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馬來西亞航空公司MH370航班失蹤后，機上百余名同胞的行蹤牽動著全國人民的心。我國積極參加這場數(shù)十個國家共同進行的搜尋行動，付出了巨大的人力、物力。然而，失蹤客機卻好像化為幽靈，消失在海天之間。在各國投入數(shù)十顆衛(wèi)星、數(shù)十架飛機和許多艦船，在多個馬航飛機可能墜落的海區(qū)來回搜尋近一個月后，仍未找到任何可以確認為飛機殘骸的物體。直到5號中國“海巡01”船接收到黑匣子發(fā)出的音頻信號，才似乎終于為搜索工作打開了突破口。 然而，關(guān)于黑匣子音頻信號的說法卻令人大感疑惑：照理說飛機黑匣子在水下會不斷發(fā)出聲脈沖信號，為何“海巡01”卻只是間斷性地接收到兩次且每次持續(xù)時間都極短的信號？為何載有更先進聲吶設(shè)備和拖曳式黑匣子搜尋裝置的澳大利亞“海盾”號，在距離“海巡01”船有相當(dāng)距離的另一片海域聽到了信號？為什么不能立刻循著信號找到黑匣子？
偵聽到疑似黑匣子脈沖信號的“海巡01”輪（資料圖） 黑匣子聲信號與大海的“戲法” 從現(xiàn)有的情況分析，這很可能是大海變的“戲法”。本文將試著從水聲學(xué)的一些基礎(chǔ)知識來探尋“戲法”背后的真相。 電磁波是無法穿透海水的，即使是用來與潛艇通訊的長波電臺的信號也只能穿透數(shù)十米深的海水；同時海水對光有著極強的吸收作用，即使是最清澈的海中，陽光也只能照亮50米深的水層。正是因為這個原因，要探測海中的遠距離物體，目前為止最佳手段仍是聲波探測。從第一次世界大戰(zhàn)中首次出現(xiàn)聲吶到現(xiàn)在，利用聲波在水中搜索目標(biāo)這項技術(shù)已發(fā)展近百年，但大海深處仍是世界上最安全的藏身之所，世界大國都選擇核潛艇作為隱藏自己核武器的最佳選擇就是最好的證明。 海水是傳播聲音的良好介質(zhì)，在特定情況下，一千克炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的低頻信號可以在一萬公里外被聽到。但聲波在海水中傳播時卻會受到很多因素的影響，打個比方，如果光在空氣中像聲波在海中一樣傳播，那么我們會發(fā)現(xiàn)，空氣中到處都是無形的凹透鏡、凸透鏡、平面鏡、凹面鏡、凸面鏡、棱鏡、煙霧、甚至吸收全部光線的黑洞……你用手電向天上照射， 結(jié)果可能遠在一百公里外有人看到光線照在了他頭上。 水聲學(xué)就是這樣一門極其復(fù)雜的科學(xué)。在這次黑匣子信號探測中出現(xiàn)的一些看似矛盾的現(xiàn)象，就是由特殊水聲條件造成的。我們也可以反過來從這些聲音信號解讀出信息。 從現(xiàn)有的圖片來看，中國“海巡01”輪搜尋黑匣子時使用的是橡皮艇和艇上的手持式水聲接收設(shè)備，也就是說，是在水面表層接收到信號的。而澳大利亞“海盾”使用的是拖曳式探測器，它是在水下一定深度收集到信號的。
參與搜索馬航失聯(lián)客機黑匣子的澳大利亞“海盾號”（資料圖）
澳大利亞“海盾號”上搭載的美國海軍拖曳聲吶 根據(jù)水聲學(xué)的基本知識推斷，如果“海巡01”收到的信號和“海盾”收到的信號都是黑匣子發(fā)出的，那么很可能“海巡01”正處于黑匣子的正上方，而“海盾”則距離現(xiàn)場有一定的距離。 水聲學(xué)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，海水由于受太陽輻射加熱和風(fēng)力攪拌等的影響，其溫度的垂直分布一般呈分層結(jié)構(gòu)，加上壓力的影響，使海洋中的聲速呈垂直分布。從聲速最低的地方發(fā)射的聲波，由于上下層的聲速不同而發(fā)生折射，反映聲波傳播途徑的聲線，總是彎向聲速最低的地方。大部分聲波在海水中經(jīng)過這樣的往復(fù)彎曲折射，而不與海面和海底接觸，故能量損失很小，這種現(xiàn)象稱為聲道現(xiàn)象，聲速最低的地方稱為聲道軸。低頻聲波在聲道中能傳播到很遠的地方，這也就是我們前面提到的在一萬公里外聽到1千克炸藥爆炸聲音的原理。
科學(xué)家們利用聲道的這種特性，傳送失事飛機和船只的呼救信號，監(jiān)測水下的地震、火山爆發(fā)和海嘯等。黑匣子發(fā)出的信號是一種超聲波，可以在海洋中傳播幾公里。 風(fēng)浪的攪拌，使表層海水形成等溫層。其中的靜壓力，使聲速隨深度的增加而略有增加。等溫層內(nèi)自聲源出發(fā)的聲線總是彎曲向上，經(jīng)海面反射而向前傳播，也可以傳播到較遠的地方，稱為表面聲道。但是目前黑匣子是在數(shù)千米深的海底，發(fā)出的聲波顯然不能借由表面聲道傳播，反而會因為海水變溫層的反射效應(yīng)很難傳播到其沉沒位置正上方。但也不能排除在某些情況下，它發(fā)出的聲波會傳播到正上方，但這肯定是間斷而不連續(xù)的，隨著海況的變化轉(zhuǎn)瞬即逝。這正符合了“海巡01”發(fā)現(xiàn)聲信號的特征。
在無風(fēng)浪攪拌的條件下，表層海水經(jīng)日光照曬，往往出現(xiàn)上層的溫度和聲速都比下層高的情況，使聲速呈負梯度的垂直分布。在這種情況下，聲波傳播的曲線，總是彎曲向下，在聲能達不到的地方產(chǎn)生聲影區(qū)。另外，如果海比較淺，則聲線會碰到海底。由于海底的反射損失大，聲能衰減很大，因此不能傳播得很遠。
也就是說，澳大利亞“海盾”號所使用的拖曳式探測器很可能就是利用上述原理，探測到了遠距離上的黑匣子聲波信號。在2011年法航447航班搜索和這次MH370航班搜索工作中都曾動用核潛艇，這是因為核潛艇可以更加方便地在水下調(diào)整深度，可以更好地利用海水中的聲道，盡量增加搜索范圍。 這正是拖曳式聲吶被發(fā)明出來的基本原因，它可以通過上述原理在較遠距離上探測到深海中的潛艇，是現(xiàn)代反潛艦艇的標(biāo)準(zhǔn)配置。同時，反潛艦艇也會配備艦殼聲吶，這則是利用表面聲道原理來探測淺海里的潛艇。
使用拖曳聲納搜索馬航客機黑匣子的示意圖 這次“海巡01”船很可能是恰好位于殘骸正上方，才在這個相對而言信號最強的位置探測到了黑匣子微弱的信號。當(dāng)然，上述說法也僅是根據(jù)現(xiàn)有消息作出的推斷，從前方傳回的信息尚不完整，這“巧合”背后是否還有別的原因，目前還難斷言。 發(fā)現(xiàn)黑匣子聲信號，如何找飛機殘?。?/strong> 我們看一下2011年打撈法航447航班的經(jīng)過。目前疑似MH370黑匣子所在海域與447航班墜落海域情況類似，歷史經(jīng)驗可資參考。 法航447航班失事后，搜索工作隨即展開，雖然發(fā)現(xiàn)了一些海上漂浮的殘骸，卻未收到黑匣子的聲信號。于是搜索人員只能根據(jù)“貝葉斯搜索方法”進行搜索。“貝葉斯搜索方法”是一種根據(jù)概率學(xué)尋找未知位置物體的數(shù)學(xué)方法。參與過這次行動的一位專家曾對媒體打比方，說這個方法就好像要在干草垛里找一根針，那么你首先需要找到干草垛。 搜索工作由法國出資，派出一艘海底電纜鋪設(shè)船“?le de Sein”號，搭載美國“Woods Hole海洋探索機構(gòu)”（一家專門從事深水打撈的公司）為主的一個團隊進行搜索。經(jīng)過長時間努力，他們在3800米到4000米水下用側(cè)掃聲吶找到了飛機的一大塊殘骸，其中包括了引擎、起落架和部分機身。此后，開始使用美國制造的Remora 6000遙控潛器對殘骸進行探摸，操作這臺潛器的是“鳳凰國際公司”的專家，他們曾經(jīng)為美國海軍搜尋失事飛機。2011年4月26日，無人潛器首次下潛，找到了黑匣子的外殼，卻沒有找到存儲數(shù)據(jù)的記錄器。5月1日，無人潛器終于撈起了記錄器。這個裝置在第二天被送回法國。
法國海底電纜鋪設(shè)船“?le de Sein”號
打撈法航447航班殘骸
打撈法航447航班的黑匣子 由于深海的巨大水壓，記錄器中部分芯片損壞，但也讀出飛行員操作飛機動作的數(shù)據(jù)記錄，并且保存了部分對話。 目前，對于搜尋MH370而言，“幸運”的是，我們可能已經(jīng)找到了“干草垛”。 中國是否有能力完成打撈任務(wù)？ 理論上來說，MH370航班屬于馬來西亞，自然應(yīng)該由它主導(dǎo)打撈。但是馬來西亞并沒有執(zhí)行如此高難度打撈任務(wù)的能力，因此它必須委托別國代為打撈。 墜毀的波音777飛機是美國的“招牌飛機”，所以美國當(dāng)然會有動力來調(diào)查飛機失事的真相，再加上美國在這一領(lǐng)域經(jīng)驗豐富，很可能會主導(dǎo)打撈。法國也可能提供一些幫助，因為他們有打撈447航班的相關(guān)經(jīng)驗。 而我們此前尚無打撈深海殘骸的經(jīng)驗。我國此前僅在90年代的5.7空難事件中打撈過不到50米深水下的飛機殘骸。從50米一躍潛入3000~6000米深海，實在是巨大的挑戰(zhàn)。如果我國參與，將對我國深海打撈事業(yè)起到開創(chuàng)性的作用。 雖然缺乏經(jīng)驗，中國近年來在深海探索方面進步卻很快，我們的無人潛器“潛龍1號”已經(jīng)可以潛入上萬米深度，同時“蛟龍1號”載人深潛器也已經(jīng)在南海進行過深海作業(yè)試驗，從海底撈起不少動植物標(biāo)本。 如果中國決心不惜代價，獨立以現(xiàn)有技術(shù)實施這次打撈作業(yè)，那么就要出動我們的“南海1號”深潛母船，前往印度洋實施作業(yè)。“潛龍1號”尚無機械手，恐怕只能執(zhí)行搜索任務(wù)，而打撈工作必須由“蛟龍1號”來實施。載人深潛需要進行漫長的減壓過程，對于潛水員的體力消耗也十分嚴重，工作效率可能不會高。整個工作時間會拖得更長，花費也更大。 目前，國際上進行深海探摸一般都使用帶有機械手的遙控深潛器，而不用載人深潛器。載人深潛器則用來執(zhí)行更加復(fù)雜的工作。 憑借現(xiàn)有裝備，中國有可能獨立完成打撈工作，前提是投入巨大的人力物力。對于最終“埋單”的馬來西亞來說，他們應(yīng)該會請開價低得多的美國公司來實施打撈工作。 中國也有可能會派遣無人潛器參與搜索，不過這次打撈看來主要還是要由美國牽頭。 不論如何，總而言之，找到“黑匣子”信號，只是個開始。對此，我們要有思想準(zhǔn)備。 請支持獨立網(wǎng)站，轉(zhuǎn)發(fā)請注明本文鏈接：http://www.guancha.cn/xi-ya-zhou/2014_04_07_220067_s.shtml
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來源：觀察者網(wǎng)
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責(zé)任編輯:朱海舟
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