作者:段歆涔 来源:中国科学报 发布时间:2014-6-3 8:40:17
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“我们可用的知识和技术太少了”
《科学》分析MH370缘何至今搜寻未果

 

与其他空难相比,MH370的搜救工作尤其艰巨。因为至今还没有发现飞机碎屑,其飞行航道也没有弄清,且我们对事发海域海底情况的掌握也非常有限。

图片来源: KHAM

3月8日凌晨,马来西亚航空公司MH370号航班与控制中心失联,这架从吉隆坡通宵飞往中国北京的航班远远地偏离了航线,最终坠落在南印度洋。这起事件已经成为航空史上最扑朔迷离的灾难之一。该事件也令科学家开始反思:人们掌握的关于深海搜救的知识与实际需求还存在很大差距,现有的对飞行中的飞机的远程监控技术还需提升。

4月初,海上搜救船在澳大利亚珀斯西北方向1700公里远的海域探测到了金属噪音,这燃起了搜救者找到黑匣子(记录了飞机的航行数据和通话记录)的希望。然而,搜救者在该海域什么也没找到,且金属噪音很快就消失了,这可能是因为黑匣子内的电池只能维持1个月左右,或因为探测到的金属噪音并非来自失联客机。总计29架民用和军用飞机、14艘搜救船在方圆近464万平方公里的海域开展搜救工作,到目前为止却一无所获。5月5日,澳大利亚副总理Warren Truss在记者招待会上说:“本次搜救是世界上难度最大的搜救工作之一。”

《科学》称,有关当局开始为下一步的搜救设计计划,它将是有史以来范围最大、难度最高的海底搜救任务,且面临着缺少关键数据的困局。南印度洋大部分海底没有进行过水深测量,此外,科学家对声波在该海域海底的动力学传播方式也知之甚少。在5月27日发表于《美国地球物理联合会汇刊》的一篇文章中,马里兰大学帕克分校卫星测高实验室地球物理学家Walter Smith和Karen Marks写道:“人们对行星地形学的了解要远远超过对海底地形学的了解。”

这起事件也促使空中管理机构设计新的监控方案,确保可以对飞行中的飞机进行实时监控,而不是等到灾难发生后再去追查事件。

光波和电波技术

光波和无线电波是在陆地上成像的主力军,但它们在海中的传播距离很短。因此,海底造图必须依靠声波,例如单束回声测深技术或与GPS相连的多波束测深技术。前者随着船舶的行进收集数据,而后者收集数据的范围更广。海底造图还可依赖卫星测高技术——利用雷达探测技术测量海平面的起伏,这种起伏是引力效应的结果,研究者可以据此推断该海域的海底地形究竟是山脉还是海沟。悉尼市新南威尔士大学海洋学家Erik van Sebille说,多波束测深技术是探测海底地形的黄金法则,但目前主要应用于沿海区域、海洋航道及富含碳氢化合物的海底矿床区域。

Smith和Marks在文章中指出,当代回声技术基本上没有被应用到南印度洋海域的海深测试中,相关测试主要依靠卫星测高技术。文中写道:“人们对该海域绝大部分的海底地形特征一无所知。”在本次搜救海域,最深处的深度估计超过7800米,而深度越深,人们对海底地形了解得越少,这在任何一处海域都是一样的。珀斯市西澳大利亚大学海洋学家Charitha Pattiaratchi说:“南印度洋的平均深度为4000米,而我们对4000米及更深的海底一无所知。”

人们对海底世界缺乏认知的原因之一是不知道声波是如何在海底传播的。科学家已知声波在冷水中的传播速度较慢,但是深海的水温究竟是多少科学家却并不清楚。声波传播科研任务主要依靠潜水艇完成,但潜水艇很难潜入到1000米深以下,正是诸多不确定性阻碍了搜救人员对被认为是由MH370黑匣子发出的金属噪音的定位工作。

Pattiaratchi认为,即便寻找黑匣子的努力没有取得任何结果,通过此次任务搜集到的海深测量数据将有助于缓解其他自然灾害带来的恶果。例如更丰富的海深测量数据使海啸传播模型更加精确,从而为民众提供更准确的海啸预警。悉尼科技大学海洋生态学家David Booth说:“这些数据还将极大提升生物学家对海洋生物多样性热点地区的推测能力,并有助于深海鱼群分布的推算工作。”

海面搜救

海面搜救工作可能无助于黑匣子的定位,也无法帮助搜救人员找到飞机残骸。发现飞机碎片将证明MH370坠落在印度洋海域,但现在距空难发生近3个月,已经无法通过海面残骸来准确地推断坠机地点。Sebille说:“海洋就像是一座庞大的弹球机,向别的方向轻轻一弹,弹球的运动轨迹就会发生极大变动。”在一项于南大洋进行的实验中,Sebille的研究小组从船舷的两端向海面上投放了数个一模一样的浮标,在数周内,有些浮标已然相距数百公里远。MH370搜救区域的洋流速度比南大洋的洋流速度慢,但该海域却存在很多漩涡,使搜救工作更加困难。

5年前的一场空难让人们了解到海上搜救的不易。2009年6月1日,一架法航AF447航班在从巴西里约热内卢飞往巴黎的途中坠入大海。第二天,搜救人员就在位于巴西海岸线650公里的海域发现了漂浮的油污及碎屑。6月6日,搜救船找到了几具遇难者遗体及行李和飞机残骸。尽管科学家对该海域海底特征了若指掌并已经绘制出了精确的海图,搜救人员仍耗费了2年时间才找到AF447的机体残骸。海底搜寻工作由伍兹霍尔海洋研究所的研究人员进行,他们操作一台名为REMUS 6000的水下机器人,最终在近4000米深的海底捕捉到AF447机体的声呐图像。

相关系统研发

黑匣子被破坏或丢失很罕见,但它却令航空专家倍感苦恼。2000年,北得州大学计算机科学家Krishna Kavi和博士生Mohamed Aborizka提出“玻璃箱”概念,这是一种可以通过卫星持续记录航空数据的系统,使监控人员能及时发现不寻常信息。但是,近3万架航班所带来的巨大信息量使得下载数据的成本非常高昂,阻碍了该系统在航空界的发展。Kavi说:“除非管理者特别要求,否则航空公司是不会下载数据的。”

但是,一家航空公司于2005年开发出一种相似的系统。该系统将卫星通信设备安置在飞机上,一旦航班发生意外,例如飞机偏离航线,该系统将自动向地面传输黑匣子内的数据。不过,只有极少的飞机装备有该系统。

自AF447失事后,航空界对黑匣子数据传输系统的兴趣大大提高。法国民航当局专门成立了一个恢复航班数据的工作组,经过测试,该工作组认定为飞机安装数据传输系统能将灾后搜救范围缩减到4海里半径。英国伦敦市Inmarsat卫星通讯公司副董事长David Coiley说:“AF447事故发生后,许多研究接踵而至,但航空业却并没有采用这些研究成果。”Coiley认为造成这一结果的症结在于:什么样的计算机信号能给予地面管理机构足够的时间下载黑匣子内的数据。他说:“科技是现成的,但还需要找到一种切实可行的、经济方法利用它。”

当然,无论怎样,新技术都已经无法为MH370服务了。澳大利亚正与美国海军的自主水下航行器蓝鳍-21一起继续搜救工作。但Smith和Marks指出,蓝鳍-21的搜救能力只能达到4500米深,而疑似MH370黑匣子的目标地点则位于5160米深的海底。

Truss说,下一个阶段的搜救工作将包括利用拖拽式声呐扫描仪和自主水下航行器来绘制更精密的海洋地图。他说:“下一阶段的任务要求我们竭尽全力了解该海域的海底地形。”

马来西亚代理交通部长Hishammuddin Hussein曾在一场记者招待会上表示:“与其他空难相比,MH370的搜救工作尤其艰巨。因为至今还没有发现飞机碎屑,其飞行航道也没有弄清,且我们对事发海域海底情况的掌握也非常有限。我们手头上可利用的知识和技术太少了。”(段歆涔)

《中国科学报》 (2014-06-03 第3版 国际)
 
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