水下声音信号能否解决航空业的最大谜团？

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2014 年 3 月 8 日，马来西亚航空 MH370 航班失踪，机上载有 239 名乘客。尽管进行了广泛搜索，但飞机的最终下落仍不明。这已成为航空业最大的谜团之一。

我们的新研究探索了探测飞机坠毁（例如 MH370 的推测撞击）产生的水下声学信号的可能性，以便为其命运提供新的见解。

马航 MH370 航班从吉隆坡飞往北京途中从雷达屏幕上消失。官方调查显示，该航班偏离了预定路线，向西南飞越印度洋。尽管多国展开搜索，包括在所谓的“第七弧”（卫星与飞机最后一次通信确定的区域）及其附近进行大规模水下搜索，但主要残骸仍未找到。

冲上西印度洋岛屿的几块残骸被证实属于 MH370。这让乘客家属、搜救队和全世界都陷入了未解之谜。

声学分析
水听器是一种水下麦克风，可以捕捉海洋中的声波和压力变化。这种技术在检测各种事件（包括飞机坠毁）的压力信号方面表现出良好的前景。这些类型的信号可以传播数千公里，使水听器成为识别和分类海洋环境中事件的宝贵工具。

在我们的研究中，我们分析了全面禁止核试验条约组织 (CTBTO) 水声站的数据。我们重点关注了西澳大利亚卢因角和印度洋迭戈加西亚岛的站点数据。

这两个站点在马航 370 坠毁前后都处于运行状态。这些站点距离第七弧线的信号传播时间只有几十分钟。禁核试组织站点此前曾探测到飞机坠毁时发出的明显压力信号，以及距离 5,000 多公里的各种规模的地震。

撞击方式决定了信号的持续时间、频率范围和响度等属性。通过检查这些信号，我们希望找到 MH370 坠机的任何潜在声学证据。

科廷大学科学家此前的分析以及我们随后的分析均证实，在卢因角站记录到了一个未知来源的信号，位于第七弧方向。但它超出了官方搜索建议的时间范围。

我们最新的研究集中在官方和狭窄的时间窗口上。分析发现，第七弧方向只有一个相关信号，记录在卢因角站。但迭戈加西亚站没有检测到这个信号。这引发了人们对其来源的疑问。我们还检查了 MH370 初始飞行路径上的信号数据，但没有发现相应的声学特征。

由于过去发生的飞机事故数量有限，我们的结论尚无定论。但一架 200 吨重的飞机以每秒 200 米的速度坠毁时，其释放的动能相当于一场小型地震。其能量大到足以被数千公里外的水听器记录下来。

鉴于水听器的灵敏度，大型飞机撞击海面后留下可探测的压力信号（尤其是附近的水听器）的可能性很小。但不利的海洋条件可能会削弱或掩盖这种信号。

控制爆炸
为了帮助解决有关 MH370 声音信号可探测性的争论，一种切实可行的方法是沿第七弧进行控制爆炸，类似于对 ARA 圣胡安潜艇所做的爆炸。

2017 年 11 月 15 日，阿根廷海军运营的 ARA 圣胡安号在一次演习任务中失踪。几个小时后，禁核试组织各站记录到异常信号。为了协助搜索，两周后在最后已知位置附近进行了一次空投校准手榴弹投掷。

校准手榴弹也被禁核试组织水声站记录下来，与潜艇爆炸时发出的异常信号相似。一年后，潜艇被发现，44 名船员全部遇难。

可以沿第七弧进行类似的练习，使用能量水平与被认为与 MH370 相关的爆炸或气枪。如果此类爆炸的信号显示的压力幅度与感兴趣的信号相似，它将支持将未来的搜索重点放在该信号上。如果在卢因角和迭戈加西亚检测到的信号比有问题的信号强得多，则需要进一步分析这两个站的信号。

这也可能导致重新评估用于确定第七弧的数据，并根据最新发现考虑新的情景。此外，信号强度的变化可以深入了解影响变化的条件，可能有助于根据特定地形和路径更好地定位影响区域。

因此，虽然我们的研究无法确定 MH370 的确切坠机地点，但它凸显了水声技术在解决这一航空谜团方面的潜力。通过改进我们的方法并进行进一步的实验，我们可以对 MH370 的命运提供新的见解，并改善我们对未来海上事故的应对。

持续努力寻找马航 370 航班，不仅是为了给罹难者家属一个安慰，也是为了提高我们追踪和了解广阔海洋上航空事故的能力。

作者
乌萨马·卡德里 (Usama Kadri)，卡迪夫大学应用数学讲师

（来源：对话）