卫星雷达定位为何找不到失联马航?
截止4月5日,马航失联班机MH370的搜寻工作已经进入第29天,由于还没有寻找到第一片飞机残片,多国参与搜寻依旧未取得实质进展。南印度洋搜索联合行动协调中心的负责人休斯顿也对媒体表示,考虑到搜索工作的难度,MH370班机的残骸有可能会出现完全找不到的情况。
多天以来,很多公众也有挥之不去的巨大疑惑:现在天空中已经有众多10米以下精度的遥感探测卫星,地面上也有号称“火眼金睛”的雷达系统,为何MH370班机在飞行中能够无影无踪地消失,搜寻其残片为何异常困难?
遥感卫星体为何发现不了MH370?
“通过高清卫星,从太空可以看到地面上的一只狗,甚至可以看清广场中人们手拿报纸的头条标题。”这是美国全球清晰度最高的商用成像卫星“GeoEye-1”在公布其第一张民用图片上的情景。民用卫星已经到了如此精确的成都,就更别说军用卫星了。
但是,马航事件让很多人对全球卫星的作用表示失望。为何卫星连一架飞机的任何踪迹都找不到呢?
众所周知,高轨道卫星一天可绕地球飞行几圈到十几圈,不受领土、领空和地理条件限制,视野广阔,能迅速与地面进行信息交换、包括地面信息的转发,也可获取地球的大量遥感信息,往往一张地球资源卫星图片所遥感的面积可达几万平方千米。
“但是,任何卫星并不是能够24小时看到地球上任何一个地方,一般而言单颗卫星的视野只能覆盖地球一定宽度的区域,很多卫星的在地面上辐射的宽度一般都100公里之内,而以外的地方只能是鞭长莫及。”中国电波传播研究所研究员曹冲说。
另外,除了绕地球旋转、周期与地球自转周期完全相同、相对位置保持不变的静止卫星以外,其他所有的卫星并不是总是待在一个地方的上空,因此它想将一个地方拍下来,首先要满足它的运行轨道经过这个地点的上空。
比如,某处发生事故或者有某移动的物体时,要通过卫星拍摄他们,要高精度某卫星碰巧运动到它们的上空。
否则,卫星就难以发现。用卫星拍摄飞行的飞机也是如此。更为重要的时,卫星遥感探测一般都是在白天进行,而马航MH370是在夜里飞行,因此就难以被卫星发现了。
卫星解析出可疑漂浮物需要时间
中国国土资源航空物探遥感中心遥感部环境与灾害遥感所所长童立强多年来一直在从事遥感技术应用方面的一些工作,他利用卫星及飞机遥感图像对我国的多处地质灾害进行过比较详细的调查,对遥感卫星的运行、数据接收、处理及应用十分熟悉。
马航失联飞机先前被怀疑有可能在南中国海坠落以后,童立强和同事们也利用我国卫星获得的图像资源对南中国海可能存在的残骸进行过分析,只是最后得到的结论是目标物体都太像MH370,才没有写报告上报。
童立强表示,通过遥感卫星找海洋上的飞机残骸比很多人所想象的要困难得多,从理论上而言,卫星拍摄到图像以后,其在10分钟以后就能够解析出来。
但是实际上,卫星数据转化成可识别的图像要慢得多,这主要是因为卫星的数据需要一个预处理的过程,其首先要将大量图像数据传到地面,而后对这些数据进行图像解析。解析时,分析师需要一张一张照片加以分析鉴别,还要放大图片,一寸一寸地分析,来决定图片上是否真的有物体。
这些工作完成以后,才能对列入备选范围的图像进行进一步的放大分析,并最终确定是什么样的物体。
“如果我们当天上午10点拿到卫星的数据,完全解析出图像一般要到下午5-6点钟,而这已经是比较快的了。”童立强说。
MH370的卫星数据涉及到不同的国家,其信息交流及处理的程序更长,因此他们公布的卫星图像常常三四天以前的图像,他们发出搜索指令时时间也就拖得更长了。而此时,因为洋流的影响,卫星的拍摄的物体可能早就不在原来的区域。
复杂洋流和垃圾雪上加霜
童立强告诉记者,如果是寻找地面上固定的东西,只要卫星拍摄到了,通过GPS或者北斗定位系统很容易就能够找到,但是在海洋上,海面上的物体都是随着洋流而四处飘动,因此就难以准确定位。
由于卫星发现和轮船去疑似目标区域搜索之间有一个时差,为了寻找海洋上的东西,就需要根据其所在区域的洋流方向和速度计算出物体可能到达的位置,并在另外一个方面让搜救力量赶到这个地方搜寻。
但是,在南印度洋本次集中搜索的这片距离澳大利亚西澳大利亚州首府珀斯约2500公里的海域,是著名的“咆哮的西风带”,是全球最危险的海域之一,海上时时伴有强风、3-30米的大浪、巨浪以及十分复杂的洋流,因此就难以比较准备地计算出飞机残骸存在的位置。
例如3月16日,卫星图像捕捉到的两个疑似MH370残骸的物体。这两件物体每天可移动50-100公里,电脑模拟所确定的位置较实际位置的误差要达到30-40公里。
而对有些疑似漂浮物,曹冲表示,搜寻的船只在2-3天以后才到达可能的区域,就更难予以寻找。因此,一些搜寻船只扑空就很正常了。
卫星遥感图像的精度也是一个问题,童立强告诉记者,就我国而言,当前遥感卫星使用的精度主要是2米以下,10米以下的,精度还不能够达到1米以下,这也会影响对可疑漂浮物的准确判断。
中科院遥感应用研究所研究员刘少创对记者表示,南印度洋上垃圾太多也会影响到对飞机残骸的识别。
由于遥感卫星一般都是通过物体的形状和颜色进行可疑物体的判断,如果还面上的这种垃圾太多,就会对卫星遥感形成很大的视觉干扰。
其实海洋上垃圾太多,不要说卫星,就是侦查的飞机也很容易发生误判。
3月29日上午,中国空军伊尔-76机组在澳方新确定的搜寻区域内,发现3个分别为白色、红色、桔色的疑似漂浮物。
随后,伊尔-76机组向相关区域投放两枚昼间标志弹,并向澳方有关机构通报了情况。但是后来发现,其与MH370残骸并没有什么关系。
雷达为何失联飞机?
在马航事件中,雷达的失联也让很多人想不通。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。
曹冲表示,雷达也不是时时就能跟踪到目标,首先雷达处于开启状态才能其作用。其次任何雷达都有一定的探测范围,如果物体超出雷达的监测范围以后,雷达就更是鞭长莫及了。
另外,雷达的探测也是有方向性的,如果某物体经过时,雷达转到了其他方向,也就会捕捉不到物体的信息。
具体到马航MH370而言,虽然目前世界最为先进的雷达探测距离可以达到3000千米但全世界都没有几个国家掌握,而越南马来西亚并没有这种雷达,其常用的军用雷达探测距离不会超过500千米,大多数只有300千米左右。因此,雷达在飞出有效范围后就无法跟踪了。更何况,专家也高度怀疑MH370后来的飞行采用了主动避让雷达的举措。
一些雷达也跟踪到了MH370的信号,但是误判也会造成信息的丢失。
马来西亚空军司令表示,MH3703月7日晚从民用雷达消失后,军方雷达依旧能够跟踪,但军方认为其是“友好”的,给予了放行,而此决定是由当时雷达组的军方官员做出的,他没有再通报上一级。这样就错过了对MH370采取应对跟踪或者采用其它措施的机会。
而飞机被认定可能在南印度洋上坠毁以后,由于高度怀疑的区域远离大陆,原来多个国家的雷达系统就更难以发挥作用了。虽然军舰上的对海雷达对漂浮在海面的大块飞机残骸有一定的探测能力。
由于受雷达照射下海面的后向散射回波即海杂波的干扰,对海上飞机残骸的探测能力也很有限。
“雷达使用的是电磁波,其依靠电磁波反射来确定物体位置的装置,但电磁波在水中会很快衰减,雷达也无法接收到回波。因此雷达也无法找落到水下的黑匣子或者其他飞机残骸。”曹冲表示。