick Access Recorder או בקיצור: QAR). התקן זה מקליט נתונים על גבי אמצעי אחסון נייד. הגישה למקליט הקול (CVR) ומקליט הנתונים (FDR) היא מטבעה קשה לגישה מאחר שעליהם להיות עמידים לתאונות, הם גם דורשים ציוד מיוחד להקריאת ההקלטות. ה- QAR ניתן לשליפה בקלות והוא מתוכנן כך שניתן יהיה לקורא את הנתונים המוקלטים באמצעות מחשב שולחני רגיל. חברות תעופה רבות משתמשות בנתונים האלה לחקירת אירועים משמעותיים בעלי פרמטרים החורגים מאלה של טיסה נורמלית. זה מאפשר לגלות ולטפל בבעיות תפעוליות ובכך למנוע את התאונה מראש.
השימוש בנתונים של הקופסאות השחורות הוא בעיקר לצורך חקירת תאונות אך גם לצורך ניתוח מצבים לשיפור בטיחות בתעופה, ניתוח מצבים של התעייפות החומר בדיקת ביצועי המנועים, ניצול אופטימלי של דלק והתנהגות מסוכנת של צוות הטיסה.

מקור השם

המונח קופסה שחורה נוצר לאחר פגישה לגבי מקליט הטיסה המסחרי הראשון שנקרא "ביצה אדומה" על פי צבעו וצורתו, לאחר הפגישה אמר אחד העיתונאים "זוהי קופסה שחורה נהדרת". קופסה שחורה הוא מונח הומוריסטי ולא תיאור מדויק שלה, שכן כאמור, צבעה על פי רוב כתום בהיר.
מקור נוסף לשמה של הקופסה השחורה הוא במינוח של חיל האוויר המלכותי בתקופת מלחמת העולם השנייה. בתקופה שבין השנים 1940-1945 הוכנסו למטוסים (במיוחד מטוסי הפצצה) חידושים אלקטרונים רבים של מערכות אוויוניקה כמו: מערכות ניווט, מערכות מכ"ם ומערכות קשר. מערכות אלה היו עטופות בדרך כלל בקופסת מתכת צבועה בשחור למניעת השתקפות. במשך הזמן כל ציוד אלקטרוני חדש כונה "קופסה שחורה", מונח שנהפך נפוץ בתעופה האזרחית בתקופה שאחרי המלחמה.

דוגמה לשיחה שהוקלטה על ידי מקליט הקול בתא הטייס

מקליט הקול בתא הטייס (CVR) לוכד לעיתים קרובות את מילותיהם האחרונות של צוות הטיסה ממש לפני ההתרסקות. להלן תמליל השיחה בין צוות המטוס למגדל הפיקוח של טיסה 1862 של אל על שהתרסקה ב-4 באוקטובר 1992 באמסטרדם שבהולנד:
CONTROLLER: Turn right heading two six zero, field eh... behind you, eh.... in your - to the west, eh ....distance one eight miles
El Al 1862: Roger, we have fire on engine number three, we have fire on engine number three 
CONTROLLER:  Roger, heading two seven zero for downwind 
El Al 1862: Two seven zero downwind 
El Al 1862: El Al one eight six two, lost number three and number four engine, number three and number four engine 
CONTROLLER: Roger, one eight six two 
CONTROLLER: El Al one eight six two, continue descent one thousand five hundred feet...one thousand five hundred
El Al 1862: Fifteen hundred, and we have a controlling problem 
CONTROLLER: You have a controlling problem as well, roger 
El Al 1862: [In the background, in Hebrew] - Raise all the flaps, all the flaps raise 
El Al 1862: [In the background] - Ohhhhh 
El Al 1862: [In the background, in Hebrew] - Lower the gear 
El Al 1862: Going down...eh...one eight six two, going down, going down, copied going down
בתרגום חופשי:
בקר: פנה ימינה לכיוון 2 6 אפס, השדה אה... מאחוריך, אה.... במערבה שלך, אה.... במרחק אחד שמונה מיילים.
אל על 1862: רות, יש לנו אש במנוע מספר 3, יש לנו אש במנוע מספר 3.
בקר: רות, פנה לכיוון 270 עם הרוח.
אל על 1862: 270 עם הרוח.
אל על 1862: אל על 1862, איבדנו את מנועים מספר 3 ומספר 4, מנועים מספר 3 ומספר 4.
בקר: רות, 1862.
בקר: אל על 1862, המשך בהנמכה ל-1500 רגל... 1500.
אל על 1862: 1500, ויש לנו בעיית שליטה.
בקר: יש לך גם בעיית שליטה, רות
אל על 1862: [ברקע, בעברית] - להרים את כל המדפים, כל המדפים הועלו
אל על 1862: [ברקע] - אוווו
אל על 1862: [ברקע, בעברית] - הורד את הגלגלים
אל על 1862: יורדים... אה... 1862, יורד, יורד, אשר יורדים