フライトレコーダー

最も初期の実証済みの試みの 1 つは、1939 年にフランスのマリニャーヌ飛行試験センターでフランソワ・ユスノとポール・ボードゥアンが「タイプ HB」フライト レコーダーを使用して行ったものです。これは基本的に写真ベースのフライト レコーダーで、記録は長さ8 メートル (8.7ヤード)、幅88 ミリメートル (3.5インチ)のスクロール写真フィルムに記録されました。潜像は、記録するデータの大きさ (高度、速度など) に応じて傾けられたミラーによって偏向された細い光線によって作られました。^{[ 1 ]} 1941 年に 25 台の「HB」レコーダーの試作が発注され、HB レコーダーは 1970 年代までフランスの飛行試験センターで使用され続けました。^{[ 2 ]}  

1947年、ユセノはボードゥアンともう一人の仲間と共にソシエテ・フランセーズ・デ・インストゥルメンツ・ド・メジュール（Société Française des Instruments de Mesure）を設立し、彼の発明品である「ユセノグラフ」を販売しました。この会社はその後、航空機だけでなく列車やその他の乗り物にも使用されるデータレコーダーの主要サプライヤーとなりました。SFIMは現在サフラングループの一部であり、フライトレコーダー市場でも存在感を示しています。フィルム技術の利点は、後から簡単に現像でき、再生装置を必要とせずに飛行パラメータの耐久性のある視覚的フィードバックが得られることでした。一方、磁気テープや後のフラッシュメモリベースの技術とは異なり、写真フィルムは消去して再利用できないため、定期的に交換する必要があります。この技術は、主に計画されたテスト飛行中の1回限りの使用に限定されており、通常の商業飛行中の民間航空機には搭載されませんでした。また、コックピットの会話も記録されませんでした。

第二次世界大戦中、イギリスでは別のタイプのフライトデータレコーダーが開発されました。レン・ハリソンとヴィック・ハズバンドは、墜落や火災にも耐え、フライトデータを無傷で保持できる装置を開発しました。この装置は、乗組員が耐えられないような状況にも耐えられるという点で、今日のレコーダーの先駆けとなりました。記録媒体には銅箔を使用し、様々な計器や航空機の制御装置に対応する様々なスタイラスで箔に刻印を施しました。箔は一定の時間間隔で定期的に進められ、航空機の計器の読み取り値や制御設定の履歴が記録されました。この装置は、航空機生産省のためにファーンバラで開発されました。終戦後、同省はハリソンとハズバンドに発明の権利を譲渡させ、英国特許19330/45として特許を取得しました。

有名なスパイにちなんで「マタ・ハリ」と呼ばれる最初の近代的な飛行データ記録装置は、1942年にフィンランドの航空技術者ヴェイヨ・ヒエタラによって作られました。この黒いハイテク機械ボックスは、フィンランド空軍がタンペレの主要航空機工場で修理または製造した戦闘機の試験飛行中に必要なすべてのデータを記録することができました。^{[ 3 ]}

第二次世界大戦中、イギリスとアメリカの両空軍は航空機の音声録音装置を使った実験に成功した。^{[ 4 ]} 1943年8月、アメリカ陸軍航空隊は磁気ワイヤー録音装置を使って、ナチス占領下のフランス上空での戦闘任務中のB-17爆撃機の乗組員のインターホンでの会話を録音する実験を行った。^{[ 5 ]}その録音は2日後にラジオでアメリカに放送された。

1953年、ポートメルボルンの国防科学技術機構の航空研究研究所（ARL）で働いていたオーストラリアの研究科学者デイビッド・ウォーレンは、計器の読み取り値だけでなく、コックピット内の声も記録する装置を考案した。[ ^{6 ] [ 7 ] 1954年、}彼は「航空機事故の調査を支援する装置」と題する報告書を発表した。^{[ 8 ] [ 9 ]}

ウォーレンは1956年に「ARLフライトメモリーユニット」と呼ばれるFDRのプロトタイプを製作し^{[ 8 ]}、1958年にはFDRとCVRを組み合わせた最初のプロトタイプを製作した^{[ 7 ] [ 10 ]} 。これは民間航空機を念頭に置いて設計され、墜落後の調査を目的としていた^{[ 11 ]} 。世界中の航空当局は当初ほとんど関心を示さなかったが、1958年に英国航空登録委員会の事務局長であるロバート・ハーディンガム卿がARLを訪れ、デイビッド・ウォーレンを紹介されたことで状況は変わった^{[ 6 ]} 。ハーディンガムはこの発明の重要性を認識し、ウォーレンが英国でプロトタイプを実演できるように手配した^{[ 8 ] 。}

ARLは、ウォーレンが試作機を飛行段階まで開発するのを支援するために、エンジニアリングチームを派遣した。電子エンジニアのレーン・シア、ウォーリー・ボスウェル、ケン・フレイザーからなるこのチームは、耐火性と耐衝撃性を備えたケース、航空機の計器の読み取り値と音声を1本のワイヤーでエンコードおよび記録する信頼性の高いシステム、そして地上ベースの復号装置を組み込んだ実用的な設計を開発した。ミドルセックスにある英国企業S.ダヴァル＆サンズ社が製造したARLシステムは、その形状と鮮やかな赤色から「赤い卵」と名付けられた。^{[ 8 ]}

これらのユニットは1965年に再設計され、墜落後のデータ回収の成功確率を高めるために航空機の後部に移設された。^{[ 12 ]}

英国登録航空機へのデータ記録装置の搭載は2段階で義務化されました。最初の段階は、重量12,000ポンド（5,400kg ）を超える新型タービンエンジン搭載公共輸送航空機に対して1965年に義務化され、1966年には60,000ポンド（27,000kg ）を超えるピストンエンジン搭載輸送機にも義務化され、さらに以前の要件はすべてのジェット輸送機にも拡大されました。航空機事故から回収されたデータの英国での最初の使用例の1つは、 1967年のストックポート航空事故に関与したブリティッシュ・ミッドランド・アルゴノート機に搭載されていたロイストン「ミダス」データレコーダーから回収されたデータでした。^{[ 13 ]}    

フライトレコーダーは、ジェームズ・J・ライアンによって米国で発明され、特許が取得されました。ライアンの「フライトレコーダー」特許は1953年8月に出願され、1960年11月8日に米国特許第2,959,459号として承認されました。^{[ 14 ]}ライアンによる「フライトレコーダー用符号化装置」に関する2番目の特許は、1963年1月22日付の米国特許第3,075,192号です。^{[ 15 ]}

「コックピットサウンドレコーダー」（CSR）は、ロッキード・エアクラフト社の航空エンジニア、エドモンド・A・ボニファス・ジュニアによって独自に発明され、特許を取得しました。^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}彼は当初、1961年2月2日に「航空機コックピットサウンドレコーダー」として米国特許庁に出願しました。^{[ 19 ]} 1961年の発明は、一部の人々から「プライバシーの侵害」と見なされました。その後、ボニファスは1963年2月4日に「コックピットサウンドレコーダー」（米国特許3,327,067）^{[ 16 ]}として再び出願し、安全な飛行と着陸の終了時にパイロットが音声/サウンドテープの録音を消去できるバネ仕掛けのスイッチを追加しました。

ボニファスは、1940年代の航空機墜落事故調査^{[ 20 ]}、および2機のロッキード・エレクトラ・ターボプロップ機（1959年にブラニフ航空が運航したフライト542と1961年にノースウエスト・オリエント航空が運航したフライト710 ）で巡航高度で片翼が脱落した事故調査に参加したことから、翼が脱落する直前と降下中にパイロットが何を言っていたのか、また翼が脱落する前または脱落中に発生した音や爆発の種類と性質は何か疑問に思うようになった^{[ 21 ] 。}

彼の特許は、パイロットの発言やエンジン音などの音声を録音する装置に関するもので、「機内録音装置とともに、耐衝撃性、耐火性、防水性を備えた密閉容器内に収容され」、「墜落火災時の極端な温度に耐えられるように密閉されている」ものであった。CSRはアナログ装置で、コックピットで聞こえる可能性のあるすべての音（爆発音、音声、および深刻な破損や故障を起こしている航空機の構造部品の音）を連続的に消去/録音するループ（30分以上）を提供した。^{[ 21 ]}

1966年11月1日、民間航空委員会の安全局長ボビー・R・アレンと技術サービス課長ジョン・S・リークは、カナダのトロントで開催されたAIAA/CASI合同航空安全会議で「航空機事故調査におけるフライトレコーダーの潜在的な役割」を発表した。^{[ 22 ]}

フライトデータレコーダー（FDR、または事故データレコーダーの略でADRとも呼ばれる）は、航空機の電子システムに送信される指示を記録するために使用される電子機器である。

FDRに記録されたデータは、事故やインシデントの調査に使用されます。事故調査において重要な役割を果たすため、ICAOで規制されているこれらの装置は、高速衝突の力や激しい火災の熱に耐えられるよう、慎重に設計・製造されています。一般的に「ブラックボックス」と呼ばれるのとは異なり、FDRの外側は残骸の中でも視認性を高めるために耐熱性の明るいオレンジ色の塗料でコーティングされており、通常は墜落しても生き残る可能性が高い航空機の尾部に設置されます。事故後、記録されたパラメータの分析によって原因や寄与要因を検出・特定できることが多いため、調査機関にとってFDRの回収は通常、最優先事項となります。^{[ 28 ]}

現代のFDRは、飛行データ取得ユニットから特定のデータフレームを介して入力を受け取ります。FDRは、操縦装置とアクチュエータの位置、エンジン情報、時刻など、重要な飛行パラメータを記録します。現在の米国連邦規制では、最低限88のパラメータが要求されています（2002年までは29のみでした）が、システムによってはさらに多くの変数を監視しています。一般的に、各パラメータは1秒間に数回記録されますが、データが急速に変化し始めると、一部のユニットははるかに高い頻度でデータの「バースト」を保存します。ほとんどのFDRは、連続ループで約17〜25時間のデータを記録します。すべての必須パラメータが記録されていることを確認するために、FDR検証チェック（読み出し）を毎年実行することが規制で義務付けられています。今日の多くの航空機には、飛行中に異常が発生した場合に乗務員が作動させることができる「イベント」ボタンがコックピットに装備されています。ボタンを押すと、記録に信号が記録され、イベントの時刻がマークされます。^{[ 29 ]}

現代のFDRは通常、耐腐食性に優れたステンレス鋼またはチタンで二重に覆われ、内部には高温断熱材が使用されています。現代のFDRには、水中で探知を助けるために超音波の「ピング」を発信する水中位置標識が付属しています。これらの標識は最大30日間動作し、最大6,000メートル（20,000フィート）の深さまで潜水した状態でも動作可能です。^{[ 30 ] [ 31 ]} 

コックピットボイスレコーダー（CVR）は、事故やインシデントの調査を目的として、航空機の操縦室の音声環境を記録するために使用されるフライトレコーダーです。これは通常、パイロットのヘッドセットのマイクとイヤホン、およびコックピットの天井にあるエリアマイクの信号を記録することによって実現されます。現在適用されているFAA TSOは、C123b「コックピットボイスレコーダー装置」です。^{[ 32 ]}

航空機にコックピットボイスレコーダー（CVR）の搭載が義務付けられており、かつデジタル通信を使用する場合、CVRは、他の場所で記録されない限り、航空管制との通信を記録する必要がある。2008年現在記録時間は最低 2 時間であることが FAA の要件です。^{[ 33 ]}欧州航空安全機関は2021 年に記録時間を 25 時間に延長しました。^{[ 34 ]} 2023 年に FAA は、滑走路侵入などの調査に役立てるため、要件を 25 時間に延長することを提案しました。^{[ 35 ] [ 36 ]} 2024 年 1 月に行われたアラスカ航空 1282 便に関する記者会見で、国家運輸安全委員会(NTSB) のジェニファー・ホメンディ委員長は、新たに製造された機器だけでなく、既存のすべての機器についても、現在の 2 時間ではなく 25 時間に保持するよう改めて求めました。^{[ 37 ]}

標準的なCVRは、2時間にわたって4チャンネルの音声データを記録することができます。当初の要件はCVRが30分間記録することでしたが、その後の調査に必要な音声データの大部分が記録終了の30分以上前に発生しているため、多くの場合、これは不十分であることが判明しました。^{[ 38 ]}

初期のCVRはアナログワイヤー記録を使用していたが、後にアナログ磁気テープに置き換えられた。テープユニットの中には2つのリールを使用するものもあり、テープは両端で自動的に反転した。最初のものは、1957年にオーストラリアのデイビッド・ウォーレンと計器メーカーのティッチ・ミルフィールドによって製造されたARLフライトメモリユニットである。^{[ 39 ] [ 40 ]}

他のユニットでは、 8トラックカートリッジのように、テープを連続ループ状に繋ぎ合わせたシングルリールが使用されていました。テープは循環し、古い音声情報は30分ごとに上書きされました。磁気テープからの音声復元は、録音機が水没して筐体が破損している場合、しばしば困難になります。そのため、最新の設計ではソリッドステートメモリを採用し、耐障害性の高いデジタル録音技術を使用することで、衝撃、振動、湿気に対する耐性を大幅に向上させています。ソリッドステート録音機は消費電力が少ないため、バッテリーを内蔵することが可能になり、航空機の電気系統が故障した場合でも、飛行終了まで録音を継続できるようになりました。

FDRと同様に、CVRも墜落時の生存率を最大化するために、通常は航空機の胴体後部に設置されます。 ^{[ 41 ]}

デジタルレコーダーの登場により、FDRとCVRは耐火性、耐衝撃性、防水性を備えた一体型デジタルコックピット音声データレコーダー（CVDR）として製造できるようになりました。現在、CVDRはL3Harris Technologies ^{[ 42 ]}やHensoldt ^{[ 43 ]}などによって製造されています。General Electricが製造し、ボーイング787ドリームライナーに搭載されているEnhanced Airborne Flight Recorder（EAFR）は、停電時にも動作を継続できるようにレコーダー独立電源（RIPS）も備えた一体型レコーダーです。^{[ 44 ]}

ソリッドステートレコーダーは1990年に商業的に実用化され、定期的なメンテナンスが不要でデータの取得が容易になるという利点があった。1995年には2時間の音声録音にも対応するようになった。^{[ 45 ]}

1970年代以降、大型民間ジェット機のほとんどには、「クイックアクセスレコーダー」（QAR）が追加装備されるようになった。これは、取り外し可能な記憶媒体にデータを記録する装置である。フライトデータレコーダー（FDR）とコックピットボイスレコーダー（CVR）は、事故発生時に最も損傷を受けにくい場所に設置する必要があるため、アクセスは必然的に困難である。また、記録を読み取るには専用の機器が必要となる。一方、QARの記録媒体は容易に取り外し可能で、標準的なデスクトップコンピュータに接続された機器で読み取れるように設計されている。多くの航空会社では、クイックアクセス記録をスキャンして「イベント」を検出する。イベントとは、通常の運用パラメータからの重大な逸脱を指す。これにより、事故やインシデントが発生する前に、運用上の問題を検出して解消することができる。

飛行データ収集装置（FDAU）は、多数のセンサーや航空電子機器から様々な離散的なアナログおよびデジタルパラメータを受信し、それらをFDR（フライトデータレコーダー）および、搭載されている場合はQAR（クイックアクセスレコーダー）に送信する装置です。FDAUからFDRへの情報は、航空機メーカーによって異なる特定のデータフレームを介して送信されます。

現代の航空機システムの多くはデジタル化されているか、デジタル制御されています。多くの場合、デジタルシステムにはシステムの動作に関する情報を記録するテスト装置が内蔵されています。この情報は、事故やインシデントの調査に役立てるためにも利用できます。