人類就找不著海上失事客機(jī)？ _小知識

亞航QZ8501航班迄今已失聯(lián)超過24小時，該航班于28日6時35分從印尼東爪哇省首府泗水起飛，原定8時30分飛抵目的地新加坡，但飛機(jī)在爪哇海靠近卡里馬塔海峽上空與地面失去了聯(lián)系，未發(fā)出任何求救信號。
客機(jī)海上飛行，失事即失聯(lián) ，其實(shí)早已是常態(tài) 。2009年法航477航班空難，救援人員也是歷盡千辛萬苦，才于一周后發(fā)現(xiàn)墜海客機(jī)的殘骸。而今年3月馬航MH370航班失聯(lián) ，則讓人們吃驚地意識到，原來海上飛行的客機(jī)真是可以憑空消失的。
筆者認(rèn)為，海上飛行失事即失聯(lián) ，皆因民航業(yè)界對客機(jī)海上失事救援欠缺考慮。
一、海上飛行客機(jī)為何會失聯(lián)
一次雷達(dá)跟蹤受到地球曲率影響
地面與天上飛機(jī)發(fā)生"聯(lián)系" ，最可靠的手段莫過于一次雷達(dá) 。一次雷達(dá)向天空發(fā)射大功率定向電磁波束，電磁波碰到客機(jī)的表面后原路返回，再被雷達(dá)接收機(jī)接收到。雷達(dá)上的計(jì)算機(jī)通過綜合計(jì)算電磁波發(fā)射、接收的時間差，天線指向的方位角、仰角，雷達(dá)所在位置的坐標(biāo) ，就可以得到飛機(jī)的方位、高度。
一次雷達(dá)的探測過程無須飛機(jī)的配合，完全由地面雷達(dá)完成，這過程中哪怕飛機(jī)凌空爆炸，雷達(dá)屏幕上也可以看到飛機(jī)由原來的一個大光斑變成多個小光斑--碎片反射的信號。
但一次雷達(dá)也有兩大缺點(diǎn) ，一是數(shù)據(jù)刷新率有限，二是受地球曲率影響，這兩個缺點(diǎn)在進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測時會放大。
雷達(dá)要進(jìn)行360度探測，天線就必須進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)掃描，所以并不是任何時刻都盯著同一架飛機(jī) 。而雷達(dá)波從發(fā)射到返回又需要一定時間，進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測時，雷達(dá)天線的轉(zhuǎn)速就不能太快。一般來說，航管一次雷達(dá)進(jìn)行遠(yuǎn)程探測時，轉(zhuǎn)速只有6轉(zhuǎn)/分鐘，數(shù)據(jù)刷新率就只有20-30秒/次。30秒，客機(jī)若失事、高速下墜，這都已經(jīng)可以下降3000米的高度。
雷達(dá)波為直線傳播，所以受地球曲率影響。舉個例子說，若地面雷達(dá)與飛機(jī)相距400公里，那么這架飛機(jī)飛行高度要在10000米左右，地面雷達(dá)才看得到。10000米左右高度也是客機(jī)正常的巡航高度，如果客機(jī)突然急速下墜，就很可能在雷達(dá)數(shù)據(jù)刷新過來時，已下降至被地面遮擋的不可探測高度。
這給人們的感覺就是，客機(jī)在空中突然就消失了。
一次雷達(dá)這個缺陷，其實(shí)很早就在軍事上被利用，戰(zhàn)斗機(jī)、戰(zhàn)斗轟炸機(jī)低空飛行就可以避開地面雷達(dá)的探測。
二次雷達(dá)、ADS-B系統(tǒng)也無法擺脫地球曲率限制
地面與客機(jī)的"聯(lián)系" ，除一次雷達(dá)外，還有地面二次雷達(dá)-客機(jī)應(yīng)答機(jī) ，客機(jī)應(yīng)答機(jī)-地面ADS-B系統(tǒng) 。
二次雷達(dá)的工作過程是，地面二次雷達(dá)發(fā)射詢問信號，客機(jī)上的應(yīng)答機(jī)接收到后，再回答予應(yīng)答信號。與一次雷達(dá)相比，二次雷達(dá)獲得的信息更豐富，除飛機(jī)方位、高度外，還可以獲得飛機(jī)的簡單狀態(tài)信息。例如，客機(jī)上的飛行員可以通過應(yīng)答機(jī) ，發(fā)出客機(jī)處于特殊情況的代碼--表示劫機(jī)的7500、表示通訊故障的7600、表示緊急狀況的7700等。
而客機(jī)通過應(yīng)答機(jī)進(jìn)行無線電廣播， ADS-B系統(tǒng)通過地面站接收，也可以獲得飛機(jī)位置(由機(jī)上GPS終端給出)、高度、速度、航向、狀態(tài)等信息。ADS-B系統(tǒng)的接收機(jī)造價遠(yuǎn)比一次雷達(dá)、二次雷達(dá)便宜，是各國空管部門現(xiàn)在及未來的建設(shè)重點(diǎn) 。
我們現(xiàn)在用智能手機(jī)下載一個航班跟蹤客戶端，如"飛常準(zhǔn)"、"flightradar24"、"flightaware" ，就可以知道各個航班的實(shí)時位置、速度、航向，這些數(shù)據(jù)就來自于ADS-B系統(tǒng) 。
但無論是二次雷達(dá)、還是ADS-B系統(tǒng) ，它們的工作也受到地球的曲率影響。海上飛行的客機(jī) ，遠(yuǎn)離陸地，飛機(jī)只要下降或墜落至一定高度，陸地上二次雷達(dá)、ADS-B接收機(jī)同樣無能為力。
有了ADS-B提供數(shù)據(jù) ，普通民眾也可以通過航班追蹤客戶端了解客機(jī)在什么位置失去聯(lián)系。
二、客機(jī)海上應(yīng)急通訊的不足
ACARS報文曾在法航空難搜索中起作用
以上為波束直線傳播的聯(lián)絡(luò)設(shè)備，而能夠擺脫地球曲率限制的設(shè)備， A-320等干線客機(jī)上一般裝有3部VHF電臺、2部HF電臺和1部衛(wèi)星電話。
這些電臺、衛(wèi)星電話讓客機(jī)可以與地面進(jìn)行語音聯(lián)絡(luò) ， VHF波段較短、最大有效通訊距離在500公里以內(nèi) ， HF電臺通信距離可達(dá)上千公里、但通話質(zhì)量較差，衛(wèi)星電話則可以讓飛機(jī)在全球大部分地方與地面取得聯(lián)系、但收費(fèi)較高。
語音聯(lián)絡(luò)手段，在飛機(jī)處于緊急狀態(tài)時可能會失效，因?yàn)榇藭r飛行員會將注意力集中在飛行操縱上，沒時間向地面報告情況。但客機(jī)上還有一個名為ACARS ， Aircraft Communication Addressing and ReportingSystem的飛機(jī)通信尋址與報告系統(tǒng) ，這個系統(tǒng)以VHF電臺及衛(wèi)星電話作為收發(fā)設(shè)備，客機(jī)飛行時一般會將1部VHF電臺分配給ACARS系統(tǒng) 。
ACARS是一個自動化系統(tǒng) ，它能按照設(shè)定的時間間隔向地面發(fā)送報文"短信" ，地面通過ACARS報文就可以了解客機(jī)的方位、速度、高度、當(dāng)時燃油量、機(jī)械狀態(tài)等信息。
例如， 2009年法航447空難，當(dāng)時A330客機(jī)也是在遠(yuǎn)離陸地的大西洋上空飛行，當(dāng)客機(jī)空速管發(fā)生故障時， ACARS系統(tǒng)就通過衛(wèi)星電話向地面發(fā)回了故障報警，從故障發(fā)生至墜機(jī)約4分鐘時間里， ACARS系統(tǒng)向地面發(fā)回了4條報文，包括26條故障信息、更重要的是客機(jī)最后的經(jīng)緯度。ACARS報文使人們可以在第一時間定位A330客機(jī)的墜機(jī)海域--一個半徑40海里的圓。
客機(jī)應(yīng)急通信本可以做得更好
4分鐘發(fā)了4條報文，每條報文間隔1分鐘，最后一條報文定位出一個半徑40海里的圓。這是根據(jù)最后一條報文中的飛機(jī)位置、高度、速度，推測飛機(jī)可能墜毀的海域。
那為什么ACARS報文不設(shè)定為每隔1秒鐘報告一次位置、高度和速度？至少在出現(xiàn)緊急狀況后應(yīng)該如此設(shè)定。如果能提高ACARS報文的頻率，就可以更精確地推測客機(jī)墜海區(qū)域，可以搜索節(jié)省更多時間。法航空難40海里的圓，讓搜索人員歷時一周才找到客機(jī)殘骸，三年后才用無人潛航器將沉入海底的殘骸找齊。如果這個圓一開始就只有數(shù)公里，相信搜索效率會大有提升。
民航業(yè)建設(shè)ACARS系統(tǒng)的初衷只為提高航空公司的管理效率，但現(xiàn)在多次發(fā)生海上空難搜索難的情況，是時候考慮發(fā)揮ACARS系統(tǒng)在緊急情況時的作用了。在客機(jī)發(fā)生緊急狀況時， ACARS系統(tǒng)提高報文發(fā)送頻率至1秒1次，并不會對現(xiàn)有系統(tǒng)增加多少成本。
除了使用VHF電臺的ACARS系統(tǒng)外，我們現(xiàn)在可以考慮的技術(shù)手段還有通過衛(wèi)星電話發(fā)送包含位置、高度、速度、航行等信息的短信。衛(wèi)星電話費(fèi)用較高，但在緊急狀態(tài)時，客機(jī)才提高發(fā)送頻率，這個成本增加也是可以接受的。衛(wèi)星電話的一大優(yōu)勢是通過天上靜止通信衛(wèi)星、或銥星轉(zhuǎn)發(fā) ，客機(jī)在除南北極外的全球大部分地區(qū)都可以將求救信息發(fā)送出去。
而比起衛(wèi)星電話，我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)則是較廉價的選擇。與美國GPS系統(tǒng)不同，北斗系統(tǒng)除了定位、導(dǎo)航功能外，還具有短信息發(fā)送功能。我國已經(jīng)為南海漁船安裝北斗終端，漁民的普遍反映是北斗終端除了發(fā)短信便宜外--3毛錢一條，可靠性還遠(yuǎn)高于撥號難的衛(wèi)星電話。
如果我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)開展民航應(yīng)急通信業(yè)務(wù) ，對全球民航業(yè)來說都是一大福音，我國更可以籍此提升自己的國際地位、及科技軟實(shí)力。
三、民航客機(jī)對海上救援考慮很少
黑匣子沒有無線電
上文所述的是飛機(jī)在空中發(fā)生緊急情況后與地面通聯(lián)的情況。客機(jī)墜海后呢？都有什么手段與外界聯(lián)絡(luò)？
最常被人們提及的是客機(jī)上的黑匣子，但黑匣子并不能發(fā)出無線電求救信號。在陸上墜機(jī)的話，黑匣子提醒人們注意的只是它桔紅色的明亮外殼、以及外殼上的發(fā)光帶。
此外黑匣子裝有水下發(fā)聲信標(biāo)(ULB) ，水下信標(biāo)在遇水后啟動，每秒發(fā)一次頻率為37.5KHz的聲波信號，可持續(xù)工作30天。黑匣子在水下發(fā)出的聲波信號只能由聲納在水中進(jìn)行探測。由于黑匣子的水下信標(biāo)體積小、功率也小，一般情況下，艦載聲納最大大約能接收到數(shù)公里范圍以內(nèi)的黑匣子聲波信號，小型手持式聲納的有效探測范圍則只有數(shù)百米。
如果事先不大致獲知客機(jī)墜海位置，在大海中搜索黑匣子，這無疑于大海撈針。
現(xiàn)有無線電應(yīng)急機(jī)在海上使用并不可靠
黑匣子之外，客機(jī)上還裝有應(yīng)急定位發(fā)射機(jī)(ELT) ，一般裝有1臺固定式ELT和1-2臺便攜式ELT 。
固定式ELT具有人工啟動和自動啟動兩種模式，在駕駛艙里有操作面板，飛行員可人工打開;自動模式則由加速度傳感器觸發(fā) ，飛機(jī)墜毀或重著陸時帶來的沖擊能將固定式ELT自動開啟。
便攜式ELT也有人工和自動啟動兩種模式，其自動模式是浸水后觸發(fā) 。便攜式ELT還可以在水上漂浮，其重心設(shè)計(jì)能保證天線指向天空，客機(jī)墜海后，生還者可將便攜式ELT拖帶在救生艇后，方便救援力量搜索。
固定式和便攜式ELT都有3個無線電頻率，分別為121.5MHz、243MHz和406-406.1MHz頻帶。其中121.5MHz是國際救援頻率， ELT在這個頻率會發(fā)出尖銳的嘯叫聲，海上、空中的救援力量接收到后，可以通過無線電測向來尋找ELT所在位置。406-406.1MHz則是ELT用來向COSPAS/SARSAT全球搜救衛(wèi)星發(fā)出求救信號的頻段， ELT向衛(wèi)星發(fā)出求救信號，衛(wèi)星接收后轉(zhuǎn)發(fā)給地面站，地面站計(jì)算出ELT位置再通知當(dāng)?shù)厮丫炔块T搜尋。
相對對水聲信號探測，現(xiàn)在對無線電信號的探測要可靠得多、有效探測范圍也大得多， ELT信號輻射距離可達(dá)200-300公里。
但無線電的弱點(diǎn)是， ELT采用的3個頻率在水中都無法傳播，如果ELT天線沒入水中，它就無法對外發(fā)出無線電信號。這樣當(dāng)客機(jī)墜海時，固定式ELT基本沒可能發(fā)揮作用。
雖然便攜式ELT具有入水啟動的模式，但它的設(shè)置只考慮客機(jī)生還者在空難發(fā)生后將它取下再使用，這對于慘烈空難來說，往往是沒有意義的。
很多軍用技術(shù)可供客機(jī)海上求救參考
以上說明，無論是黑匣子、還是ELT ，民航業(yè)對海上空難救援的考慮都是很少的。
現(xiàn)在不少軍用技術(shù)都可以為民航海上應(yīng)急救援提供思路，例如聲納浮標(biāo) 。固定翼反潛機(jī)通過投放聲納浮標(biāo)來追蹤潛艇，聲納浮標(biāo)被投入海中后，會保持直立姿態(tài)漂浮于水中，傘狀無線電天線伸出海面，當(dāng)聲納發(fā)現(xiàn)潛艇后，就會向空中盤旋的反潛機(jī)發(fā)出無線電信號。
民航客機(jī)同樣可以將ELT設(shè)計(jì)成聲納浮標(biāo)的形式，這在技術(shù)上并沒有多大的難度，客機(jī)上有足夠的空間改裝。當(dāng)客機(jī)墜海后， ELT可以自動從機(jī)身釋放出來，浮出水面播發(fā)無線電求救信號。
另外浮標(biāo)上還可以裝有較多海水染色劑，浮出水面后，可以設(shè)定每隔一定時間施放一次。而現(xiàn)在民航客機(jī)雖然攜帶有海水染色劑，但一般還是裝在機(jī)艙內(nèi)救生包中，如果這個救生包隨殘骸沉入海底，染色劑也根本起不到作用。
另外一個可以參考的例子是潛艇，潛艇在失事后也會釋放出浮標(biāo) ，發(fā)送無線電求救信號。
結(jié)語
【人類就找不著海上失事客機(jī)？】總而言之，在科技昌明的今天，不是人類無能，做不到及時發(fā)現(xiàn)海上失事的飛機(jī) 。更多的還是航空業(yè)因?yàn)槌杀尽⒘?xí)慣沒有為海上救援作更多的考慮。但以色列都可以強(qiáng)制本國客機(jī)安裝昂貴的反導(dǎo)系統(tǒng) ，航空業(yè)界是時候認(rèn)真檢討客機(jī)海上通信、求救設(shè)備的改進(jìn)了。

人類就找不著海上失事客機(jī)？

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