科學釋疑:馬航失聯客機搜救線索的已知和未知
[導讀] 馬航至今杳無音訊,在層層的迷霧和線索中,我們能夠做的,是不斷刷新自己關于飛機、飛行、雷達、衛星等方面的知識,并通過這些“明確的已知”,去求索那無限的未知。
這種新型艙門只能由飛行員從里面打開
ACARS系統工作原理
民航也有超低空飛行的情況
我國風云氣象衛星示意圖
馬航MH370于3月8日的凌晨,消失在了無邊的天際中,至今杳無音訊。從失聯的第一天至今,我們對它的關注有增無減。目前,它已引發了史上規模最大的跨國海空搜救工作,參與搜救的力量達到26個國家和地區。
在層層的迷霧和線索中,我們能夠做的,是不斷刷新自己關于飛機、飛行、雷達、衛星等方面的知識,并通過這些“明確的已知”,去求索那無限的未知。
關鍵疑問
關鍵詞:航油
飛機能飛多遠,這跟它裝載的航油密切相關。一般來說,飛機的航油裝載量沒有固定的數量,不同區域的航空公司都會不同。航油最終裝載量的確認是由飛行員和簽判員一同來完成。一般來說,在起飛之前,簽判員需要搜集一切飛機的相關數據和飛行相關信息并提供給飛行員。飛行員結合簽判員給出的建議,最終由機長來決定飛機攜帶多少航油飛行。
根據馬來西亞官方召開的新聞發布會顯示,通常航班會帶45分鐘或1小時的儲備燃油。由此推算,失聯的MH370可以飛行7.5-8小時,攜帶的燃油量正常,并沒有像一些人推測的那樣,多帶了航油。
關鍵詞:應答器、駕駛艙門
沒有人知道確切答案。根據披露的信息,此次航班的飛機應答器為人為關閉,不排除劫機的可能。對于誰可能劫持飛機有兩種猜測,一是飛機上的乘客通過暴力手段挾持飛機;二是機組內部人員劫機。
現代飛機的駕駛艙設置很難被外力突破,自“9·11”后,飛機均加強了駕駛艙門的厚度和安保功能。就連機組人員進入也需要輸入密碼,而駕駛艙門用槍打也無法破壞,外人強行破壞進入艙門的可能性幾乎為零。所以由此推斷,不排除是機組人員中的關鍵人物所為。
關鍵詞:迫降
如果飛機需要迫降,水面或者陸地都可以成為飛機迫降的地點,而且都有可能成功。空軍指揮學院研究員、博士生導師徐邦年告訴記者,但是相對于陸地,飛機迫降在海上的成功率要低一些,因為水的阻力很容易使飛機機體受損,如果飛機一部分,比如機翼或機頭扎入水中,會造成飛機折斷和爆炸。
而且在水面迫降的救援時間也很重要。飛機在密封的狀態下,機艙內是保持一定壓力的,所以飛機會漂浮在水面上一段時間。但是它的漂浮時間是有限的,乘客需要馬上從飛機上轉移,乘坐飛機上的救生筏等待救援。
飛機通聯
飛機本身有一整套非常完備的防撞、防偏航的設備,和一整套通訊系統,通信電路可以通過衛星等各種方式讓地面接收到,總體上可分為無線電通信和數據傳輸兩部分。飛機通訊的基本設計思路是飛機主動與外界聯系,而不是地面可以隨時主動和飛機聯系。所以在飛機與地面的聯系中,大多數情況下都需要飛機的主動配合。以下是地面與飛機發生聯系的幾種主要方法,但是在此次事件中,最為蹊蹺的就是,所有的聯系方式似乎都在同一時間集體“失聲”了。
飛機上的應答器是什么?
這次事件中,最令人匪夷所思的部分就是飛機上的應答器被人為關閉了。而這一裝置就像在黑夜中行駛的汽車的車燈。人為關閉夜間行駛汽車的車燈,無疑是一種令人非常迷惑的行為。所以應答器也成了人們關注的焦點。
應答器是一種無線電發射機,用來保持駕駛艙與地面雷達以及空中交通管制員之間的聯系。關閉應答器,會使機長無法與地面人員直接聯系,地面也不清楚飛機的飛行狀態,正常情況下這樣做是非常危險的。
什么是ACARS系統?
除了應答器,在這次失聯事件中,另一種可以暴露飛機位置的裝置ACARS系統也“失靈”了。馬來西亞官方稱,客機通信尋址系統ACARS有很大可能性也被人為關閉。
ACARS是飛機通信尋址與報告系統。它會在飛行期間,將飛機狀態監控系統獲取的引擎信息通過甚高頻無線電或衛星傳到地面,傳回航空公司的控制中心。ACARS發送的并非單一信息,而是一個數據包,里面包括了如高度、速度、油量以及航向等。
甚高頻通信也被關閉?
“甚高頻”是現階段全球民航客機使用最廣泛的通信設備。飛行員和管制員可以在同一個指定的甚高頻波道內,通過發送器和接收機,建立雙向的語音通話。甚高頻通信具有信號穩定、清晰,輻射距離較遠,受干擾較小等特點,已成為民航客機陸空通信中最重要的通信手段。但是由于信號傳輸距離較遠,通信質量會降低,可能出現飛行員無法呼叫到指定頻率的情況。在此次事件中,這套通訊系統疑似也被關閉。
什么是衛星電話?
基于衛星通信系統來傳輸信息的通話器,其主要功能是填補現有通訊(有線通訊、無線通訊)終端無法覆蓋的區域。現代通訊中,衛星通訊是無法被其他通訊方式所替代的。現在服役的遠程飛機大多裝有衛星電話,衛星電話不受飛機位置的影響,和家庭電話使用方法類似,可以快速與地面建立語音聯系,信號不易受干擾。
什么是選擇呼叫系統?
它是基于航空公司的無線網絡,并與飛機上的高頻系統和甚高頻系統相連提供地面與飛機間的通訊。每架飛機都有不同的四字碼,每個字母都代表一個單音頻,基站通過不同的音調呼叫每架飛機。當飛機收到這個代碼時,駕駛艙燈光顯示告知機組。
飛行常識
民航飛機也能做戰術規避動作嗎?
在此次事件中,失聯客機奇異的飛行路線和飛行高度,被人們認為是“戰術規避”動作。戰術規避動作主要是軍機使用,主要是為了規避雷達或導彈的追蹤,在民機上使用的情況少之又少。雷達主要的監測對象是空中目標,但是由于地球曲率作用和地面高低不平等因素,使雷達很難發現低空以及地物背后的目標,所以傳統的規避雷達動作就是超低空飛行。那么民航飛機可以超低空飛行嗎?
擁有30年殲七飛行經驗的退役飛行員、現任北京市延慶區科協書記靳柯認為,要想規避雷達的檢測,馬航飛機首先需要做的就是確定飛行路線。這需要前期非常細致的準備工作,比如了解當地的雷達位置,航行路線上的海拔、地形等。此外飛行員還必須有足夠的經驗。
馬航機長擁有18000小時的飛行經驗,而副機長也有超過2000小時的經驗。“對于他們來說,在做好細致工作的前提下,駕著民航飛機躲避雷達的監測也不是不可能的事,只要飛機飛得夠低就可以。”靳柯說。此外,現在的飛機十分先進,機載系統也可以幫助判斷周圍的飛行環境,進而確定飛機的飛行高度,嫻熟的駕駛員完全有能力做戰術規避動作。
不過靳柯也表示,民航飛機飛得太低也有一定的風險,因為民航飛機的操作響應比戰斗機慢很多,“打個比方,就像普通的汽車踩下油門之后達到100公里/小時的速度可能需要二三十秒甚至更長,但是越野車可能只需要幾秒鐘。”由于民航飛機體積笨重,其響應時間遠遠慢于戰斗機,如果飛得過低,一旦遇到突發情況,就來不及躲避,很容易造成機毀人亡。
為什么雷達探測不到飛機?
雷達也有“失聰”的時候。2001年的“9·11”事件后至今,各國加強了對民航客機的追蹤和空防,也從未發生過類似民航航班“隱身”飛行的先例。但此次馬航客機似乎成功躲過多方雷達。
中國航空學會航空專家、《航空知識》副主編王亞男表示,大部分的雷達都是固定在陸地上,對飛機的探測距離十分有限,以澳大利亞為例,該國民用雷達覆蓋的海洋上方空域范圍只是從海岸線向海洋延伸200公里。世界范圍內,很多國家缺少對海上空域甚至部分陸上空域的雷達覆蓋,高精尖雷達一般被部署在內陸敏感區,而次敏感區域或不敏感區域的雷達覆蓋存在空白。在東南亞一些地區,乃至一些發展中國家或地緣政治不敏感的地區,空防系統并非鐵板一塊。
軍用雷達系統也受到覆蓋范圍的限制。一般情況下,許多軍用雷達會忽略軍方認為是常規民用航班的信號;在某些情況下,軍方甚至會關閉雷達,除非有軍演需要或存在潛在威脅。此外,民用雷達一般靠機載應答器來偵測和監視飛行器。飛行器關閉應答器的情況下,民用雷達就無法獲取相關信息,而此時,只能使用軍用雷達。
當然,還有最后一種可能,那就是飛行員對周圍的雷達布局了如指掌,利用超級嫻熟的駕駛技術,開著民航飛機躲避了雷達的掃描。
飛行員模擬器是什么?
目前已知最早的飛行模擬器,是1909年的一臺專為“安托瓦內特”單翼飛機設計的訓練器,其構造簡單,外觀如同一個剖成兩半的木桶,附著于活動支架上。訓練時,飛行員坐入座椅,旋轉左右兩側的圓盤。兩名助手站在地面,配合飛行員的操作,用力扳動固定于木桶底部的長桿,利用杠桿原理,模擬俯仰、滾轉等動作。
而如今的飛行模擬器,已經能模擬真實飛行時的一切環境,而售價也高達數百萬至上千萬美元。在民航飛行員的訓練過程中,飛行模擬器起著非常重要的作用。和軍航不同,由于經費等原因的限制,民航飛行員的訓練主要依靠飛行模擬器來實現,相關飛行員的一些考核也在模擬器中完成。所以在此次失聯事件中,馬航機長家中的飛行模擬器,就成了調查的一個重要線索。
衛星功能
為什么衛星沒有監測到飛機?
在地球的上空,包括遙感衛星、海事衛星、間諜衛星等在內的衛星多達幾千顆,其中僅中國就有超過一百多顆衛星在軌工作,它們無時無刻不在注視著地球上的各個區域。那么為什么那么大的飛機竟然不聲不響地就消失了呢?
中國全球定位系統技術應用中心主任曹沖介紹,事實上,地球周圍雖然有幾千顆衛星,但是每顆衛星都在按照固定的軌道圍繞地球轉動,它們中的有些大部分用于監測建筑、氣象、水溫、地理,而不是拍攝空中或者海面上的飛機,只有一部分遙感衛星具備這樣的功能,而且這種任務并不是它們工作的重點。
此外,地區上空的衛星雖然很多,但還不足以把地球上每個角落看得死死的。
比如NASA的衛星每天能對位于印度洋的事發海域觀測2次,但空間分辨率只有250米,也就是說只有長度達到250米以上的物體才能在衛星圖像上顯現出來。
衛星如何確定兩條走廊?
根據3月15日馬來西亞舉行的新聞發布會信息,當客機與衛星最后信號聯系的時候,可能處在地圖上標注的兩條弧線上。一條弧是哈薩克斯坦到土庫曼斯坦的方向,一直往南延伸到泰國;另外一條是從印度尼西亞,向南延伸至印度洋。
曹沖表示,這是由一顆懸在印度洋上空35800千米的衛星確定的點位得來的。這個衛星是一顆國際海事衛星,可能是因為飛機上有衛星電話或者衛星娛樂設施,它們會向海事衛星發送信號。這種情形類似手機,即使尚未啟用服務或者由電信運營商停止服務,依然會向手機基站發送信號。這讓經過這里的衛星在當天8點11分發現了這架飛機。
“也就是發送信號那一刻以衛星為中心點所處范圍的半徑,而理論上講,這個圓圈上的任何一點都有可能是飛機當時的位置。”曹沖說。
衛星監測結果顯示,飛機所在的這個圓圈東部位于馬來半島上,西部到達東非大裂谷。因為飛機不可能那么快就到達非洲,所以這個飛機就被確定在圓圈東半部分的一條弧線上。
事件發生后,周邊的泰國、緬甸、孟加拉等國都表示其衛星沒有發現疑似飛機物體。所以飛機只能在該弧線以西,而因為其載油量有限,也就知道了它的最大航程,由此得出一個近似扇形的區域,這就是馬航飛機降落的區域。
我國怎樣調集21顆衛星?它們能做些什么?
3月18日,在外交部每日例行的新聞發布會上,中國表示已調用了21顆衛星用于搜尋失聯的馬航班機。北京大學地球與空間科學學院教授焦維新表示,之所以調動近21顆衛星為地面搜救服務,主要是為了保障拍攝圖像的完整性。“衛星在運行過程中,地面有一個覆蓋寬度。衛星在運行過程中會與監測海域發生偏離。調動衛星的實質就是要調整軌道,使得前一顆衛星離開監測海域后,后一顆衛星緊跟著補上,確保監測范圍實現無縫對接。”
據了解,緊急調動的近10顆衛星中,部分衛星還停止了原有工作計劃,清空星上原有指令,以加強對失聯區域的氣象監控、通信、目標搜索等行動的支持。在他看來,調動衛星進行搜尋,“無論是拍攝還是對失聯飛機的偵察,應該是筆不小的費用。”
焦維新介紹,衛星監測范圍大,但需要多顆衛星配合,這也解釋了為何要調動近10顆衛星為地面搜救服務。焦維新表示,衛星能監測到海面的漂浮物,包括油污、殘骸等等,在失聯地區無法確認的情況下,這四種類型的衛星為漂浮物的準確定位和線索的搜尋提供了重要的輔助作用。
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