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人類就找不著海上失事客機?

时间:2020-08-05 13:34:03 来源: 天水姐姓名网 作者: 天水姐

  亞航QZ8501航班迄今已失聯超過24小時,該航班於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,但飛機在爪哇海靠近卡裡馬塔海峽上空與地面失去瞭聯系,未發出任何求救信號。

  客機海上飛行,失事即失聯,其實早已是常態。2009年法航477航班空難,救援人員也是歷盡千辛萬苦,才於一周後發現墜海客機的殘骸。而今年3月馬航MH370航班失聯,則讓人們吃驚地意識到,原來海上飛行的客機真是可以憑空消失的。

  筆者認為,海上飛行失事即失聯,皆因民航業界對客機海上失事救援欠缺考慮。

  一、海上飛行客機為何會失聯

  一次雷達跟蹤受到地球曲率影響

  地面與天上飛機發生"聯系",最可靠的手段莫過於一次雷達。一次雷達向天空發射大功率定向電磁波束,電磁波碰到客機的表面後原路返回,再被雷達接收機接收到。雷達上的計算機通過綜合計算電磁波發射、接收的時間差,天線指向的方位角、仰角,雷達所在位置的坐標,就可以得到飛機的方位、高度。

  一次雷達的探測過程無須飛機的配合,完全由地面雷達完成,這過程中哪怕飛機凌空爆炸,雷達屏幕上也可以看到飛機由原來的一個大光斑變成多個小光斑--碎片反射的信號。

  但一次雷達也有兩大缺點,一是數據刷新率有限,二是受地球曲率影響,這兩個缺點在進行遠距離探測時會放大。

  雷達要進行360度探測,天線就必須進行360度旋轉掃描,所以並不是任何時刻都盯著同一架飛機。而雷達波從發射到返回又需要一定時間,進行遠距離探測時,雷達天線的轉速就不能太快。一般來說,航管一次雷達進行遠程探測時,轉速隻有6轉/分鐘,數據刷新率就隻有20-30秒/次。30秒,客機若失事、高速下墜,這都已經可以下降3000米的高度。

  雷達波為直線傳播,所以受地球曲率影響。舉個例子說,若地面雷達與飛機相距400公裡,那麼這架飛機飛行高度要在10000米左右,地面雷達才看得到。10000米左右高度也是客機正常的巡航高度,如果客機突然急速下墜,就很可能在雷達數據刷新過來時,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,客機在空中突然就消失瞭。

  一次雷達這個缺陷,其實很早就在軍事上被利用,戰鬥機、戰鬥轟炸機低空飛行就可以避開地面雷達的探測。

  二次雷達、ADS-B系統也無法擺脫地球曲率限制

  地面與客機的"聯系",除一次雷達外,還有地面二次雷達-客機應答機,客機應答機-地面ADS-B系統。

  二次雷達的工作過程是,地面二次雷達發射詢問信號,客機上的應答機接收到後,再回答予應答信號。與一次雷達相比,二次雷達獲得的信息更豐富,除飛機方位、高度外,還可以獲得飛機的簡單狀態信息。例如,客機上的飛行員可以通過應答機,發出客機處於特殊情況的代碼--表示劫機的7500、表示通訊故障的7600、表示緊急狀況的7700等。

  而客機通過應答機進行無線電廣播,ADS-B系統通過地面站接收,也可以獲得飛機位置(由機上GPS終端給出)、高度、速度、航向、狀態等信息。ADS-B系統的接收機造價遠比一次雷達、二次雷達便宜,是各國空管部門現在及未來的建設重點。

  我們現在用智能手機下載一個航班跟蹤客戶端,如"飛常準"、"flightradar24"、"flightaware",就可以知道各個航班的實時位置、速度、航向,這些數據就來自於ADS-B系統。

  但無論是二次雷達、還是ADS-B系統,它們的工作也受到地球的曲率影響。海上飛行的客機,遠離陸地,飛機隻要下降或墜落至一定高度,陸地上二次雷達、ADS-B接收機同樣無能為力。

  有瞭ADS-B提供數據,普通民眾也可以通過航班追蹤客戶端瞭解客機在什麼位置失去聯系。

  二、客機海上應急通訊的不足

  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絡設備,而能夠擺脫地球曲率限制的設備,A-320等幹線客機上一般裝有3部VHF電臺、2部HF電臺和1部衛星電話。

  這些電臺、衛星電話讓客機可以與地面進行語音聯絡,VHF波段較短、最大有效通訊距離在500公裡以內,HF電臺通信距離可達上千公裡、但通話質量較差,衛星電話則可以讓飛機在全球大部分地方與地面取得聯系、但收費較高。

  語音聯絡手段,在飛機處於緊急狀態時可能會失效,因為此時飛行員會將註意力集中在飛行操縱上,沒時間向地面報告情況。但客機上還有一個名為ACARS,Aircraft Communication Addressing and ReportingSystem的飛機通信尋址與報告系統,這個系統以VHF電臺及衛星電話作為收發設備,客機飛行時一般會將1部VHF電臺分配給ACARS系統。

  ACARS是一個自動化系統,它能按照設定的時間間隔向地面發送報文"短信",地面通過ACARS報文就可以瞭解客機的方位、速度、高度、當時燃油量、機械狀態等信息。

  例如,2009年法航447空難,當時A330客機也是在遠離陸地的大西洋上空飛行,當客機空速管發生故障時,ACARS系統就通過衛星電話向地面發回瞭故障報警,從故障發生至墜機約4分鐘時間裡,ACARS系統向地面發回瞭4條報文,包括26條故障信息、更重要的是客機最後的經緯度。ACARS報文使人們可以在第一時間定位A330客機的墜機海域--一個半徑40海裡的圓。

  客機應急通信本可以做得更好

  4分鐘發瞭4條報文,每條報文間隔1分鐘,最後一條報文定位出一個半徑40海裡的圓。這是根據最後一條報文中的飛機位置、高度、速度,推測飛機可能墜毀的海域。

  那為什麼ACARS報文不設定為每隔1秒鐘報告一次位置、高度和速度?至少在出現緊急狀況後應該如此設定。如果能提高ACARS報文的頻率,就可以更精確地推測客機墜海區域,可以搜索節省更多時間。法航空難40海裡的圓,讓搜索人員歷時一周才找到客機殘骸,三年後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隻有數公裡,相信搜索效率會大有提升。

  民航業建設ACARS系統的初衷隻為提高航空公司的管理效率,但現在多次發生海上空難搜索難的情況,是時候考慮發揮ACARS系統在緊急情況時的作用瞭。在客機發生緊急狀況時,ACARS系統提高報文發送頻率至1秒1次,並不會對現有系統增加多少成本。

  除瞭使用VHF電臺的ACARS系統外,我們現在可以考慮的技術手段還有通過衛星電話發送包含位置、高度、速度、航行等信息的短信。衛星電話費用較高,但在緊急狀態時,客機才提高發送頻率,這個成本增加也是可以接受的。衛星電話的一大優勢是通過天上靜止通信衛星、或銥星轉發,客機在除南北極外的全球大部分地區都可以將求救信息發送出去。

  而比起衛星電話,我國北鬥衛星導航系統則是較廉價的選擇。與美國GPS系統不同,北鬥系統除瞭定位、導航功能外,還具有短信息發送功能。我國已經為南海漁船安裝北鬥終端,漁民的普遍反映是北鬥終端除瞭發短信便宜外--3毛錢一條,可靠性還遠高於撥號難的衛星電話。

  如果我國北鬥衛星導航系統開展民航應急通信業務,對全球民航業來說都是一大福音,我國更可以籍此提升自己的國際地位、及科技軟實力。

  三、民航客機對海上救援考慮很少

  黑匣子沒有無線電

  上文所述的是飛機在空中發生緊急情況後與地面通聯的情況。客機墜海後呢?都有什麼手段與外界聯絡?

  最常被人們提及的是客機上的黑匣子,但黑匣子並不能發出無線電求救信號。在陸上墜機的話,黑匣子提醒人們註意的隻是它桔紅色的明亮外殼、以及外殼上的發光帶。

  此外黑匣子裝有水下發聲信標(ULB),水下信標在遇水後啟動,每秒發一次頻率為37.5KHz的聲波信號,可持續工作30天。黑匣子在水下發出的聲波信號隻能由聲納在水中進行探測。由於黑匣子的水下信標體積小、功率也小,一般情況下,艦載聲納最大大約能接收到數公裡范圍以內的黑匣子聲波信號,小型手持式聲納的有效探測范圍則隻有數百米。

  如果事先不大致獲知客機墜海位置,在大海中搜索黑匣子,這無疑於大海撈針。

  現有無線電應急機在海上使用並不可靠

  黑匣子之外,客機上還裝有應急定位發射機(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,在駕駛艙裡有操作面板,飛行員可人工打開;自動模式則由加速度傳感器觸發,飛機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,其自動模式是浸水後觸發。便攜式ELT還可以在水上漂浮,其重心設計能保證天線指向天空,客機墜海後,生還者可將便攜式ELT拖帶在救生艇後,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在這個頻率會發出尖銳的嘯叫聲,海上、空中的救援力量接收到後,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全球搜救衛星發出求救信號的頻段,ELT向衛星發出求救信號,衛星接收後轉發給地面站,地面站計算出ELT位置再通知當地搜救部門搜尋。

  相對對水聲信號探測,現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200-300公裡。

  但無線電的弱點是,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,它就無法對外發出無線電信號。這樣當客機墜海時,固定式ELT基本沒可能發揮作用。

  雖然便攜式ELT具有入水啟動的模式,但它的設置隻考慮客機生還者在空難發生後將它取下再使用,這對於慘烈空難來說,往往是沒有意義的。

  很多軍用技術可供客機海上求救參考

  以上說明,無論是黑匣子、還是ELT,民航業對海上空難救援的考慮都是很少的。

  現在不少軍用技術都可以為民航海上應急救援提供思路,例如聲納浮標。固定翼反潛機通過投放聲納浮標來追蹤潛艇,聲納浮標被投入海中後,會保持直立姿態漂浮於水中,傘狀無線電天線伸出海面,當聲納發現潛艇後,就會向空中盤旋的反潛機發出無線電信號。

  民航客機同樣可以將ELT設計成聲納浮標的形式,這在技術上並沒有多大的難度,客機上有足夠的空間改裝。當客機墜海後,ELT可以自動從機身釋放出來,浮出水面播發無線電求救信號。

  另外浮標上還可以裝有較多海水染色劑,浮出水面後,可以設定每隔一定時間施放一次。而現在民航客機雖然攜帶有海水染色劑,但一般還是裝在機艙內救生包中,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,潛艇在失事後也會釋放出浮標,發送無線電求救信號。

  結語

  總而言之,在科技昌明的今天,不是人類無能,做不到及時發現海上失事的飛機。更多的還是航空業因為成本、習慣沒有為海上救援作更多的考慮。但以色列都可以強制本國客機安裝昂貴的反導系統,航空業界是時候認真檢討客機海上通信、求救設備的改進瞭。

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