Em 31 de janeiro de 2000, o voo 261 da Alaska Airlines saiu de Puerto Vallarta, México, rumo a Seattle, WA, com uma pequena parada marcada em São Francisco, CA. Com, aproximadamente, uma hora e 45 minutos de voo, foi detectado um problema na aba do estabilizador do avião. Após 10 minutos tentando manter o avião no ar, ele caiu no Oceano Pacífico, na costa da Califórnia. Todas as 88 pessoas que estavam a bordo morreram.
Foto cedida U.S. Department of Defense (Departamento de Defesa dos EUA) - O gravador de voz da cabine do piloto do voo 261 da Alaska Airlines, sendo segurado pelo braço robótico pilotado por controle remotoEsse acidente é usado como exemplo neste artigo sobre caixas-pretas. No voo 261, o FDR continha 48 parâmetros dos dados do voo e o CVR gravou pouco mais de 30 minutos de conversa e outros sons audíveis na cabine do piloto.
Após qualquer acidente de avião nos EUA, os investigadores de segurança da NTSB - Comissão Nacional de Segurança nos Transportes (National Transportation Safety Board - em inglês; para onde foram encaminhadas as caixas-pretas do voo da TAM) começam, de imediato, a procurar pelas caixas-pretas do avião. Esses dispositivos de gravação, que custam entre U$ 10 mil e U$ 15 mil cada, revelam detalhes dos acontecimentos anteriores ao acidente. Neste artigo, veremos os dois tipos de caixas-pretas, como elas resistem aos acidentes e como são resgatadas e analisadas.
Gravação e armazenamento
Os irmãos Wright foram os primeiros a usar um dispositivo para gravar as rotações do motor, segundo documentos fornecidos pela L-3 Communications. De qualquer forma, a ampla utilização de gravadores na aviação não começou antes da Segunda Guerra Mundial. Desde então, os meios de gravação das caixas-pretas se desenvolveram, a fim de gravar mais informações sobre a operação de um avião.
Embora muitas das caixas-pretas usadas atualmente usem fita magnética, as companhias aéreas estão mudando-as para placas de memória de semicondutores, que apareceram nos anos 90. A fita magnética funciona como qualquer gravador de fitas. A fita Mylar é puxada por uma cabeça eletromagnética que deixa um pouco de informações na fita.
Foto cedida National Transportation Safety Board - Fita magnética do gravador de dados do voo 990 da EgyptAir, que caiu em 31 de outubro de 1999Os fabricantes das caixas-pretas não estão mais produzindo gravadores de fita magnética, uma vez que a transição para a tecnologia de semicondutores foi completa.
Tecnologia dos semicondutores
Os gravadores semicondutores são considerados muito mais confiáveis do que os de fita magnética, segundo Ron Crotty, porta-voz da Honeywell, uma das fabricantes de caixas-pretas. Os semicondutores usam dados organizados em pilhas de chips de memória, de forma que eles não se mexam. Sem partes que se mexam, existe pouca necessidade de manutenção e uma chance menor de algo quebrar durante uma queda.
Os dados da CVR e da FDR são armazenados em placas de memória empilhadas dentro da unidade de memória capaz à prova de acidente (CSMU). Nos gravadores feitos pela L-3 Communications, a CSMU é um compartimento cilíndrico do gravador. As placas de memória empilhadas têm, aproximadamente, 4,5 cm de diâmetro e 2,5 cm de altura.
As placas de memória têm espaço digital de armazenamento suficiente para acomodar duas horas de dados de áudio nas CVRs e 25 horas de dados do voo nas FDRs.
Os aviões são equipados com sensores que recolhem dados. Existem sensores que detectam aceleração, velocidade do ar, altitude, configurações da asa, temperatura externa, temperatura e pressão internas do avião, desempenho do motor e outros. Os gravadores de fita magnética conseguem detectar, aproximadamente, 100 parâmetros, enquanto os gravadores semicondutores conseguem detectar mais de 700 em aeronaves maiores.
Todos os dados coletados pelos sensores do avião são enviados para a unidade de aquisição de dados de voo (FDAU) na parte frontal da aeronave. Este dispositivo é encontrado no compartimento de equipamento eletrônico abaixo da cabine do piloto. A unidade de aquisição de dados de vôo é a gestora central de todo o processo de gravação de dados. Ela coleta informações dos sensores e as envia para as caixas-pretas.
Fonte: L-3 Communication Aviation Recorders - Os componentes básicos e a operação dos sistemas de gravação no aviãoAmbas as caixas-pretas são alimentadas por dois geradores de energia, que extraem sua energia dos motores do avião. Um gerador é uma fonte de energia de 28 volt DC e o outro é uma fonte de energia de 115 volt, 400 hertz (Hz) AC. Eles são equipamentos padrão de fornecimento de energia da aeronave, segundo Frank Doran, diretor de engenharia da L-3 Communications Aviation Recorders (em inglês).
Gravadores de vozes da cabine do piloto
Em quase todas as aeronaves comerciais, existem vários microfones embutidos na cabine do piloto para rastrear as conversas da tripulação. Estes microfones também são projetados para rastrear qualquer barulho na cabine, como batidas ou pancadas. Pode haver até quatro microfones na cabine do piloto, todos conectados ao gravador de voz da cabine (CVR).
Foto cedida L-3 Communication Aviation Recorders - Um gravador semicondutorTodos os sons da cabine do piloto são registrados por esses microfones e enviados para a CVR, onde as gravações são digitalizadas e armazenadas. Também há outro dispositivo na cabine do piloto, chamada unidade de controle associado, que fornece uma pré-amplificação para o áudio que vai para a CVR. Seguem as posições dos quatro microfones:
• fones do piloto
• fones do co-piloto
• fones de um terceiro tripulante (se houver)
• próximo à cabine do piloto, onde é possível captar alertas de áudio e outros sons
A maioria das CVRs de fita magnética armazenam os últimos 30 minutos de som. Elas usam uma volta contínua de fita que completa um ciclo a cada 30 minutos e, assim que é gravado um novo conteúdo, o conteúdo antigo é substituído. As CVRs que usam armazenamento semicondutor conseguem gravar duas horas de áudio. Assim como os gravadores de fita magnética, os gravadores semicondutores também gravam por cima do material antigo.
A transcrição de uma caixa-preta
Últimas palavras do voo 261
Gravações da CVR podem conter pistas importantes sobre a causa de um acidente. No caso do voo 261 da Alaska Airlines, as conversas entre o capitão e seu primeiro oficial apontaram aos investigadores da NTSB o estabilizador do avião. O trecho mostrado abaixo mostra a conversa entre o capitão Ted Thompson, o primeiro oficial William Tansky e o Los Angeles Route Traffic Control Center (LAX-CTR - Centro de Controle de Rota de Tráfego de Los Angeles).
4:09:55 p.m. Thompson: Centro, Alaska 261. Estamos mergulhando e eu perdi o controle, posição vertical.
4:10:33 Thompson: Sim, está tudo sob controle aqui agora.
4:11:43 Tansky: O que quer que tenhamos feito não é bom. Não faça isso de novo...
4:11:44 Thompson: Sim, não, ele caiu. Caiu com o nariz totalmente para baixo.
4:11:48 Tansky: Hum, é bem pior então, né?
4:11:50 Thompson: Sim, sim. Estamos em uma posição bem pior agora.
4:14:12 Aviso a todos: Pessoal, tivemos um problema de controle de voo aqui na frente, estamos resolvendo isto.
4:15:19 Voo 261 para LAX-CTR: L.A., Alaska 261. Estamos com vocês, estamos a 22.500 pés. Nosso estabilizador está danificado e estamos mantendo a altitude com dificuldade...
4:15:36 LAX-CTR: Alaska 261, centro de L.A. Roger, um, você tem permissão para o aeroporto de Los Angeles em sua posição atual...
4:17:09 Aeromoça: Ok, tivemos algo como um grande estouro lá atrás.
4:17:15 Thompson: Eu acho que a aba do estabilizador está quebrada.
4:19:36 Barulho extremamente alto
4:19:43 Tansky: Mayday
4:19:54 Thompson: Ok, estamos invertidos e agora temos que nos endireitar.
4:20:04 Thompson: Empurre, empurre, empurre... empurre a parte azul para cima. Empurre...
4:20:14 Tansky: Estou puxando.
4:20:16 Thompson: Ok, agora vamos usar o leme. Leme esquerdo, leme esquerdo.
4:20:18 Tansky: Não consigo alcançar.
4:20:20 Thompson: Ok. Leme direito, leme direito.
4:20:25 Thompson: Estamos voando? Estamos voando, estamos voando. Diga a eles o que estamos fazendo.
4:20:33 Tansky: Ah, sim. Deixe-me...
4:20:38 Thompson: Precisamos nos restabelecer novamente. Mesmo de cabeça para baixo estamos voando.
4:20:54 Thompson: Freios
4:20:55 Tansky: Peguei.
4:20:56 Thompson: Ah, lá vamos nós.
4:20:57 Fim da gravação.
Gravadores de dados do voo
Os gravadores de dados do voo (FDR) são projetados para gravar os dados operacionais dos sistemas do avião. Eles são sensores ligados por fios a várias áreas do avião na unidade de aquisição de dados de voo ligada à FDR. Quando um botão é ligado ou desligado, esta operação é gravada pela FDR.
Foto cedida National Transportation Safety Board - O gravador de dados danificado do voo 990 da EgyptAir Nos Estados Unidos, a FAA - Administração Federal de Aviação (Federal Aviation Administration - em inglês) costuma exigir que as companhias aéreas comerciais gravem no mínimo de 11 a 29 parâmetros, dependendo do tamanho da aeronave. Em 17 de julho de 1997, a FAA lançou um Código de Regulamentações Federais que exige a gravação de, no mínimo, 88 parâmetros em aviões fabricados depois de 19 de agosto de 2002.
Seguem alguns dos parâmetros gravados pela maioria das FDRs:
• tempo
• altitude da pressão
• velocidade do ar
• aceleração vertical
• curso magnético
• posição da coluna de controle
• posição do pedal do leme
• posição do volante de comando
• estabilizador horizontal
• fluxo de combustível
Gravadores semicondutores conseguem rastrear mais parâmetros do que a fita magnética porque permitem um maior fluxo de dados. As FDRs semicondutoras conseguem armazenar 25 horas de dados de voo. Cada parâmetro adicional gravado pela FDR fornece aos investigadores uma pista a mais sobre a causa de um acidente.
Feito para resistir
Em muitos acidentes aéreos, os únicos dispositivos que ficam praticamente intactos são as unidades de memória à prova de acidentes (CSMUs). Normalmente, os chassis e componentes internos dos outros gravadores estão destruídos. A CSMU é um cilindro grande que fica parafusado na parte plana do gravador. Este dispositivo é projetado para aguentar calor extremo, quedas violentas e toneladas de pressão. Nos antigos gravadores de fita magnética, a CSMU fica dentro de uma caixa retangular.
Fonte: L-3 Communication Aviation RecordersUsando três camadas de materiais, a CSMU de uma caixa-preta do tipo semicondutor isola e protege as pilhas de placas de memória que armazenam as informações digitalizadas. Segue abaixo um detalhamento dos materiais que fornecem uma barreira para as placas de memória (começando da barreira interna para fora).
• Proteção de alumínio - existe uma fina camada de alumínio em volta da pilha de cartões de memória.
• Isolamento contra altas temperaturas - este material feito de sílica seca tem 2,54 cm de espessura e fornece proteção térmica contra altas temperaturas. É isso que mantém as placas de memória a salvo durante incêndios pós-acidentes.
• Cobertura de aço inoxidável - o material de isolamento contra altas temperaturas fica dentro de um compartimento de aço inoxidável com aproximadamente 0,64 cm de espessura. O titânio também pode ser usado para criar esta blindagem.
Testando uma CSMU
Para garantir a qualidade e capacidade de resistência das caixas-pretas, os fabricantes aplicam diversos testes nas CSMUs. Para testar a unidade, os engenheiros carregam dados nas placas de memória que estão dentro da CSMU. A L-3 Communications usa um padrão aleatório para inserir dados em todas as placas de memória. Este padrão é revisado para determinar se qualquer um dos dados foi danificado pela queda do avião, incêndio ou pressão.
• Impacto da queda - os pesquisadores atiram a CSMU por um canhão de ar, a fim de criar um impacto de 3.400 Gs (1 G é a força da gravidade da Terra). A 3.400 Gs, a CSMU atinge um alvo de alumínio com uma força igual a 3.400 vezes o seu peso. A força do impacto é igual ou maior do que a que um gravador pode se submeter em uma queda real.
• Lançamento de pino - para testar a resistência de penetração da unidade, os pesquisadores lançam um peso de 227 kg com um pino de 0,62 cm para fora da parte inferior para a CSMU, de uma altura de 3 m. Este pino, com 250 kg, atinge o eixo mais vunerável do cilindro da CSMU.
• Esmagamento estático - durante cinco minutos, os pesquisadores aplicam 5 mil psi de força de pressão nos pontos principais dos seis eixos.
• Teste de incêndio - os pesquisadores colocam a unidade dentro de uma bola de fogo (com fonte de propano), "cozinhando-a" com três maçaricos. A unidade fica no fogo a 1.100°C durante uma hora. A FAA exige que todos os gravadores semicondutores consigam resistir, pelo menos, uma hora nesta temperatura.
• Submersão profunda - a CSMU é colocada num tanque pressurizado de água salgada durante 24 horas.
• Submersão na água salgada - a CSMU precisa resistir a 30 dias dentro de um tanque de água salgada.
• Imersão em fluídos - vários componentes da CSMU são colocados em vários fluidos usados na aviação, incluindo combustível de jatos, lubrificantes e produtos químicos contra incêndio.
Durante o teste de incêndio, o cabo de interface da memória que liga as placas de memória à placa de circuitos é queimado. Depois que a unidade esfria, os pesquisadores a pegam e retiram a memória. Eles colocam as placas de memória novamente em pilhas, instalam um novo cabo de interface e anexam a unidade a um sistema de leitura para verificar que todos os dados previamente carregados estão lá.
As caixas-pretas normalmente são vendidas e instaladas pelos fabricantes do avião. Elas costumam ser instaladas na cauda do avião. "Normalmente, a cauda do avião é a última parte a sofrer impacto", diz Doran. "Toda a parte frontal da aeronave fornece uma zona de impacto, que ajuda na desaceleração dos componentes da cauda, incluindo os gravadores, e aumenta as probabilidades de que a memória protegida contra acidentes do gravador, resista ao impacto".
A localização exata dos gravadores depende de cada avião. Às vezes ficam no teto, no compartimento traseiro de carga ou no cone da cauda que cobre a parte traseira do avião.
Depois da queda
Embora sejam chamadas de caixas-pretas, na realidade sua cor é um laranja vibrante. Esta cor diferente, associada a faixas reflexivas anexadas ao exterior dos gravadores, facilita a sua localização depois de um acidente. Isto é muito útil quando um avião cai na água. Existem algumas explicações com relação à origem para o termo "caixa-preta": alguns acreditam que seja devido ao fato de os antigos gravadores serem pintados de preto, outros acham que é uma referência à carbonização dos incêndios pós-acidentes. Na realidade, a expressão surgiu originalmente como metáfora: era dessa maneira ("black box") que os pilotos da RAF - a Real Força Aérea britânica - chamavam todas as inovações introduzidas em suas aeronaves durante a Segunda Guerra Mundial.
Farol localizador subaquático
Além da tinta e da fita que reflete, as caixas-pretas são equipadas com um farol localizador subaquático (ULB). Se você vir a foto de uma caixa-preta, quase sempre verá um objeto pequeno e cilíndrico anexado a uma das extremidades do dispositivo. Ao mesmo tempo que funciona como alça para carregar a caixa-preta, esse cilindro na verdade é um farol.
Foto cedida L-3 Communication Aviation Recorders - Um close de um farol localizador subaquáticoSe um avião cai na água, este farol emite um pulso ultra-sônico rapidamente detectado pelo sonar e equipamentos acústicos de localização. Existe um sensor de imersão na lateral do farol. Quando a água encosta neste sensor, o farol é ativado.
O farol emite pulsos a 37,5 kHz e consegue emitir som em uma profundidade de até 4.267 m. Uma vez que o farol começa a emitir esse som, faz isso uma vez por segundo durante 30 dias. Esse farol é alimentado por uma bateria protegida que dura seis anos. Raramente o farol arrebenta durante uma colisão de alto impacto.
Nos Estados Unidos, quando os investigadores localizam uma caixa-preta, ela é levada para os laboratórios de computadores da NTSB - National Transportation Safety Board (em inglês). O transporte destes dispositivos é feito com muito cuidado, para evitar qualquer dano à mídia de gravação. Em casos de acidentes aquáticos, os gravadores são colocados em um resfriador de água para impedir que sequem.
Foto cedida U.S. Department of Defense (Departamento de Defesa dos EUA) - O tenente da marinha dos EUA, Junior Grade Jason S. Hall (à direita), observa enquanto o agente do FBI, Duback (à esquerda), etiqueta o gravador de voz da cabine do voo 990 da EgyptAir, em 13 de novembro de 1999"O que eles tentam fazer é preservar o estado do gravador até que ele esteja em um lugar onde possa ser adequadamente manuseado", diz Doran. "Ao manter o gravador em um balde d'água, normalmente em um resfriador, eles o mantém no mesmo ambiente do qual ele foi resgatado, até que chegue em um lugar onde possa ser adequadamente desmontado".
Informações de resgate
Após achar as caixas-pretas, os investigadores levam os gravadores para um laboratório, onde fazem o download dos dados contidos nos gravadores e tentam recriar os acontecimentos que podem ter levado ao acidente. Este processo pode levar de semanas a meses. Nos Estados Unidos, os fabricantes de caixas-pretas dão à NTSB os sistemas de leitura e softwares necessários para fazer uma análise completa dos dados armazenados pelos gravadores.
Foto cedida L-3 Communication Aviation Recorders - Esta interface portátil pode permitir que os investigadores acessem rapidamente os dados de uma caixa-pretaSe a FDR não estiver danificada, os investigadores podem simplesmente ouvi-las no gravador, conectando-a a um sistema de leitura. Nos gravadores semicondutores, os investigadores podem extrair os dados armazenados em questão de minutos. Normalmente os gravadores tirados dos destroços estão amassados ou queimados. Nestes casos, as placas de memória são retiradas, limpas, um novo cabo de interface é instalado e a placa de memória é conectada a um gravador. Este gravador tem um software especial para facilitar o resgate dos dados sem a possibilidade de gravar nada por cima deles.
Uma equipe de especialistas é trazida para interpretar as gravações armazenadas em uma CVR. Este grupo normalmente tem um representante da companhia aérea, um do fabricante do avião, um especialista em segurança de transporte da NTSB e um investigador de segurança aérea da NTSB. Também pode ter um especialista em idiomas do Escritório Federal de Investigação - Federal Bureau of Investigation (em inglês) e, caso seja necessário, um intérprete. Esta equipe tenta interpretar 30 minutos de palavras e sons gravados pela CVR, o que pode levar muitas semanas para ser concluído.
A FDR e a CVR são ferramentas de valor incalculável para qualquer investigação de acidentes aéreos. Elas fornecem pistas importantes sobre o que pode ter causado a queda do avião.
Outras utilizações para as caixas-pretas
Segundo a L3 Communications, existem melhorias que serão agregadas à tecnologia das caixas-pretas. Dizem que algum tipo de gravador de vídeo da cabine do piloto será desenvolvido. Tal gravador seria capaz de armazenar imagens de vídeo em memória semicondutora.
Outras utilizações para a tecnologia das caixas-pretas
Atualmente, as caixas-pretas não estão somente nos aviões. Elas também estão sendo usadas no solo. Vários fabricantes de carros estão usando a tecnologia das caixas-pretas em seus carros e alguns vêm fazendo isto já há algum tempo. A General Motors usa a tecnologia das caixas-pretas há mais de uma década. O fabricante tem instalado um Sensing and Diagnostic Module (SDM - Módulo Sensor e de Diagnose) em milhares de seus carros, incluindo o Corvette.
Fonte: Kevin Bonsor. "HowStuffWorks - Como funcionam as caixas-pretas". Publicado em 13 de junho de 2001 (atualizado em 26 de fevereiro de 2009) http://viagem.hsw.uol.com.br/caixa-preta10.htm (08 de junho de 2009)
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