马航370失联事件让无数中国人痛心，在为机上乘客祈祷祝福的同时，各种高科技手段也在继续被应用到搜寻失联飞机的工作中去。在这其中，卫星导航和通讯技术成为了这次搜寻行动的主角，发挥了巨大作用。马航370失联事件发生之后，本报也启动了特别报道行动，在关注机上同胞的同时，针对这次搜寻行动采用的卫星导航和通讯技术，特派记者分别在北京、伦敦、华盛顿等地走访，展现出技术机构和专业团体是如何利用卫星导航和通讯技术，在这次失联事件中如何发挥巨大作用。
    
一个突如其来的电话


　　　位于伦敦环岛硅谷的国际海事卫星组织数据中心
　　　
　　　3月8日晚上，北京时间凌晨3点30分，伦敦时间19点30分左右（3月7日），在东伦敦区环岛硅谷（Silicon Roundabout）的总部大楼，刚刚开完一个例行会议的国际海事卫星组织（Inmarsat）首席执行官鲁珀特·皮尔斯(Rupert Pearc)准备下班回家，突然接到一个电话。
　　　电话是国际海事卫星组织亚太区高级总监Bill Peltola打来的，电话中皮尔斯得知马来西亚航空公司可能有一架飞往北京的民用航班与空中管制台失去了联系，可能需要帮助。
    “马来西亚方面发布正式消息了吗？”皮尔斯问。
     电话那头Peltola表示暂时没还有。
     “OK，你随时准备把失联航班的信息发送过来，我们这边马上做好准备。”放下电话之后，皮尔斯与高级副总裁克里斯·麦克劳克林(Chris McLaughlin)取得联系，要求他立即召集航空技术部的工程师们，准备进行紧急会议。
　　　4个小时之后，即北京时间8点30分左右，伦敦时间23点30分左右，马来西亚航空公司正式宣布MH370航班失联的消息。
　　　与此同时，马来西亚的正式求助信息也通过国际航空电讯集团（SITA）发送到了国际海事卫星组织的总部。此时，皮尔斯已经召集工程师们完成了第一次会议的讨论，开始收集MH370航班的相关数据。
　　　3月9日凌晨2点左右，国际海事卫星组织航空技术部和亚太区都确认马来西亚航空公司并没有购买海事卫星定位服务，但是航空技术部认为总部的中央数据库应该有波音777传回来的卫星数据信息，建议进行查找，皮尔斯同意了这个计划。
　　　国际海事卫星组织与波音、空中客车两家飞机制造商都有合作，这两家厂商的飞机上都安装有Inmarsat的卫星信号发送和接收装置。
　　　尽管马来西亚航空没有购买国际海事卫星组织的定位服务，但这架波音777飞机上卫星信号装置还是会每隔一段时间发出数据信号，而正是这一点最终使得马航MH370航班的位置得以确定。
　　　根据Inmarsat全球卫星定位系统的设计原理，任何安装有Inmarsat卫星系统的飞机都会每隔一小时向国际海事卫星组织的地面信号站点和海事卫星发出包含有大量飞机飞行数据的信号。
　　　如果在一小时时间内，地面站和海事卫星都没有从飞机端接收到任何信号，那么就会用这架飞机本身的特定识别码向飞机端发出一个“登录/登出”的查询信号，专业术语叫做“ping信号“。
　　　如果飞机接收到这个信息，就会自动“回复”一个简短信息（一般为声脉冲信号）表明仍在“登录”状态，也表明这架飞机依然在物理状态上存在着，整个过程是自动完成的。

 
　　　
卫星信号的模拟演算


国际海事卫星组织的技术人员利用模拟运算来推测马航MH370的飞行轨迹
    
　　　3月9日早上7点，国际海事卫星组织召开了第二次会议，陆地导航服务部的工程师则提出了一个更加完善的方案：
　　　通过国际海事卫星组织在东南亚和澳大利亚的陆基监控网络、监测印度洋上空的I-3卫星以及MH370飞机上装载的Inmarsat Classic Aero系统进行数据重组，最终获取飞机飞行轨迹和最终位置。   
　　　与此同时，在英国德比郡的罗尔斯·罗伊斯公司全球发动机健康监测中心，民用大型发动机部总裁Eric Schulz收到一份数据报告。
　　　里面记载了两组数据，正是失联飞机马航MH370航班上的两台遄达 （Trent）800发动机通过传感器发送到监测中心总控室，而发送时间为3月8日北京时间早上7点，这距离马航MH370失联已经过去4个小时，意味着这架飞机在失去联系之后至少还保持了4个小时的飞行状态。
　　　3月9日下午14点，美国华盛顿，美国国家运输安全委员会主席德布拉·赫斯曼得到了罗尔斯·罗伊斯公司和波音公司发来的数据报告，随后赫斯曼宣布启动独立调查。
　　　在这个时间段里，国际海事卫星组织的技术调查小组取得了重大突破，他们在数据中心的计算机监测系统里面挑选出26组卫星信号，并最终确定其中7组为MH370航班发回的卫星数据信号。
　　　这些卫星信号表明，在MH370航班断开其他通信网络之后，装在航班上的国际海事卫星系统依然试图与印度洋上空的一颗卫星及澳大利亚珀斯的一座地面基站产生数据连接，专业术语叫做“握手”。 
　　　这些信号相互间隔一个小时，这是波音777飞控系统设定的通联时间。
　　　这7次通联时间分别是北京时间3月8日2:11、3:11、4:11、5:11、6:11、7:11、8:11。
　　　 包括数据中心技术主管在内的工程师小组立即调集数据中心的十五台数据分析系统进行模拟几何运算，将7组卫星信号进行模拟演算，推测马航MH370可能存在的飞行轨迹。
    3月10日上午10点左右，第一组演算结果出来了：马航MH370在失去联系之后，掉头向马六甲方向飞行了至少3个小时。两个小时之后，更确切的演算结果证实了马航MH370在3月8日凌晨5点左右越过马六甲海峡，进入了印度洋区域。
    这个结论完全推翻了此前马来西亚官方坚持的观点，使得整个搜救行动彻底改变了方向。
　　　3月11日，国际海事卫星组织将整个数据分析报告传给了国际航空电讯集团伦敦公司和英国航空事故调查分部（Air Accidents Investigation Branch,简称AAIB）。随后这个数据分析报告被送到了马来西亚总理纳吉布的办公室。

 

“多普勒效应”的引入


国际海事卫星组织的巨型屏幕上密布着各种数据


　　　国际海事卫星组织的数据分析并没有结束。在将初步数据交给马来西亚的同时，皮尔斯组织召开了第六次技术分析会议，决定对7组卫星数据信号进行更为详细的分析。
　　　这次会议上，一个技术难题被提出来了，经过国际海事卫星组织亚太区东南亚代表处再三核实，确认马航没有购买授权服务，这样就导致一个结果，MH370航班上向国际海事卫星发送的请求连接的Ping信号内含数据会被拒绝，技术人员无法从信号里面了解飞机的具体状态信息。
　　　也就是说，这些信号是简单的声脉冲信号，不含全球定位系统（GPS）数据、时间、地点等信息。 
　　　3月11日下午，国际海事卫星组织邀请波音公司和AAIB的技术专家以视频会议方式加入进来，希望解决卫星信号无法深入分析的问题。
　　　到晚上22点左右，国际海事卫星组织数据通信部主管乔纳森·辛纳特和航空技术部工程小组首次提出一个罕见的解决方案：
　　　绕开对马航MH370航班卫星信号本身的分析，重新计算7组ping信号与海事卫星产生连接的全过程，利用“多普勒”原理对7组卫星数据信号的发送和接收过程进行重新组合，看这些ping信号频率是被压缩了还是拉伸了，从而找出马航MH370到3月8日8点之前的完整飞行轨迹。
　　　多普勒效应的定义是指波源和观察者有相对运动时，观察者接受到波的频率与波源发出的频率并不相同的现象。简单的说就是由于波源相对观察者的运动，导致其波长频率被压缩或拉伸的现象。
　　　举一个简单的例子，就是一个人站在马路上，旁边正在行驶一辆汽车，这个人可以通过汽车行驶产生的声音大小来判断汽车跟自己的距离变化，从而间接分析出这辆车行驶的路线和方向。
　  由于卫星定点于地球上空，而马航MH370当时正处于飞行状态，因此严格来说马航的这架飞机与卫星之间存在相对运动，距离也在不断发生变化。
　　　因此通过以纳秒(十亿分之一秒)级别的精度计算飞机与64.5度纬线(卫星定点于此纬度线上空)之间的相对运动，就能判断飞机的大致飞行位置，得出一个大概的飞行轨迹。
　　　整个演算过程并不简单，工程师们在国际海事卫星组织的总部数据中心进行了连续三天的模拟演算。
　　　为了确保模拟演算的正确性，国际海事卫星组织还邀请美国太空总署和波音公司的技术专家参与了整个分析，为此波音公司方面提供了六架同样处在印度洋上空飞行的波音777飞机的卫星信号数据，完整模拟马航MH370的飞行状态。
　　　在模拟演算过程中，7组ping信号的频率明显表现出先提高再降低的走势，这就能够确定马航MH370的飞行轨迹是先接近印度洋上的海事卫星然后又远离，体现在具体飞行轨迹上就是从北往南飞穿越赤道。
　　　技术小组又将这7组卫星信号频率变化的数据图与六架波音777飞机的信号频率图进行对比，发现基本吻合。
    3月14日中午，正在出差的皮尔斯接到了克里斯·麦克劳克林的电话：“结果出来了，向南，印度洋以南3200公里位置。”
　　　10天之后，马来西亚吉隆坡，马来西亚总理纳吉布·敦·拉扎克正式宣布，根据AAIB和国际海事卫星组织提供的最新数据，马航失联航班MH370“终结”于南印度洋，“因此我们怀着深深的悲切告诉大家，MH370客机已坠落在南印度洋。”
　　　
（北京航天航空大学博士李成云对本文亦有贡献）
　　　
小资料：马航MH370事件中的那些专业机构

国际海事卫星组织（Inmarsat）
　　　国际海事卫星组织（International Maritime Satellite Organization，英文简称Inmarsat ）是一家总部位于英国的卫星通信公司，提供全球性的移动服务。1979年成立，是一个不非营利国际组织，1982年开始提供营利服务。1999年转型成为一家私人公司。
英国航空事故调查分部（AAIB）
　　　AAIB的全称是英国航空事故调查分部（Air Accidents Investigation Branch,简称AAIB），它是英国专门调查空难的机构，有100多年的空难调查历史。
国际航空电讯集团(SITA)
　　　国际航空电讯集团（Societe International De Telecommun-ications，简称SITA）是一个专门承担国际航空公司通信和信息服务的合资性组织，1949年12月23日由11家欧洲航空公司的代表在比利时的布鲁塞尔创立。