| Hộp đen trên máy bay của hãng Honeywell. |
Thiết bị cung cấp dữ liệu giải mã tai nạn hàng không có tên gọi "hộp đen" vì ban đầu thiết bị này thường được sơn màu đen. Ngày nay, thiết bị thường được sơn các màu sáng, phổ biến là màu cam.
Màu sắc khác biệt này, cùng với các dải băng phản quang gắn bên ngoài hộp đen, giúp các lực lượng cứu hộ dễ xác định vị trí các hộp đen sau vụ tai nạn. Những điều này đặc biệt hữu ích khi phải cứu hộ dưới nước.
Hộp đen do nhà khoa học người Australia, Tiến sĩ David Warren (1925-2010) phát minh vào khoảng năm 1954. Ông Warren làm việc tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu hàng không (nay thuộc Tổ chức Khoa học và Công nghệ quốc phòng) ở thành phố Melbourne, Australia từ năm 1952 đến năm 1983.
Ông nảy ra ý tưởng về máy ghi âm buồng lái khi đang điều tra vụ tai nạn máy bay phản lực thương mại đầu tiên trên thế giới vào năm 1953, sau khi nhìn thấy một máy ghi âm thu nhỏ tại một triển lãm thương mại.
"Nếu một doanh nhân sử dụng một trong những thứ này trên chuyến bay và chúng tôi có thể tìm thấy nó trong đống đổ nát và phát lại thì sẽ giúp cơ quan điều tra biết nguyên nhân xảy ra tai nạn".
Ông cho rằng, "bất kỳ âm thanh nào liên quan đến những gì đang diễn ra sẽ được ghi lại và chúng ta có thể lấy chúng từ đống đổ nát".
Các thiết bị trước năm 1954 được sử dụng để ghi lại các thông số chuyến bay nhất định thì không bao gồm ghi âm giọng nói và không thể tái sử dụng, không phù hợp cho các chuyến bay thương mại. Phát minh của Tiến sĩ Warren dựa trên phương pháp ghi từ tính, cho phép dễ dàng xóa và ghi lại, việc này trở nên khả thi trên các chuyến bay thương mại.
Khái niệm ghi âm trong buồng lái của Tiến sĩ Warren đã bổ sung một khía cạnh mới cho dữ liệu chuyến bay và chứng tỏ vô cùng giá trị đối với việc điều tra tai nạn. Ngoài việc ghi lại các đoạn hội thoại của phi hành đoàn, những âm thanh tình cờ ghi lại trên hộp đen của chuyến bay cũng đóng góp những manh mối quan trọng trong việc giải mã nguyên nhân tai nạn.
Hộp đen được thiết kế chắc chắn, có thể duy trì hoạt động trong những tình huống khó khăn nhất như: chịu va đập (3.400Gs), sức ép lớn (227kg/6.5cm2), nhiệt độ cao (1.000-1.100oC) và ngâm dưới biển (24-30 ngày).
Mỗi hộp đen được trang bị một thiết bị phát tín hiệu định vị (underwater locator beacon - ULB) gắn ở mặt trước. ULB sẽ phát tín hiệu vô tuyến với tần số 37,5 kHz cứ mỗi giây. Thời gian hoạt động của pin ULB sẽ tùy theo nhà sản xuất, thông thường có thể hoạt động liên tục khoảng 30 ngày.
Bán kính phát hiện ULB là 1.800–4.200m. ULB được thiết kế để hoạt động ngay cả ở độ sâu 6.000m dưới biển và có thể thực hiện bảo dưỡng mà không cần tháo hộp đen.
Các máy bay dân dụng hiện nay đều được bố trí 2 hộp đen: hộp có nhiệm vụ ghi âm buồng lái (cockpit voice recorder - CVR) và bộ lưu dữ liệu chuyến bay (Flight data recorder-FDR).
CVR được nối với những micro đặt trong buồng lái để ghi lại những âm thanh (như lời nói, tiếng bật công tắc, tiếng gõ cửa...). Thường có 4 cái, đặt phía trên phi công chính, phi công phụ, phi công thứ 3 (nếu có) và ở giữa buồng lái.
CVR thế hệ cũ sử dụng băng từ. Từ những năm 1990, CVR sử dụng bảng bộ nhớ trạng thái rắn, đáng tin cậy hơn nhiều so với máy ghi âm băng từ do sử dụng các mảng chip nhớ xếp chồng lên nhau, vì vậy chúng không có các bộ phận chuyển động, bảo trì dễ hơn và giảm khả năng bị hư hại trong các vụ va chạm.
CVR ghi băng từ chỉ lưu được âm thanh trong 30 phút cuối cùng của chuyến bay, dữ liệu được ghi liên tục để hoàn thành một chu kỳ. Khi dữ liệu mới được ghi lại, dữ liệu cũ sẽ được thay thế. CVR sử dụng bộ lưu trữ thể rắn có thể ghi lại 2 giờ âm thanh.
FDR được nối với các thiết bị cảm biến thu thập dữ liệu như gia tốc, tốc độ bay, độ cao, cài đặt cánh, nhiệt độ bên ngoài, hiệu suất động cơ, nhiệt độ và áp suất khoang hành khách… Máy ghi băng từ thế hệ cũ có thể theo dõi khoảng 100 thông số, trong khi máy ghi thể rắn có các thông số hơn gấp nhiều lần.
Ví dụ, trong chiếc Boeing 787, các FDR có thể ghi lại 146.000 thông số, dung lượng đến vài terabyte dữ liệu cho mỗi chuyến bay. Với lượng dữ liệu khổng lồ đó, các hãng hàng không có nhiều thông tin để giám sát máy bay.
Cho dù hệ thống là phiên bản cũ hay hiện đại, tất cả dữ liệu do các cảm biến của máy bay thu thập đều được gửi đến bộ phận thu thập dữ liệu chuyến bay ở phía trước máy bay. Thiết bị này thường được tìm thấy trong khoang thiết bị điện tử dưới buồng lái. Nó ghi lại thông tin từ các cảm biến và gửi đến hộp đen.
Thông tin chuyến bay đều được ghi vào hộp đen bằng một thuật toán cụ thể. Điều này giúp các nhà chức trách có thể truy cập dữ liệu chuyến bay khi cần thiết, tạo cơ hội cho các hãng sản xuất máy bay và các ngành khoa học hàng không nghiên cứu nguyên nhân máy bay rơi và khắc phục những hạn chế, ngăn ngừa các tai nạn trong tương lai.
Ngày nay, hộp đen không chỉ dùng trên máy bay mà còn dùng trên nhiều phương tiện khác như xe hơi, tàu lửa...