Jak działają poszukiwania samolotów na głębinach morskich

Problem niepodobny do żadnego innego

Kiedy samolot pasażerski znika nad otwartym oceanem, wyzwanie związane z jego odnalezieniem przyćmiewa niemal każdą inną operację poszukiwawczo-ratowniczą w historii ludzkości. Południowa część Oceanu Indyjskiego – gdzie, jak się uważa, rozbił się lot Malaysia Airlines MH370 w marcu 2014 roku – osiąga głębokość do 4000 metrów, rozciąga się na miliony kilometrów kwadratowych i jest jednym z najbardziej odległych i słabo zmapowanych regionów na Ziemi. Ponad dekadę później zespoły wykorzystujące najbardziej zaawansowane dostępne roboty morskie nadal nie zlokalizowały głównych szczątków, co ilustruje, jak trudne jest to zadanie.

Pierwszy wyścig: Znalezienie sygnału z czarnej skrzynki

Każdy samolot pasażerski jest wyposażony w dwa rejestratory lotu – Rejestrator Danych Lotu (FDR) i Rejestrator Dźwięków w Kokpicie (CVR), potocznie zwane „czarnymi skrzynkami”. Do każdego z nich przymocowany jest Podwodny Nadajnik Lokalizacyjny (ULB): małe urządzenie, które aktywuje się automatycznie w kontakcie z wodą i zaczyna emitować ultradźwiękowy impuls o częstotliwości 37,5 kHz raz na sekundę.

Zgodnie z informacjami SKYbrary, nadajniki te są przystosowane do pracy na głębokości do 6000 metrów i są zaprojektowane tak, aby wysyłać sygnał przez co najmniej 30 dni. Statki poszukiwawcze przeciągają przez wodę holowane lokalizatory sygnału (TPL) – matryce hydrofonów – aby odebrać sygnał. Problem polega na tym, że na głębokościach większych niż około 2 kilometry sygnał o częstotliwości 37,5 kHz szybko słabnie i zazwyczaj nie można go wykryć z powierzchni. Statki muszą zbliżyć się – czasami na odległość 1–2 kilometrów – aby go usłyszeć.

Jeśli nadajnik nie zostanie znaleziony w ciągu 30 dni lub jeśli obszar poszukiwań jest zbyt rozległy, zespoły muszą przejść do wolniejszego, bardziej systematycznego podejścia: mapowania samego dna morskiego.

Sonar: Widzenie bez światła

Poniżej kilkuset metrów światło słoneczne nie dociera. Znalezienie wraku wymaga obrazowania akustycznego – wykorzystania fal dźwiękowych w sposób, w jaki nietoperze używają echolokacji. Istnieją dwa podstawowe narzędzia sonarowe używane w poszukiwaniach na głębokim oceanie.

Sonar boczny emituje wachlarzowe impulsy dźwięku na każdą stronę pojazdu i mierzy intensywność powracających ech. Twarde obiekty odbijają więcej dźwięku; miękki osad go pochłania. Rezultatem jest obraz dna morskiego w skali szarości, który ujawnia niezwykłe kształty, anomalie i pola szczątków. Jak wyjaśnia NOAA Ocean Exploration, technika ta jest podobna do świecenia latarką z boku na powierzchnię – obiekty rzucają akustyczne „cienie”, które pomagają analitykom je zidentyfikować.

Sonar z Syntetyczną Aperturą (SAS) to bardziej zaawansowana metoda. Zamiast polegać na pojedynczym pingu, łączy wiele nakładających się powrotów, gdy pojazd porusza się do przodu, generując znacznie ostrzejsze obrazy niż konwencjonalny sonar boczny. Umożliwia to wykrywanie mniejszych obiektów i odróżnianie wraku od naturalnych cech na dnie oceanu.

Autonomiczne Pojazdy Podwodne: Konie robocze

Sonar okrętowy montowany na kadłubie wysyła sygnały z powierzchni na głębokość kilku kilometrów, ale uzyskana rozdzielczość jest niska – każdy piksel obrazu może reprezentować obszar wielkości boiska do piłki nożnej. Aby uzyskać szczegółowość potrzebną do identyfikacji szczątków samolotu, poszukiwacze wykorzystują Autonomiczne Pojazdy Podwodne (AUV), które działają zaledwie kilkadziesiąt metrów nad dnem morskim, gdzie rozdzielczość sonaru znacznie się poprawia.

W wznowionych poszukiwaniach MH370 firma Ocean Infinity z siedzibą w Teksasie, zajmująca się robotyką morską, wykorzystała swoją flotę Armada – smukłe, półautonomiczne jednostki nawodne, które wystrzeliwują i odzyskują roje AUV przez otwory w kadłubie. Według Scientific American, te AUV mogą spędzać do czterech dni pod wodą, mapując dno morskie na głębokościach zbliżających się do 6000 metrów za pomocą sonaru wielowiązkowego, profilerów podpowierzchniowych do obserwacji pod osadami i magnetometrów do wykrywania metalowych szczątków. Możliwość jednoczesnego uruchamiania wielu AUV znacznie zwiększa tempo pokrycia w porównaniu z wcześniejszymi misjami z pojedynczym pojazdem.

Dlaczego Ocean wygrywa – na razie

Nawet przy użyciu najnowocześniejszej technologii poszukiwania na głębokim oceanie napotykają trudne ograniczenia fizyczne. Południowa część Oceanu Indyjskiego jest rozległa: Ocean Infinity przeszukał około 140 000 kilometrów kwadratowych od 2018 roku i nadal nie znalazł głównego pola szczątków MH370, jak podaje NPR. Każda kampania poszukiwawcza zależy od najlepszego oszacowania miejsca katastrofy, uzyskanego z danych komunikacji satelitarnej – niedokładnej nauki. Niewielki błąd w szacowanej trasie lotu może przełożyć się na setki kilometrów przesunięcia na dnie morskim.

Prądy głębinowe również rozpraszają szczątki w czasie, a grube warstwy osadów morskich mogą całkowicie zakopać wrak – czyniąc nawet najlepsze obrazy sonarowe niejednoznacznymi. Sama analiza danych jest pracochłonna: PBS NewsHour donosi, że analitycy muszą przejrzeć tysiące obrazów sonarowych w poszukiwaniu anomalii, proces coraz częściej wspomagany przez uczenie maszynowe, ale wciąż daleki od automatyzacji.

Dziedzina w trakcie transformacji

Długie poszukiwania MH370 przyspieszyły innowacje w technologii poszukiwań morskich. AUV są teraz szybsze, nurkują głębiej i przenoszą bogatsze ładunki czujników niż kiedykolwiek wcześniej. Naukowcy z MIT opracowują matryce sonarowe montowane na pojazdach nawodnych, które mogłyby mapować rozległe obszary bez konieczności rozmieszczania robotów podwodnych. Tragedia, choć nierozwiązana, uczyniła głęboki ocean odrobinę mniej nieznanym – a następne poszukiwania nieco bardziej prawdopodobne, że zakończą się sukcesem.