当前位置:首页 >> 院校资料 >> 亲历者独家披露:法航客机是如何找到的

亲历者独家披露:法航客机是如何找到的


亲历者独家披露:法航客机是如何找到的
陈长胜(美国麻州大学海洋科学学院教授)

关键词: 一个科学家最大的本领就在于化复杂为简单,用简单的方法去解决复杂的问题。

打捞过 程中发现的飞机机翼残片

核心提示

●美国伍兹霍尔海洋研究所现任所长把在大洋中寻机比喻为“在干草堆里寻 针”。作者认为,在大海里寻找失事飞机,关键是能够科学地确定寻找“范 围”。

●前 3 次搜寻都以失败而告终,法国航空管理局和“空客”公司压力倍增, 作 者 领 导 的 科 学 研 究 团 队“ 临 危 受 命 ”,领 导 了 第 4 次 寻 机 方 案 的 制 定 工 作 。

● 作 者 及 其 团 队 通 过 运 用 FVCOM 海 洋 模 型 , 找 到 了 4 个 概 率 最 高 的 地 点 , 并 通过对模型可信度的分析,认为第一个位置可能性最高。最终,海上搜寻团 队在第一个位置处成功找到了飞机残骸。

打捞过 程中发现的飞机机翼碎片

这 几 天 找 笔 者 的 电 话 不 断 ,主 要 围 绕 当 年 在 各 国 合 作 寻 找 法 航 AF447 飞 机 ,3 次出航都无功而返的情况下,我们如何帮助法国空中客车公司确认遇难飞机 在 大 约 4000 米 海 底 的 位 置 ,以 及 美 国 伍 兹 霍 尔 海 洋 研 究 所 搜 寻 团 队 在 我 们 预 测地点找到飞机残体和两个黑匣子的经过。

人 们 都 知 道 世 界 著 名 的 伍 兹 霍 尔 海 洋 研 究 所 找 到 了 法 航 AF447 , 但 并 不 了 解 他 们 为 什 么 能 很 快 成 功 。 媒 体 对 我 们 的 描 述 , 最 常 见 的 用 词 是 “ Professional ” , 即 专 业 性 。 其 实 , 无 论 成 功 与 否 , 每 次 寻 机 团 队 都 是 由 专 业 人 员 组 成 的 。 事 实 上 , 伍 兹 霍 尔 海 洋 研 究 所 也 参 与 了 第 3 次 寻 找 AF447 的失败行动,但直到第 4 次才最终成功找到法航失事客机,从而为整个世界 解开了谜团。

伍兹霍尔海洋研究所现任所长在接受媒体采访时, 把在大洋中寻机比喻为 “在 干草堆里寻针”,这很形象。当媒体问为什么如此艰难时,我们通常的比方

是:在浩瀚的海洋里寻找飞机就像在游泳池内找一根针。如果只告诉你针在 游 泳 池 里 , 你 可 能 永 远 找 不 到 。但 如 果 告 诉 你 这 根 针 在 游 泳 池 的 东 北 角 ,你 就 有 希 望 通 过 努 力 找 到 它 。如 果 能 准 确 地 指 出 针 就 在 游 泳 池 东 北 角 的 某 一 点 , 而且确定那个点的误差范围,你就有可能很快找到这根针。所以在海里寻找 失事飞机,关键是能够科学地确定寻找“范围”。

在 这 里 , 我 想 通 过 对 寻 找 法 航 AF447 过 程 的 回 顾 , 与 读 者 分 享 我 的 经 历 , 这 些经历可能对将来组织海上救援有所帮助。

打捞过 程中发现的飞机机翼碎片

第一次寻机一无所获

2009 年 6 月 1 日 , 法 航 AF447 在 从 巴 西 里 约 热 内 卢 加 利 昂 国 际 机 场 起 飞 , 在 飞往法国巴黎途中的北大西洋赤道附近海域消失。在飞机信号消失前地面控 制 台 最 后 一 次 收 到 飞 机 的 位 置 为 北 纬 2.98 °、 西 经 30.59 °。 飞 机 失 事 后 , 法 国 航 空 管 理 局 立 即 组 织 了 由 飞 机 、卫 星 、 军 舰 、以 及 潜 艇 组 织 的 三 维 立 体

大规模的寻找行动。法国海军、美国海军、北约组织、巴西、英国和德国等 都参加了这次行动。

在正常的情况下,地面控制台每 5 分钟就会收到飞机发回的信息,其中包括 飞机的位置、高度、航速和航向等。信号消失前飞机最后所在的位置乘以 5 分钟时间,就能确定出一个以飞机最后所在的位置为中心,以当时航速条件 下 5 分钟能走的距离为半径的一个圆,这就是飞机落水的最大海域范围。也 就是说,如果是由飞机故障问题或飞行员操作失误所造成的飞机失事,这架 飞 机 一 定 在 这 个 圆 的 范 围 内 ,而 这 个 圆 的 半 径 大 约 为 40 海 里( 约 1.7 万 平 方 公里)。可是要在这个圆内找到飞机也不是一件容易的事。

通常的做法是用声呐仪在附近进行高密度地寻找。在大多数情况下,飞机应 当离飞机最后所在的位置不远的位置。但由于法航客机最后所在的位置范围 内 的 海 区 有 4000 米 之 深 ,且 处 于 复 杂 海 脊 带 ,所 以 用 高 密 度 寻 找 方 法 未 能 找 到。

后来,美国海军利用两个全球海洋预报模型所预报的海流场,对飞机在水中 漂移作出预测,除了大范围的走航式寻找外,还加大了对飞机最后所在的位 置范围东北角海域的寻找,但仍然一无所获。

发现的 遇难者位置,反演至飞机失事时的位置

第二次寻机无功而返

2009 年 6 月 6 日 , 一 艘 新 加 坡 的 商 船 路 经 此 海 域 时 , 在 该 圆 圈 的 北 面 发 现 了 第一具浮在海面的尸体。这具尸体的发现,促使搜寻团队将寻找的视线全部 移向北面。

从 6 月 6 日 到 6 月 19 日 , 在 该 圆 圈 外 的 北 部 海 域 找 到 了 58 具 遇 难 者 尸 体 和 495 件 飞 机 残 片 与 物 品 。 根 据 其 所 出 现 的 位 置 , 美 国 海 军 和 法 国 政 府 通 过 3 个海洋预报模型所提供的海流场,反演了这些尸体和残片在出事时的源点位 置 。这 些 模 型 包 括 美 国 海 军 投 入 预 报 服 务 的 全 球 G-NCOM 和 HYCOM 模 式 ,以 及

法 国 的 大 西 洋 MERCATOR 模 式 。 3 个 模 型 的 反 演 计 算 结 果 都 表 明 飞 机 落 海 处 在 飞 机 最 后 所 在 的 位 置 的 东 北 方 30 海 里 ~40 多 海 里 的 范 围 内 。在 海 洋 模 型 的 指 导下,法国组织了第二次大规模海上搜寻行动。但是,又一次以失败告终。

最终找 到 的 AF447 发 动 机 、 机 轮 相 连 的 机 体 和 两 个 黑 匣 子

第三次寻机仍以失败告终

第二次寻机的失败,对法国航空管理局打击很大,各种负面评论接踵而来。 对海洋学家而言,这是一种永远不会消失的阴影。为了向遇难者家属有所交 待,法国航空管理局迫不及待地发起第三次寻找活动。因为公众媒体大量地 报道了一些专家对空客公司可能出现的技术隐患的质疑,空客公司面临的压 力比法国航空管理局大得多。所以,他们主动提供了第三次寻找的大部分经 费。但有了钱也不能无的放矢。这时, 有人想起了伍兹霍尔海洋研究所的研 究 员 理 查 德 ?蓝 伯 诺 。蓝 伯 诺 曾 经 多 次 协 助 美 国 航 空 公 司 找 到 在 海 上 失 事 的 飞 机和帮助民间组织找到百年前的沉船,被美国人称为“找飞机专家”。空客 负 责 寻 找 AF447 项 目 的 领 导 人 直 接 联 系 了 他 , 并 希 望 伍 兹 霍 尔 海 洋 研 究 所 能 参 与 第 三 次 寻 机 行 动 。 蓝 伯 诺 认 为 AF447 失 落 的 海 域 海 况 太 复 杂 , 必 须 依 靠

先进的海洋模型技术。虽然在第二次的失败寻找中 3 个权威模型已用于确定 飞机的可能范围,但他并不放弃模型理论的先驱作用,问题是什么样的海洋 模型能够更为切合实际。

那天一早,他来到我的办公室。第一句话就说:我希望你加入伍兹霍尔海洋 研究所团队,参加第三次寻找行动。其实,我和蓝伯诺都是世界著名海洋学 家 罗 伯 特 ?比 尔 兹 利 的 学 生 。 上 世 纪 80 年 代 我 在 美 国 麻 省 理 工 学 院 和 伍 兹 霍 尔海洋研究所攻读博士学位时,比尔兹利教授和蓝伯诺师兄曾经手把手地教 我海上观测理论和海上观测实践。许多年后,我们共同发表了不少文章。也 就是说,我们在理论和实践中有着共同的基点。当他找我商量此事时,同时 转达了比尔兹利教授和伍兹霍尔海洋研究所另一位海洋学家欧文斯教授的心 愿,他们都希望我能参与。再者我也是伍兹霍尔海洋研究所的客座研究员。 出 于 对 尊 师 的 信 任 和 自 身 的 责 任 感 , 我 领 导 的 麻 省 大 学 FVCOM 海 洋 模 型 开 发 团队加入了由伍兹霍尔海洋研究所参与寻机队伍。

不久,第三次寻机行动的海上实验方案制订讨论会在法国巴黎旧机场空客会 议室召开。参加会议的有法国航空管理局的官员、法国军方代表、北约组织 军 人 、 法 航 飞 行 员 、 空 客 AF447 寻 找 项 目 负 责 人 、 英 国 和 法 国 航 空 安 全 管 理 部门负责人以及参加过第二次寻机的海洋学家们。蓝伯诺和我全权代表伍兹 霍 尔 海 洋 研 究 所 。会 上 各 国 科 学 家 对 第 二 次 寻 找 失 败 进 行 了 总 结 , 我 代 表 伍 兹 霍 尔 海 洋 研 究 所 作 了 45 分 钟 报 告 。通 过 对 第 二 次 寻 找 方 案 制 定 过 程 的 所 有 材料和法国航空管理局所有资料数据的分析,我归结了寻机的困难之处和失 败 的 原 因 ,并 提 出 了 新 的 寻 找 方 案 。我 的 方 案 引 起 了 剧 烈 争 议 。开 了 几 天 会 , 仍然无法统一思想。

空客项目负责人为了增强我们的积极性,专程来宾馆探望,希望我能继续坚 持观点,让法航官员听到基于海洋学理论的不同声音。作为一个海洋科学同 行,我十分尊重那些为第二次寻找制订方案的各国学者,为尽快找到飞机而 坚持自己的观点。虽然争执不休,各持己见,但最终还是有所成效:大家一 致同意公开自己的资料,并决定每星期开一次国际电话会议,讨论各自的进 展 , 以 及 接 纳 我 们 FVCOM 模 型 来 制 定 第 三 次 寻 找 方 案 。 在 这 里 , 我 不 得 不 提 的是,欧洲各国学者在资料共享方面是真正的相互支持。虽然我们在会上争

得 面 红 耳 赤 , 但 我 需 要 他 们 提 供 相 关 资 料 时 ,他 们 做 到 了 毫 无 保 留 。我 觉 得 与这些敬业的学者工作是我参加这次寻机的最大收获之一。

在制订第三次寻机方案过程中,某国的渔民告知法航管理局,为了了解海水 运动,他们曾在附近海城投放了两个漂流计。在飞机遇难的时间段,他们发 现那两个漂流计的轨迹经过飞机最后所在位置范围,然后向北漂去。渔民将 漂流计的记载数据送给了法航管理局。这两个漂流计轨迹资料的出现,立刻 改变了众人的思维。我们只要能用模型模拟出这两个漂流计的轨迹,我们就 可以用反演法跟踪尸体和残片,找到飞机主体的所在地置。在这个思想指导 下,法国学者通过四维同化技术预测飞机的位置可能在飞机最后所在位置范 围的西北角。因为那个海域未曾寻找过,许多人都相信这种可能性很大。于 是各国学者用不同的方法演算,都获得相似的结果。然而,我们的团队却提 出 了 疑 问 。 因 为 我 们 通 过 FVCOM 模 型 对 所 有 那 个 海 域 漂 流 计 的 模 拟 发 现 , 不 同漂流计的轨迹在几海里内的流动方向出现了完全相反的观测值。如果我们 将这些反向漂流计去除,我们就可以得到与法国学者同样的结果。反之,结 果完全不同。

考虑到海上每条船每天的费用高达十几万美元,我希望能多做几个实验,免 得兴师动众而去,大失所望而归。但在这种看似万事已备的情况下,大家都 有些急不可耐。第三次寻机方案基于法国学者的提议而制订,重点放在飞机 最后所在位置范围的西北部。第三次寻机由此开始。这次寻找动用了伍兹霍 尔海洋研究所两台深海自动行走声呐车,该所海洋工程专家也参加了寻找。 他 们 将 范 围 圆 的 西 北 面 ,也 就 是 1/4 圆 分 成 69 个 方 块 ,每 天 找 一 个 方 块 。工 程技术人员在那里一待就是一个多月,期间还经历了多次恶劣天气。他们辛 辛苦苦地找遍了整个西北面海域,但客机仍然杳无踪迹。

领衔制订第四次寻机方案

当他们决定放弃寻找时,我正在上海华东师大进行学术交流。我收到了寻找 结 果 的 图 片 , 十 分 惊 愕 ,彻 夜 难 眠 。第 二 天 我 又 收 到 空 客 项 目 负 责 人 的 邮 件 , 他希望我尽快回美国,并告之他会在我回到美国的第二天与我见面。

回到美国之后,与空客项目负责人同来的还有法国一位退役海军将军。他们 说,这次失败对法国航空管理局打击很大,他们已失去能找到失事飞机的信 心,但空客却坚持不懈,誓言无论如何也将继续找下去。他们希望由我领导 的团队帮助制订第四次寻找方案。我出于自身考虑,表示既不敢、也没有能 力 承 担 此 等 重 任 。见 我 推 辞 ,他 们 又 找 到 蓝 伯 诺 ,劝 我 站 出 来 接 受 这 项 工 作 。 但考虑到各种因素,我当时觉得这是一个铤而走险又出力不讨好的事。空客 项目负责人再次与我进行了长谈。他坦诚地说,第四次寻机由伍兹霍尔海洋 研究所独家进行。

最 后 , 我 们 定 下 3 个 条 件 :1. 我 的 名 字 不 出 现 在 第 四 次 寻 找 团 队 名 单 内 ,我 的 介 入 对 外 保 密 ;2. 在 制 定 第 四 次 寻 找 方 案 过 程 中 ,空 客 必 须 提 供 真 实 资 料 , 并 满 足 所 有 科 学 研 究 需 求 ;3. 在 我 认 为 方 案 制 订 基 本 满 意 后 ,才 能 进 行 寻 找 。 在得到东道主的充分承诺之后,我和我的团队,又踏上了这条寻机之路。

用于寻 找 法 航 AF447 的 深 海 自 动 行 走 声 呐 车

成功预测飞机残骸所在

自 1999 年 以 来 ,我 领 导 的 海 洋 研 究 团 队 开 发 了 新 一 代 非 结 构 网 格 :有 限 体 积 海 洋 模 式 。 这 个 模 式 的 英 文 缩 写 为 FVCOM 。 这 一 模 型 成 功 地 解 决 了 分 辨 海 洋 中复杂地形多尺度非线性物理过程的难题。但是,任何一个先进的模型都要 依 赖 精 确 的 驱 动 力 。这 种 驱 动 力 包 括 海 面 风 速 、风 向 、 太 阳 短 波 辐 射 、海 面 净 热 通 量 、 降 水 与 蒸 发 、 潮 汐 、 河 水 通 量 等 。法 航 AF447 的 失 事 海 域 位 于 南北赤道流和赤道逆流之间,那是一个中尺度涡旋频繁出现的海域。由于水 深很深,一旦涡旋形成后,其生命期长至一年或几年。涡旋与涡旋相互作用 再生涡旋。据我所知,目前没有一个海洋模型能够成功地模拟出该海域复杂 的涡旋流场。再者,出事海域恰巧位于热带辐合带,由大气模型模拟出的该 海 域 风 场 在 风 向 上 不 可 信 程 度 较 大 。我 们 分 析 了 由 欧 洲 气 象 中 心 、 美 国 海 洋 大 气 管 理 局 全 球 大 气 模 式 和 由 卫 星 反 演 的 风 场 ,它 们 的 方 向 在 2009 年 6 月 1 日 ~6 月 19 日 期 间 相 差 超 过 90 度 。 用 模 型 来 反 演 尸 体 和 残 片 的 移 动 轨 迹 , 除 流场外,还须考虑海面风的影响。如此不精确的风向资料是否可用?而且谁 也没有方法保证由这种不精确风驱动下的海洋流场可靠性。加之该海域的海 洋资料很少,仅有的就是路经该海域的表面和次表面的漂流计轨迹资料,而 且这些有限的漂流计中有一部分所处水深不明。如何使这些资料运用到模型 中帮助订正、计算出真实的流场?第三次寻找计划与第二次计划最大的不同 就是用四维同化技术将漂流计资料同化入海洋模型。但由于所用的海洋模型 均无法分辨出中尺度涡流的演变, 最后失败了。但很清楚,这条路是对的, 问题是如何走!

面对诸多不定因素,我们团队对每一个问题进行了深入的讨论。我们采用了 将概率学与海洋模拟实验相结合的方法,首先建立了该海域高分辨率的中尺 度天气模式,改进对热带辐合带风场的模拟精度。与此同时,建立了分辨率 高 达 500 米 至 1 公 里 的 FVCOM 子 区 域 模 型 , 并 将 它 与 我 们 的 全 球 FVCOM 模 型 嵌套在一起。最为重要的一步是要求空客在飞机失事最大可能性圆内,以中 尺 度 涡 水 平 尺 度 为 间 距 ,在 2010 月 6 月 投 放 9 个 表 面 漂 流 计 。空 客 项 目 负 责 人对此事感到蹊跷,明明听我说该海域流场十分不稳定,每时每刻都在变。 那 么 由 2010 年 观 测 到 的 流 场 绝 对 不 同 于 2009 年 出 事 时 的 流 场 , 为 什 么 出 尔 反尔?他们的确无法理解。好在他们还是按蓝伯诺提供的位置投放了 9 个漂 流计。最后,其中一个出现故障,我们获得了 8 个漂流计的轨迹资料。

资 料 获 得 后 ,我 详 细 阐 明 了 我 们 的 目 的 。正 因 为 2009 年 所 获 得 的 漂 流 计 资 料 来自不同水深,出现时间也不同,我们无法用这些资料来验证在模型分辨率 达到何种程度条件下可以分离和模拟出热带辐合带处中尺度的流场。我们必 须有一套同步的观测流场数据来验证和找出同化的时空尺度。我越讲他们越 糊涂,不过通过交流,帮助他们增加了对我们的信心。通过大量实验,我们 发现在当我们的模型分辨率尺度与同化空间尺度对应,而且同化时间窗与中 尺度涡旋演变尺度成一定比例时,我们能成功地分离和模拟出 8 个漂流计的 轨迹。

有 了 这 一 结 果 ,我 们 用 同 样 的 方 法 和 参 数 对 2009 年 路 经 出 事 海 域 的 漂 流 计 进 行同化模拟,并发现模型能将所有的漂流计轨迹重演。其模拟误差随时间增 大 , 最 可 靠 的 时 间 段 是 2009 年 6 月 1 日 至 6 月 10 日 。 有 了 这 些 可 靠 的 实 验 结果,我们选择了 6 月 6 日至 8 日找到的遇难者尸体,通过模型反演了在不 同风场条件下他们从出事时到被找到时的漂移轨迹。我们只选择尸体而没有 选择残片是因为残片大小差异太大,风对其影响率很难确定。我们用浮力理 论对海面尸体漂移进行了研究,并向美国和欧洲的专家请教,找到了风影响 的 系 数 在 1%~3% 之 间 。通 过 对 各 种 系 数 条 件 下 尸 体 漂 移 的 模 拟 ,我 们 找 到 了 4 个概率最高的地点。第一地点就在飞机最后所在位置附近,第二地点是在东 北 海 域 内 ,第 三 个 地 点 在 飞 机 航 线 后 方( 那 里 曾 经 发 现 过 油 迹 ) ,第 四 个 地 点 在航线右后方的最大圆之外。我们通过对模型可信度的分析,认为第一个位 置可能性最高。将我们实验结果汇总后,我起草了第四次寻找方案建议书。 与以往不同的是,空客要求我简明扼要,并明确指定寻找路线与地点的前后 安排。报告交上后,通过空客评估,最终交给海上寻机作业团队。这些成员 大 多 都 参 加 过 第 三 次 寻 机 工 作 。 由 于 他 们 经 历 过 几 次 失 败 ,对 模 型 结 果 不 大 相信。他们要求我到他们实验室详细解释我们的方案和我们的推理方法,并 提出了各种各样的问题。最关键的是,第一个可能位置已在第一和第二次找 过,为什么还要再找。我花了整整一个上午耐心给他们解释。

第四次寻机就由伍兹霍尔海洋研究所海上作业团队在这种凝聚着许多不安的 状态下展开了。非常幸运!海上作业团队第一时间就在我们预测的第一个地 点海底找到了飞机残体。残体找到后,用高分辨率拍下了当地海底各残体和 两个黑匣子的位置。随后的打捞过程十分顺利。当我在凌晨收到发自空客项

目负责人找到飞机的邮件时,我兴奋极了。尤其是注明就在我们指定的位置 上找到,我顿时感到前所未有过的轻松。我把邮件转发给我们实验室的全体 同 仁 。参 加 这 次 试 验 的 成 员 全 部 是 华 人 ,研 究 员 包 括 徐 启 春 、 戚 建 华 、林 辉 婵 、赵 柳 智 ,当 时 的 研 究 生 是 高 郭 平 、 薛 鹏 飞 和 来 志 刚 。他 们 是 真 正 的 无 名 英雄。没有他们的努力和认真的工作, 此次成功是不可能的。


赞助商链接
更多相关文档:
更多相关标签:
网站地图

文档资料共享网 nexoncn.com copyright ©right 2010-2020。
文档资料共享网内容来自网络,如有侵犯请联系客服。email:zhit325@126.com