國際海事衛星組織的全球網絡

　　美國《大西洋月刊》執行總編Ari N. Schulman近日撰文稱，MH370未必終結于南印度洋，國際海事衛星組織(Inmarsat)對MH370飛行路徑所做的數學分析與一些基本事實存在矛盾。以下為全文摘要：

　　一個月前，搜尋馬航MH370航班的研究人員們偵測到了一些信號，似乎是這架飛機的黑匣子發出的。當時大家感到非常興奮，覺得發現飛機的下落只是一個時間問題了。

　　但是如今，對信號發出點周圍154平方英里海底進行的搜索已告結束，飛機殘骸卻連半塊都沒有找到。悲觀情緒正在滋長，一些人懷疑這些信號是否真的跟MH370有關。如果無關，那么搜索區域又會擴大到數萬平方英里的浩瀚范圍。

　　即便在黑盒子搜索行動落空之前，就已經有一些人已經對搜尋的地方是否正確表示過懷疑。但是搜索行動主管機構堅信，MH370是在澳大利亞西部海域墜毀的，因為國際海事衛星組織對飛機發出的衛星信號進行了貌似強大的數學分析。一些沒有參與官方調查的科學家和工程師一直在努力對這個分析進行驗證，很多人認為，該分析其實是站不住腳的。

　　國際海事衛星組織的分析

　　馬航的航班使用了英國公司國際海事衛星組織提供的通信服務。從搜尋之初，MH370航班發送到國際海事衛星組織一顆衛星的信號就一直是調查的關鍵。這些“Ping信號”極為重要。飛機在失去雷達聯系之后究竟發生了什么事情，唯一的線索也就是這些信號了。如果沒有它們，研究者就只知道：以雷達最后獲得的位置數據為中心，這架飛機的燃料足夠讓它飛到半徑為3300英里范圍內的任何地方——這個范圍相當于整個地球表面面積的七分之一。

　　國際海事衛星組織得出的結論是，這架飛機終結于南印度洋，該公司對此進行的分析已成為MH370搜索活動最高準繩，所有其他判斷都以此為依據——從馬來西亞總理宣布這架飛機已經失事，無人幸存，到澳大利亞當局對一家調查公司聲稱發現飛機殘骸的說法予以駁斥，無不如此。

　　雖然國際海事衛星組織的官員稱這個數學分析具有“開創性”，它實際上基于一些相對簡單的幾何方法。其工作原理是：幾乎每隔一段時間(一般約一小時一次)，國際海事衛星組織的衛星就會發送一個消息給飛機上的通訊系統，要求飛機簡單地進行回應，以表明它仍在保持聯系。雖然這個回應不包含飛機的位置和它前進的方向，但確實可以提供一些有用的信息，幫助縮小搜索范圍。

　　你可以這樣來想象對于Ping信號的數學分析：在2.2萬英里高的外層空間，你看不到飛機，但你朝它喊話，飛機作為回應也朝你喊話，然后你根據飛機作出回應所花費的時間來判斷它離你的距離，而且從飛機喊話聲的“聲調”來分辨它是在朝你飛過來，還是在朝遠離你的方向飛走，飛行速度有多快。

　　但這種信息還遠遠不夠完善。每一個ping信號都可以告訴你飛機離你有多遠，但Ping信號有可能來自任何一個方向。雖然你知道飛機在以多快的速度朝著你或遠離你飛行，但它可能是從上、從下、從左、從右朝你飛來，或者是向上、向下、向左、向右遠離你飛去，而你聽到的速度沒有什么不同。在國際海事衛星組織，工程師的任務就是把這些零碎的信息組合到一起，倒回去重建可能跟數據吻合的飛行路徑。

　　頻率問題?

　　每一個ping信號都可以提供兩項相關信息：它從飛機傳輸到衛星的時間，以及接收信號時的無線頻率。重點是要記住：Ping信號的傳輸時間對應的是衛星和飛機之間的距離，而頻率對應的是衛星和飛機之間的相對速度。請注意，“相對速度”不是這架飛機的實際飛行速度，而是它朝著或遠離衛星方向飛行的速度。

　　距離方面的數據當局并沒有公布太多——只是透露了現在大家都知道的“雙弧”圖，它部分上是根據最后接受到的ping信號的距離推斷出來的。但當局發布倒是發布了很多關于ping信號頻率的信息。事實上，他們發布了一張圖表，顯示了所有ping信號頻率的信息：

　　國際海事衛星組織的頻移分析圖(藍色為實測值，紅色為北線理論值，黃色為南線理論值)

　　在國際海事衛星組織的分析中，此圖是最重要的一個證據。它顯示的似乎是頻率的變化，即“頻移”——這架飛機聲音的正常“聲調”(它的無線頻率)，和實際聽到的它的“聲調”之間的差異。

　　該圖還顯示，在兩條假設的飛行路徑(北線和南線)上會出現怎樣的頻移，而頻移實測值跟南線的吻合度非常高。這就是為什么該公司如此堅定地相信MH370走了南線的原因。從數學上看，這似乎是一目了然的事情。

　　所以，要了解這個數學分析是否正確，方法也不復雜。一些沒有參加官方調查的分析師就對此進行了驗證，比如美國移動衛星公司(American Mobile Satellite Corporation)的創始人邁克爾-埃克斯納(Michael Exner)，美國宇航局艾姆斯研究中心(NASA’s Ames Research Center)的客座科學家、物理學家鄧肯-斯蒂爾(Duncan Steel)，以及衛星技術顧問蒂姆-法勒(Tim Farrar)。利用STK這樣的飛行和導航軟件，他們繪制了圖表，對MH370的飛行狀況進行了精確計算。這些分析師試圖拼湊出MH370航班的線索，并驗證國際海事衛星組織做出的分析。他們在博客中記錄了自己結論，以下就是對這些結論的解釋和評估。

　　我們已知的信息

　　雖然衛星數據提供了MH370整體飛行路徑最重要的線索，它們卻并不是唯一的線索。當局擁有其他一些基本的重要信息，有助于印證對衛星信息的數學分析：

　　1、衛星的精確坐標

　　接收MH370航班ping信號的衛星，是國際海事衛星組織的IOR衛星，位于印度洋上方的對地同步軌道。對于地球來說，這顆衛星理應是靜止不動的，但它的軌道已經出現了一些偏差，所以相對于本來應該處于的位置，它實際上進行了少許移動。空間標準和創新中心(Center for Space Standards& Innovation，CSSI)提供了有關這顆衛星路徑的公開信息。

　　2、飛機的起飛時間和坐標

　　UTC時間16:41，從吉隆坡機場起飛

　　3、飛機朝向還是遠離衛星方向飛行?

　　從雷達跟蹤數據來看，我們知道MH370航班在起飛后的第一個40分鐘里向東北飛行，遠離衛星的方向，然后調頭向西，朝著衛星方向飛行，直到起飛后第94分鐘，它最后一次被雷達檢測到。國際海事衛星組織的發言人表示，在MH370飛行的最后五個小時，ping信號顯示的距離在逐漸變長，這意味著飛機在這段時間里朝著遠離衛星的方向飛行。

　　4、調查人員認為跟ping信號數據一致的兩條飛行航線

　　除了頻移圖表，國際海事衛星組織的報告還提供了兩個“南線示例”，一個假定飛行速度是每小時400海里，另一個是每小時450海里。來看看吧：

　　南線示例圖：紅色線條假定假定飛行速度是400海里/小時，黃色是450海里/小時

　　根據這些信息，我們知道，ping信號頻移圖表應該滿足一些基本的約束條件。后面我們還會使用更加精確的數字，這里我們只用它來做一些定性分析：

　　5、頻率的變化應該全部都是負數

　　當飛機正朝遠離衛星的方向飛行時，無線信號越來越遠，頻率也會降低。這意味著，在MH370飛行的大部分時間中，頻移應該是的負數。雖然從起飛后40分鐘開始，有大約一個小時的時間，雷達顯示飛機在向西移動，朝向衛星飛行，但這張圖表卻表明，飛機在這段時間內沒有發送Ping信號——所以實際上，圖上的頻移都應為負數。

　　6、起飛前的頻率變化，應該接近于零

　　使用STK來繪制衛星路徑，你可以看到，它在沿著赤道附近的一個橢圓形區域移動。空間科學家斯蒂爾制作了衛星移動軌跡圖，上面標出了當飛機起飛時，以及最后一次發送ping信號給衛星時，衛星的位置：

　　空間科學家斯蒂爾制作的衛星移動軌跡圖

　　這顆衛星幾乎總是朝著南北方向移動，MH370在吉隆坡起飛的時候，位置幾乎在這顆衛星的正東。這意味著衛星相對于吉隆坡的位置幾乎沒有移動，所以對于一架幾乎靜止在機場地面上的飛機來說，頻移幾乎為零。

　　7、頻移圖表應該與南線吻合

　　根據飛機和衛星的聯系原理，如果你假設飛機在以某個恒定速度飛行，那么根據ping信號數據，你最多可以制作出一條北線和一條南線。就像國際海事衛星組織的分析圖上顯示的那樣，你假設飛機的整體移動速度越快，路徑的弧形必然朝著遠離衛星的方向弧度會更大一些。

　　這個約束條件還有另一個方面：因為對于一個給定的飛行速度，飛行路徑是唯一的，你可以從這些示例路徑倒回去推算，在STK上畫出它們，得到國際海事衛星組織用來制作南線示例圖的ping信號距離和相對速度的近似值。相對速度可以被轉換成頻率的變化，它們應該跟頻率圖表中的值大致吻合。(這需要假設國際海事衛星組織不是隨意繪制了這兩條示例路徑，而是使用了真實的ping數據。)下面我們將使用更加精確的數字來分析。

　　圖表的問題

　　但國際海事衛星組織的分析圖跟這些信息存在矛盾。該圖顯示MH370以很快的速度移動，甚至在它起飛之前也是如此，而且它每次發出ping信號的時候都是在朝著衛星移動。這種解釋不僅完全不符合官方的結論，跟其他證據也存在沖突。

　　第一個問題似乎很簡單的解決：頻率的變化不是負數，可能是因為國際海事衛星組織故意把它們繪制成了正數。對于工程師來說，用絕對值繪圖是很正常的事情，就比如在說海底深度時，人們會使用正數，而不是負數。

　　但起飛前的大幅頻移問題就讓人頭疼了。從這張圖來看，飛機在起飛前朝遠離衛星的方向移動的速度有多快?

　　圖表上的第一個ping信號是UTC時間16:30發出的，當時是起飛前11分鐘。對于這個ping信號，圖中的頻移平約為-85赫茲。公共記錄顯示，從飛機到衛星的信號使用的頻率是1626到1660兆赫。 STK的計算表明，當時衛星朝向機場的相對運動速度每小時僅有2英里。考慮到衛星在地平線上的的角度，MH370當時需要至少以50英里的時速在地面移動，才能產生這種頻移——對于起飛前11分鐘的飛機來說，這樣快的速度真是令人難以置信。飛行記錄表明，當時飛機還沒有開始在跑道上滑行。

　　另一方面，頻率圖表顯示，MH370在UTC時間00:11發出的最后一個ping信號，實測頻移大約為-252赫茲，相當于說，飛機相對于衛星的飛行時速只有103英里。但國際海事衛星組織的南線示例圖顯示，飛機當時在朝遠離衛星的方向，以大約272英里的時速飛行。

　　換句話說，在MH370航班飛行的最開始，頻率的變化大大高于應有水平，到了最后，它們又遠遠低于應有水平。從這張圖表來看，仿佛還有其他因素在影響這些頻移數值，而不僅僅是衛星和飛機之間的運動。

　　破解“多普勒法則”

　　工程師埃克斯納從上世紀70年代初期就開始研發衛星和氣象技術，他指出，測得的頻率變化可能不僅來自從飛機傳送到衛星的ping信號，也來自隨后從衛星傳送到地面站(地面站把衛星連接到國際海事衛星組織的網絡中)的ping信號。換句話說，埃克斯納可能已經發現了導致頻率圖表扭曲的因素。

　　對于從衛星到地面站的信號傳輸是否對實測頻移有影響，國際海事衛星組織的分析是非常含糊的。但是如果真的存在影響，那么，實測頻移為什么一開始太大、最后又太小的原因，就確實可以用“一個位于衛星以南較遠區域的地面站影響了頻移”來解釋了。果然，國際海事衛星組織在分析中稱，接收傳輸信號的地面站位于澳大利亞。

　　我們還可以用更精確的方式來檢查這個假設。國際海事衛星組織地面站的公共記錄顯示，澳大利亞只有一個地面站，位于珀斯。使用STK，你可以精確繪制出衛星相對于這個地面站的移動速度的圖表，而且，使用衛星對地信號的頻率(約3.6千兆赫)，你可以把衛星對地的移動從頻率圖形中剔除。這下子，你終于可以計算出真實的“衛星對飛機”速度值了。

　　按照這個方法計算出來的結果近乎完美：對于起飛前的第一個ping信號，衛星對飛機的速度大約是每小時1英里——跟飛機在起飛前11分鐘靜止或緩慢滑行的情況非常吻合。這一發現似乎為解釋這幅圖表提供了一個基本的合理性檢查，難怪埃克斯納會在Twitter上宣布，“多普勒代碼被破解了”。他制作了一張新的頻移圖表，如下圖所示。平緩的藍線顯示衛星和位于珀斯的地面站之間的移動，而紅色虛線顯示按照新方法計算出的衛星對飛機的移動：

　　埃克斯納使用新方法制作的圖表

　　為什么國際海事衛星組織的分析可能有誤

　　如果這種解釋——根據埃克斯納、斯蒂爾、法勒等人的判斷——是正確的，那么我們需要讓獨立的專家來對國際海事衛星組織的分析進行全面核查和驗證，看看它是否忽略了一些重要的線索。這些線索可以進一步縮小飛機下落的搜尋范圍。

　　問題是，雖然這種解釋跟兩條基本信息相吻合，它仍然跟國際海事衛星組織的南線示例圖有矛盾。埃克斯納用新方法得出的頻率值，顯示飛機在發出最后一個ping信號時，相對于衛星的時速大約只有144英里，但從國際海事衛星組織的南線示例圖來看，這個時速約為272英里。

　　在試圖理解國際海事衛星組織的分析時，這些沒有參加官方調查的專家可能還是犯了某種錯誤，或是錯過了一些重要的細節。但是，這也意味著國際海事衛星組織的分析仍然讓人大惑不解，或者本身就有很大的問題。我們還有其他的理由相信，國際海事衛星組織的分析不僅僅含糊不清，而且還有可能是錯誤的。

　　回想一下前面所說，在衛星上無法分辨Ping信號來自哪個方向。那么，國際海事衛星組織如何能分清北線和南線呢?其原因是，衛星本身不是靜止的。由于衛星在南北方向上運動，它在一條路徑上的移動速度會比在一條路徑上快——具體來說，在MH370航班飛行的最后幾個小時，它向南移動時比向北移動時速度快。這意味著，南線和北線上的頻移也是不同的，就像圖中顯示的那樣。

　　但其實這就是這張圖最讓人不能理解的地方。該圖僅顯示了從UTC時間19:40開始，南線和北線有不同的預測值(國際海事衛星組織的模型大概在此之前使用了實際的雷達數據)。在這個時候，衛星是在向南移動，那么在MH370接下來的飛行期間，衛星的南向移動速度將會增加。那樣一來，北線和南線的頻移點就應該是逐漸變得稀疏。而這張圖表卻顯示了它們變得更密了。在飛行結束時，圖表顯示，相對于南線，衛星朝北線移動得更快，盡管衛星自己在向南移動。

　　還有一個ping信號真是莫名其妙。在UTC時間19:40，衛星剛剛到達最北端的位置，幾乎處于靜止不動的狀態。該圖顯示，當時北線和南線之間大約有80赫茲的差異，這就需要衛星以每小時33英里的速度朝著南線而不是北線移動。但當時衛星的整體時速只是0.07英里。

　　國際海事衛星組織聲稱，基于衛星的移動狀況，南線和北線之間存在差異。但是，描繪這些路徑的頻移圖看上去應該跟國際海事衛星組織繪制的這張有很大的不同。

　　失去信心

　　國際海事衛星組織的分析要么是講不太通，要么就是徹底弄錯了。

　　在過去的兩個月里，沒有參與官方調查的專家們一直在試圖讓官方調查機構回答上述問題。馬航還沒有對此發表評論，馬來西亞交通部的官員也是如此。介入調查的澳大利亞聯合協調中心和英國航空事故調查局也均拒絕置評。

　　國際海事衛星組織一位官員表示，“支持其他路徑很有可能才是錯的。我們的模型利用了所有可用的數據，進行了精心繪制。”

　　在官方提供更多的信息之前，聲稱MH370沿著南線飛行都不是對數學的尊重，而是對權威的盲信。國際海事衛星組織官員和搜索機構似乎希望兩者兼具：他們發布各種圖表，希望顯示出對數學和科學的尊重，同時又拒絕給予充分解釋。在本次調查的過程中，這些機構一再發出豪言壯語，落空后又默默無語。

　　這起調查當前最大的風險是，搜索機構仍然以為他們終于發現了飛機位置，但卻沒有考慮其他可能性，沒有看到他們采用的數學分析其實站不住腳。

　　無論如何，搜索者都還沒有找到任何確鑿證據——連半塊飛機碎片都沒有找到——來證明他們正在搜索的南印度洋確實是飛機失事之地。

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