„Nasz Dziennik” ujawnia:
Część zapisów czarnych skrzynek Tu-154M może prowadzić do fałszywych stwierdzeń. Powodem jest rozdzielczość zapisu systemu rejestracji przez stary sowiecki system MSRP.
Zapisy z czarnych skrzynek Tu-154M niewiele mówią o położeniu i konfiguracji samolotu.
Dlatego wszystkie dane o parametrach lotu Tu-154M i jego trajektorii trzeba traktować z dużą ostrożnością.
Rejestratory zapisują parametry lotu, posługując się wspólnym systemem wymiany danych, z którego korzysta także pilot automatyczny. Rosyjskie czarne skrzynki zawierają dane o 42 parametrach analogowych i 55 dyskretnych. Polski rejestrator ATM-QAR pobierał też dodatkowo 6 parametrów analogowych i 2 dyskretne, dotyczące wibracji silników. Każdy z parametrów dyskretnych ma tylko dwa stany „tak” i „nie”. Wystarczy, że na taśmie magnetycznej odpowiadać temu będzie namagnesowanie lub nienamagnesowanie odpowiedniego miejsca. To najprostszy zapis najmniejszej ilości informacji, w informatyce nazywa się go bitem. Jako bity zapisuje się sygnały z rozrzuconych po całym samolocie czujników, głównie informujące o różnego rodzaju usterkach, ale także położeniu niektórych przełączników, wciśnięciu wybranych przycisków, odbiorze sygnałów, wypuszczeniu podwozia i wielu podobnych.
Problem pojawia się, gdy chcemy zapisać dane, których nie da się przedstawić w postaci zero-jedynkowej. Jak na przykład zapisać wysokość barometryczną, którą wysokościomierz mierzy w przedziale od -250 do 1,3 tys. metrów. Przyrząd tę liczbę przekazuje w postaci sygnału elektrycznego do systemów sterowania. Im większe napięcie prądu, tym wyżej (lub odwrotnie). Ten prąd służy do wychylenia wskazówki „zegara”, który widzi załoga w kokpicie. Mamy zatem tu do czynienia z urządzeniem w pełnym znaczeniu analogowym. Ale ta sama wysokość, gdy ma trafić do czarnej skrzynki (czy innego rejestratora), zostaje zamieniona na liczbę, którą daje się zapisać w 8 bitach. Osiem zer lub jedynek daje 256 możliwości (dwa do ósmej potęgi).
52 metry różnicy
W efekcie zapis parametru analogowego jest w czarnej skrzynce naprawdę dyskretny. Skoro możemy zapisać tylko 256 różnych wysokości, to siłą rzeczy pojawia się spora niedokładność. Gdyby zakres od -250 do 1,3 tys. podzielić po równo, wychodzi odstęp między możliwymi wartościami ok. 52 metrów. Inne wartości pomiarów są po prostu przybliżane do najbliższych z tych 256 możliwych. Do tego rejestrator zapisuje pakiet parametrów co pół sekundy, więc nie odnotowuje zmian parametrów lotu, które trwały bardzo krótko i akurat nie „trafiły” w czas rejestracji.
Z pewną utratą dokładności mamy do czynienia zawsze, gdy dane analogowe zamieniane są na cyfrowe (digitalizacja). Strata danych jest mniejsza, jeśli zapisuje się częściej (wyższa częstotliwość próbkowania) i więcej pamięci przeznaczono na rejestrowany parametr (większa rozdzielczość danych). Z drugiej strony zapis cyfrowy jest powszechnie stosowany, gdyż dzięki zamianie zjawisk fizycznych, takich jak napięcie prądu czy ciśnienie, na liczby unikamy wielu zakłóceń, szumów. Możemy dane poddawać obróbce w komputerze, a także szyfrować i rozszyfrowywać.
Jak tłumaczył inż. Piotr Lipiec, członek Państwowej Komisji Badania Wypadków Lotniczych, podczas konferencji „Mechanika w lotnictwie” w Kazimierzu Dolnym, nowoczesne systemy rejestracji parametrów lotów we współczesnych samolotach przyjmują standard przynajmniej 12 bitów na każdy parametr (4096 możliwości). Dla wartości takich jak wysokość barometryczna jest nawet 20 bitów (ponad milion). W efekcie dokładność zapisu wyniesie niecałe półtora centymetra – to o wiele mniej niż precyzja pomiaru zainstalowanego przyrządu.
Ale w Tu-154M bitów było tylko osiem. Skutkiem tego na wykresach, które można zobaczyć w raportach MAK i komisji Millera kolorowe krzywe mają kształt schodów. Na wykresach często widać też „piki” – krótkie, duże zmiany parametru, który za chwilę wraca do poprzedniej wartości. Traktując bezkrytycznie te dane, można byłoby pomyśleć, że samolotem w ciągu sekundy rzuca na przykład o 61 metrów w górę i z powrotem. – Tak naprawdę jedynie wysokość samolotu zbliżyła się do granicy punktów na skali –wyjaśnia Lipiec. Ekspert był też członkiem komisji Millera, w której zajmował się zapisami rejestratorów. Był także przedstawicielem polskiej komisji podczas otwierania i wstępnych badań w USA amerykańskich systemów TAWS i FMS.
To samo dotyczy prędkości, przyspieszenia, położenia samolotu w przestrzeni, stanu usterzenia itd. Gdy bezmyślnie interpretuje się wykresy bez uwzględniania rozdzielczości pomiaru, łatwo dojść do wniosku, że stało się coś nadzwyczajnego.
Problem w tym, że te gwałtowne zmiany różnych wskaźników nie są jednoczesne. A gdyby z samolotem naprawdę stało się coś takiego, że nagle „podskakuje” kilkadziesiąt metrów, mielibyśmy tego ślad nie tylko w zmianie wysokości, ale i wykresie przyspieszenia, przeciążenia i innych.
Świadomość sposobu zapisu danych pozwala uniknąć tego rodzaju błędu. Ale to niestety nie wszystko.
Bez współrzędnych GPS
Otóż podstawowym zadaniem komisji badającej przyczyny wypadku jest odtworzenie trajektorii lotu. Jest to w przypadku samolotu takiego jak Tu-154M zadanie dość trudne i skomplikowane. Czarna skrzynka nie rejestruje położenia (np. współrzędnych z GPS). Mamy dane o wysokości, prędkości i innych wskaźnikach w prawie dowolnym momencie. Ale nie wiadomo, gdzie wtedy była maszyna. Jej położenie wylicza się na podstawie prędkości, wysokości i danych o różnych punktach charakterystycznych, jak np. przelot nad radiolatarnią, co odnotowuje czarna skrzynka. Można też synchronizować rejestrator parametryczny z dźwiękowym i wykorzystywać uzyskane w ten sposób informacje.
Najprostszy sposób odtworzenia trajektorii to wykorzystanie jakiegoś punktu, dla którego znamy położenie samolotu i w czasie, i w przestrzeni, na przykład przelotu nad radiolatarnią (dokładniej tzw. markerem). Następnie rysuje się na mapie trajektorię w oparciu o zapisaną prędkość samolotu. Ale takie podejście rodzi wiele niedokładności. Stąd do korekty trajektorii używa się wysokości. Ponieważ różnica między wysokością radiową (czyli rzeczywistą wysokością nad ziemią pod samolotem) a barometryczną (tj. wysokością nad progiem pasa) wynosi tyle, ile różnica wysokości gruntu pod samolotem i wysokości progu pasa, można (znając profil terenu) znaleźć miejsce, gdzie wszystkie te wysokości poprawnie się sumują. Odczyt wysokości radiowej po zapisaniu w ośmiu bitach znany jest z dokładnością do ok. 3 metrów.
Jak jednak porównać te wartości z wysokością barometryczną znaną z dokładnością do 61 metrów? Nie da się takich danych wykorzystać do efektywnej korekty trajektorii.
Jest jeszcze jeden problem związany z zapisem parametrów w czarnych skrzynkach. Otóż zakres każdego wskaźnika nie jest do celów digitalizacji dzielony równo. Tak naprawdę w ogóle nie jest w żaden sposób przemyślany „dzielony”. Robi się odwrotnie. Samolot podczas prób po wyjściu z fabryki i po naprawie głównej wykonuje loty kontrolne, w czasie których leci w różnych konfiguracjach, załoga je zapisuje, a potem porównuje się to z zapisem rejestratora. W efekcie powstają tzw. skale parametryczne. To po prostu tabele (lub wykresy) pozwalające zamienić liczbę od 0 do 255 na wartość fizyczną (wysokość, prędkość, kąt).
A zatem komisje badające katastrofę musiały zaufać skalom, które przygotowali rosyjscy piloci doświadczalni, znajdującym się w dokumentacji technicznej producenta, a potem naprawy głównej. W archiwum specpułku powinny być cztery zestawy skal: z 1990 roku (z oblotów po wyprodukowaniu maszyny), 1996 i 2003 roku (napraw głównych we Wnukowskich Zakładach Remontów Lotniczych pod Moskwą) i 2009 (naprawy głównej w Zakładzie Lotniczym Awiakor w Samarze).
– Komisja używała tylko najnowszego. Tak się zawsze robi, bo wystarczy, że wymieniono jakiś przyrząd i już stara skala jest nieaktualna – tłumaczy Piotr Lipiec. Okazuje się, że komisja w ogóle nie porównała rosyjskich skal. Najnowsza zapewne rzeczywiście jest najlepsza, ale przejrzenie pod kątem poważniejszych rozbieżności pozwoliłyby upewnić się, że podczas skalowania nie doszło do błędu lub manipulacji zaburzającej wyniki. Nikt tego jednak nie zrobił.
