作者:吴天微
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来源:知乎
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在美剧《Criminal Minds》第10季第3集中,一名极端连环杀手黑进了飞机控制系统并操纵缝翼打开导致飞机坠毁,现实中这种情况有可能发生吗?
答案是:不会。
黑客不在飞机上,那和飞机无法发生除特定频段无线电通信+GPS信号以外的任何联系;
黑客在飞机上的话,也要通过及其逆天的硬件物理连接攻破飞机控制总线才可以施加一丁点影响——然后飞行员接到机载系统提示,果断切断了数字电传操纵,用机械冗余备份接管飞机。
飞机是怎么控制的?
飞控系统分为电传和机械两个大类,后者其实和我们习惯的自行车、汽车、摩托车、轮船、拖拉机等一切普通机械的控制方式一样,和电路系统无关,纯粹靠机械(液压)传动结构,比如齿轮,曲轴,连线连杆,动作筒来实现,不存在被黑客入侵的问题。
至于电传操作,即将操作动作通过一个电路系统转换为信号,经线路传到飞机气动面和发动机等结构的操作模式。该模式大体上分为模拟电传和数字电传两种,前者从原理上类比为磁带随身听,黑胶唱机,短波收音机,接受/播放模拟信号;相应地,后者类比为MP3、IPOD、IPHONE,接受/播放数字信号;模拟和数字信号的概念。
粗略类比为,前者好比你在旁边看如何跳广场舞然后自己模仿,后者是你背下来”抬起左手,伸出右手“等动作然后执行。。。
那么,飞机上的模拟电传操作系统,基本可以看做一套很复杂的黑胶唱片,飞行员的手是唱片的纹路,操作杆、电门、开关、踏板等结构是唱针,感受飞行员发出的信号,转换为电流信号传送到控制结构(类比为音箱)上,然后对应的电路会执行”解码“的功能,把信号逆向表达为物理动作,类比为音箱的动圈根据电流的震动。
显然,模拟电传系统对外界是黑箱状态,输入和输出可以观测,中间过程,除了电路工程师,其他人包括玩数字编码的黑客是没机会控制的,黑客同时也是模电大牛的话除外……
注意,这样的系统逻辑上和实际上都不需要通过任何方式和外界产生符合一般概念的”网络连接“——物理上没有这个基础,也没有实际意义,除非黑客就在飞机上(且能够绕开驾驶舱控制飞机结构,但这叫特工,不叫黑客),或者在旁边伴飞,同时把精心设计的遥控控制器装到了飞机驾驶台中控上,然后还得有个功率变态的遥控信号发射器……
第三代电传系统也没这个可能吗?
第三次科技革命的春风送来了数字化的浪潮,一夜之间从军事装备到工业设备到生活用品都恨不得全集成芯片和控制程序,飞机当然也不例外,飞行计算机,大气数据计算机,基于精密控制律的全权三余度甚至四余度数字电传系统等等高大上的技术遵循先军后民的原则被大规模应用。
到了这个时代,飞行控制操作就不是飞行员-飞机的传递活动了,而是一个耦合系统。
飞行员拉杆蹬舵的动作首先被转化为控制程序里的一行代码,再被传递给飞控计算机,同目前飞机的姿态和状态,大气计算机采集的外部信息一起,通过一个操作系统(控制律)的计算,最终决定”飞机该怎么动呢?“这个问题,产生另一串代码,经由数据总线(可以看做一条铁路干线)传递到各个分系统的芯片上,再通过一系列数字集成电路和模拟电路结构(看做物流配送站),转化为传递给气动面的控制电机和发动机电路、油路的操作信号。
显然,这个过程中,人的动作只是回路的一环。这种设计能有效降低开飞机的难度(起码不用和几十斤阻力的操纵杆较劲了),同时放宽飞机气动布局的安定度(对军用飞机),或者把大部分复杂的操作交给计算机自动完成(对民航机),而飞行员只需要做一个状态监控和参数计算的工作……
所以黑客该怎么黑进去?
总之这样的系统的确和我们习惯的”计算机网络“有一定相似之处,但是黑客想”黑“进一个网络的前提条件是他的终端和该网络有物理上的连接,而有人驾驶的飞机,无论军民,飞控计算机对通讯系统肯定是隔离的,远程控制在技术上不难但没有人会这样设计飞机。。。
问题又回到——黑客究竟在哪里?如果在飞机上,是不是冲进驾驶舱劫持飞行员控制飞机,要比装一个小盒子在飞控计算机的总线上并拿一个遥控器控制要容易得多?
PS:黑客要黑掉飞机并不需要控制飞行动作,只要黑掉空管系统,让其不能发出正确的调度信号,会有一大批飞机找不到路烧干油掉下来,另一批飞机在起降中相撞或者撞地面/山头的。