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水下监测网如何搜寻失联的阿根廷潜艇

2017-12-20 10:32| 发布者: admin| 查看: 214| 评论: 0|原作者: Davide Castelvecchi 张宇哲 董子晨曦|来自: 环球科学

摘要: 这套系统目前在全球分布有289个站点,完全建成后将增至337个。我们综合使用四种不同的技术:地震监测,大气次声波,水声通道和放射性核素(监测)站点(能够捕捉到核爆产生的放射性同位素)。 ...

 

  1115日,曾多次参与巴塔哥尼亚东海岸演习任务的小型柴油动力潜艇“圣胡安号”,与阿根廷海军失去联系。

  大约在一周后的1123日,总部位于维也纳的禁核试组织(CTBTO)发表声明说,他们的全球监视系统(设计用于探测核爆位置的一套传感器网络)在失联潜艇最后消失的位置附近捕捉到了一声爆炸。当时艇上载有44名艇员。

  禁核试组织的这套系统应用于众多科学研究中,而且已不止一次被用来探寻可能灾害发生的原因。比如说,2000年研究人员借助其数据搜寻俄罗斯失联潜艇Kursk,而在2014年马来西亚航班MH370的搜寻中也有它的身影。自然 杂志对话禁核试组织水声工程师Mario Zampolli,了解到最近一次研究的进展。

 

全球监视系统是如何运作的?

  这套系统目前在全球分布有289个站点,完全建成后将增至337个。我们综合使用四种不同的技术:地震监测,大气次声波,水声通道和放射性核素(监测)站点(能够捕捉到核爆产生的放射性同位素)。所有信息都汇集到我们位于维也纳的国际数据中心以及分析师的手上,后者将从中确定是否有核爆迹象。这套系统全天候工作,产生的数据被存起来并用于众多科研及减灾项目。

 

在帮助搜寻“圣胡安号”中能发挥什么作用?

  我们有六个水下站点配置了水听器,其中有两台捕捉到了信号:一台位于大西洋,赤道稍偏南的阿森松岛(Ascension Island),另一台则位于非洲和南极洲中间,南印度洋的克罗泽群岛(Crozet Islands),这两套设备收到了相同的信号。每个站点配置有3个传感器,通过信号到达每个传感器的时间延迟可以计算出信号源的大致方位。具体来讲,首先计算出这些点之间的测地线(*空间中两点之间的最短路线),两线交点所在的位置就是潜艇最后出现的地点附近。

 

这种分析是实时进行的吗?

  CTBTO有一套优化过的专门针对核爆监测的实时处理信道。但无论何种检测系统,都需要在信号敏感性和误报率之间取得某种平衡,换句话说,如果一套系统非常灵敏以至于可以检测到任何扰动,那么百分百会出现误报,我们也将被信息淹没。为研究其他信号,这变成了一项手动工作——我们不得不编写专门的软件来比较和分析这些信号。

 

这些数据表明了什么?

  我们在潜艇与基地最后一次联络后大约3小时21分钟发现了一个声源。在对声音仔细分析后我们确定,这不是一次自然事件——因为信号短暂而尖锐。事实上不论是阿森松岛还是克罗泽群岛,距信号源都有6,0008,000公里,却都检测到高信噪比(*值越大表明信号的可靠性越高)的信号——这意味着事发地的声音相当大。信号的某些方面与以前发生过的爆炸(所产生的信号)相似,但还是很难确定这就是一场爆炸。

 

能说明是什么引起(爆炸)的吗?比如说,艇上的爆炸物被意外引爆?

  这真的很难断定。这样一个水下装置(*指潜艇),有着钢制耐压壳,有可能是从外边(撞破),也可能从里边(炸开),这有太多可能性,我们无法断定。唯一确定的是这不是一次自然事件。我们需要做的不是查明发生了什么,而是为官方研究提供信息以推动其进展。信号源的位置会显著改变信号强度——比如说是在潜艇的外边还是内部,这些细节都会改变声音等级。然而,无法确定声音产生的深度更是让我们的判断更难进行。

 

水深会造成怎样的影响?

  SOFAR信道,也叫做声音混合和测距信道,是水下声音传播的最佳深度。因为温度和密度都会随海水深度变化而变化,导致声音传播速度也随之改变;而这一信道就像波导管那样,声音在其中可以高效传播。

 

所以,就像是在光导纤维里边那样,因为海水边界层的阻碍作用,声波在SOFAR信道里会不断反射?

  是的。大概是在第二次世界大战那会,人们就发现在某一特定深度,声音会传播得更远。基于此,空军飞行员装备了一种能在这一深度引爆的装置。一旦他们被击落,在弹射出舱后可以手动释放引爆装置,引爆装置下沉并爆炸,这样,他们就可以被友军三角定位从而获救。我们的水听器就布放在SOFAR信道轴上。

 

你们的数据会作其他用途吗?

  水听器网络采集到的数据可用来预测地震,海啸预警中心也可以借此了解海下地震的动态细节。

  我们也会监测并帮助定位水下火山喷发。来自于监视网络的其他信号数据,也能在科学界大展拳脚。比如研究海洋哺乳动物时,我们能够在数千公里外监测到它们的声音。有这样一套能持续记录数据的系统,生物学家就可以统计某一区域鲸群数量和迁徙规律。

 

你们的数据能在多大程度上缩小对“圣胡安号”的搜寻范围?

  我们得到的位置信息的误差限仍在进一步评估中,但声音来源极有可能就在潜艇最后出现的位置附近。利用两个探测器的数据,我们只能圈定一个宽约100200公里的椭圆形区域(见上图)。我们尝试和(潜艇搜寻)研究组取得联系,对方似乎很感兴趣,不过目前还没有收到正式回复。


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