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小思:《科學》解析MH370搜尋難點
送交者: 小思 2014年06月11日23:30:03 於 [五 味 齋] 發送悄悄話
馬航失事已過三個月,仍然未有蛛絲馬跡。科學雜誌不惜重彩濃墨,對此進行了
認真的分析。其中某些新技術今後滿有用。ZT 如下:

3月8日凌晨,馬來西亞航空公司MH370號航班與控制中心失聯,這架從吉隆坡通宵飛
往中國北京的航班遠遠地偏離了航線,最終墜落在南印度洋。這起事件已經成為航
空史上最撲朔迷離的災難之一。該事件也令科學家開始反思:人們掌握的關於深海
搜救的知識與實際需求還存在很大差距,現有的對飛行中的飛機的遠程監控技術還
需提升。

4月初,海上搜救船在澳大利亞珀斯西北方向1700公里遠的海域探測到了金屬噪音,
這燃起了搜救者找到黑匣子(記錄了飛機的航行數據和通話記錄)的希望。然而,
搜救者在該海域什麼也沒找到,且金屬噪音很快就消失了,這可能是因為黑匣子內
的電池只能維持1個月左右,或因為探測到的金屬噪音並非來自失聯客機。總計29架
民用和軍用飛機、14艘搜救船在方圓近464萬平方公里的海域開展搜救工作,到目前
為止卻一無所獲。5月5日,澳大利亞副總理Warren Truss在記者招待會上說:“本
次搜救是世界上難度最大的搜救工作之一。”

《科學》稱,有關當局開始為下一步的搜救設計計劃,它將是有史以來範圍最大、
難度最高的海底搜救任務,且面臨着缺少關鍵數據的困局。南印度洋大部分海底沒
有進行過水深測量,此外,科學家對聲波在該海域海底的動力學傳播方式也知之甚
少。在5月27日發表於《美國地球物理聯合會彙刊》的一篇文章中,馬里蘭大學帕克
分校衛星測高實驗室地球物理學家Walter Smith和Karen Marks寫道:“人們對行星
地形學的了解要遠遠超過對海底地形學的了解。”

這起事件也促使空中管理機構設計新的監控方案,確保可以對飛行中的飛機進行實
時監控,而不是等到災難發生後再去追查事件。

光波和電波技術
光波和無線電波是在陸地上成像的主力軍,但它們在海中的傳播距離很短。因此,
海底造圖必須依靠聲波,例如單束回聲測深技術或與GPS相連的多波束測深技術。前
者隨着船舶的行進收集數據,而後者收集數據的範圍更廣。海底造圖還可依賴衛星
測高技術──利用雷達探測技術測量海平面的起伏,這種起伏是引力效應的結果,
研究者可以據此推斷該海域的海底地形究竟是山脈還是海溝。悉尼市新南威爾士大
學海洋學家Erik van Sebille說,多波束測深技術是探測海底地形的黃金法則,但
目前主要應用於沿海區域、海洋航道及富含碳氫化合物的海底礦床區域。

Smith和Marks在文章中指出,當代回聲技術基本上沒有被應用到南印度洋海域的海
深測試中,相關測試主要依靠衛星測高技術。文中寫道:“人們對該海域絕大部分
的海底地形特徵一無所知。”在本次搜救海域,最深處的深度估計超過7800米,而
深度越深,人們對海底地形了解得越少,這在任何一處海域都是一樣的。珀斯市西
澳大利亞大學海洋學家Charitha Pattiaratchi說:“南印度洋的平均深度為4000米,
而我們對4000米及更深的海底一無所知。”

人們對海底世界缺乏認知的原因之一是不知道聲波是如何在海底傳播的。科學家已
知聲波在冷水中的傳播速度較慢,但是深海的水溫究竟是多少科學家卻並不清楚。
聲波傳播科研任務主要依靠潛水艇完成,但潛水艇很難潛入到1000米深以下,正是
諸多不確定性阻礙了搜救人員對被認為是由MH370黑匣子發出的金屬噪音的定位工作。


Pattiaratchi認為,即便尋找黑匣子的努力沒有取得任何結果,通過此次任務搜集
到的海深測量數據將有助於緩解其他自然災害帶來的惡果。例如更豐富的海深測量
數據使海嘯傳播模型更加精確,從而為民眾提供更準確的海嘯預警。悉尼科技大學
海洋生態學家David Booth說:“這些數據還將極大提升生物學家對海洋生物多樣性
熱點地區的推測能力,並有助於深海魚群分布的推算工作。”

海面搜救
海面搜救工作可能無助於黑匣子的定位,也無法幫助搜救人員找到飛機殘骸。發現
飛機碎片將證明MH370墜落在印度洋海域,但現在距空難發生近3個月,已經無法通
過海面殘骸來準確地推斷墜機地點。Sebille說:“海洋就像是一座龐大的彈球機,
向別的方向輕輕一彈,彈球的運動軌跡就會發生極大變動。”在一項於南大洋進行
的實驗中,Sebille的研究小組從船舷的兩端向海面上投放了數個一模一樣的浮標,
在數周內,有些浮標已然相距數百公里遠。MH370搜救區域的洋流速度比南大洋的洋
流速度慢,但該海域卻存在很多漩渦,使搜救工作更加困難。

5年前的一場空難讓人們了解到海上搜救的不易。2009年6月1日,一架法航AF447航
班在從巴西里約熱內盧飛往巴黎的途中墜入大海。第二天,搜救人員就在位於巴西
海岸線650公里的海域發現了漂浮的油污及碎屑。6月6日,搜救船找到了幾具遇難者
遺體及行李和飛機殘骸。儘管科學家對該海域海底特徵瞭若指掌並已經繪製出了精
確的海圖,搜救人員仍耗費了2年時間才找到AF447的機體殘骸。海底搜尋工作由伍
茲霍爾海洋研究所的研究人員進行,他們操作一台名為REMUS 6000的水下機器人,
最終在近4000米深的海底捕捉到AF447機體的聲吶圖像。

相關系統研發
黑匣子被破壞或丟失很罕見,但它卻令航空專家倍感苦惱。2000年,北得州大學計
算機科學家Krishna Kavi和博士生Mohamed Aborizka提出“玻璃箱”概念,這是一
種可以通過衛星持續記錄航空數據的系統,使監控人員能及時發現不尋常信息。但
是,近3萬架航班所帶來的巨大信息量使得下載數據的成本非常高昂,阻礙了該系統
在航空界的發展。Kavi說:“除非管理者特別要求,否則航空公司是不會下載數據
的。”

但是,一家航空公司於2005年開發出一種相似的系統。該系統將衛星通信設備安置
在飛機上,一旦航班發生意外,例如飛機偏離航線,該系統將自動向地面傳輸黑匣
子內的數據。不過,只有極少的飛機裝備有該系統。

自AF447失事後,航空界對黑匣子數據傳輸系統的興趣大大提高。法國民航當局專門
成立了一個恢復航班數據的工作組,經過測試,該工作組認定為飛機安裝數據傳輸
系統能將災後搜救範圍縮減到4海里半徑。英國倫敦市Inmarsat衛星通訊公司副董事
長David Coiley說:“AF447事故發生後,許多研究接踵而至,但航空業卻並沒有采
用這些研究成果。”Coiley認為造成這一結果的癥結在於:什麼樣的計算機信號能
給予地面管理機構足夠的時間下載黑匣子內的數據。他說:“科技是現成的,但還
需要找到一種切實可行的、經濟方法利用它。”

當然,無論怎樣,新技術都已經無法為MH370服務了。澳大利亞正與美國海軍的自主
水下航行器藍鰭-21一起繼續搜救工作。但Smith和Marks指出,藍鰭-21的搜救能力
只能達到4500米深,而疑似MH370黑匣子的目標地點則位於5160米深的海底。

Truss說,下一個階段的搜救工作將包括利用拖拽式聲吶掃描儀和自主水下航行器來
繪製更精密的海洋地圖。他說:“下一階段的任務要求我們竭盡全力了解該海域的
海底地形。”

馬來西亞代理交通部長Hishammuddin Hussein曾在一場記者招待會上表示:“與其
他空難相比,MH370的搜救工作尤其艱巨。因為至今還沒有發現飛機碎屑,其飛行航
道也沒有弄清,且我們對事發海域海底情況的掌握也非常有限。我們手頭上可利用
的知識和技術太少了。”(段歆涔)
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