南極科考用上“巨型充電寶” 24小時不間斷供電

　　南極科考用上“巨型充電寶”

　　方仕雄介紹集裝箱內(nèi)部空間。 劉莉 攝

　　東大張廣軍校長（左一）和三位科考隊員合影。 劉莉 攝

　　身著“企鵝服”的吳昌德

　　東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科吳昌德和東南大學(xué)自動化學(xué)院方仕雄、能源與環(huán)境學(xué)院劉西陲等第36次南極科考隊泰山站隊員，即將踏上前往南極的征途，開展為期半年的科考任務(wù)。10月15日，東南大學(xué)舉行歡送第36次南極科考隊員暨南極泰山站能源模塊（“東大極能”）啟運(yùn)儀式。據(jù)悉，“東大極能”是我國首個投入運(yùn)行的國產(chǎn)極地?zé)o人值守能源系統(tǒng)，它是可以全天候24小時不間斷供電的“極地移動電源”。　 通訊員 唐瑭 劉敏 程守勤 實習(xí)生 嵇潔　 揚(yáng)子晚報/紫牛新聞記者 王赟 楊彥

　　“雙龍?zhí)綐O” 開啟科考新時代

　　新聞背景

　　15日下午，中國第36次南極科學(xué)考察隊暨“雪龍2”號從深圳啟航，前往南極執(zhí)行科考任務(wù)。“雪龍”號將于10月22日從上海出發(fā)。本次考察實施兩船四站考察任務(wù)，我國首艘自主建造的極地科學(xué)考察破冰船——“雪龍2”號將與“雪龍”號一起“雙龍?zhí)綐O”，開啟中國極地考察新格局。

　　“東大極能”長啥樣？

　　記者看到，無人值守能源系統(tǒng)由兩個集裝箱大小的“鐵盒”組成，一個是控制艙，一個是發(fā)電艙，包含可以存儲5噸航空燃油的油箱，5臺模塊化的發(fā)電機(jī)組，蓄電池以及控制柜等。

　　“控制艙內(nèi)提供了一個溫控的環(huán)境，艙內(nèi)能保證零上0到30攝氏度的工作環(huán)境，”方仕雄指著一個集裝箱介紹，泰山站的溫度比較低，氣壓也比較低，他們設(shè)備要保證可靠的運(yùn)行，必須要有一個正常的溫度范圍。另一個集裝箱里是一個發(fā)電系統(tǒng)，里面有5臺發(fā)電機(jī)組，和一個可以存儲5噸航空燃油的油箱，保證一年的無人運(yùn)行，自動的供油。

　　集裝箱內(nèi)還包括控制系統(tǒng)，保證發(fā)電機(jī)組的自動運(yùn)行；另外還有一個遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)，負(fù)責(zé)把現(xiàn)場運(yùn)行的一些狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過衛(wèi)星通訊發(fā)回到國內(nèi)的運(yùn)控中心。

　　“微型電廠”24小時不間斷供電

　　海拔2600多米的泰山站，是中國位于南極大陸腹地的科考站。因為環(huán)境惡劣，只能由設(shè)備代替人常年工作，而科考隊員需定期前往維護(hù)、采集數(shù)據(jù)。方仕雄告訴記者，南極是高空物理、天文的最佳科研場所，但無人環(huán)境下，沒有供電設(shè)備是硬傷。之前類似的能源模塊都是國外產(chǎn)的，數(shù)據(jù)都保存在國外，這對于中國科考是一個極大制約。東南大學(xué)的研究者們不斷探索，研制出我國首個極地?zé)o人值守電源。有了這項技術(shù)后，科考數(shù)據(jù)終于不用再受制于人了。

　　這套“巨型充電寶”能耐受南極冬季零下八九十?dāng)z氏度的嚴(yán)寒，持續(xù)24小時不間斷地為極地科考設(shè)備供電1年，并通過衛(wèi)星遠(yuǎn)程監(jiān)控泰山站的運(yùn)行情況。這也是我國首個投入運(yùn)行的國產(chǎn)極地?zé)o人值守能源系統(tǒng)。曾跟隨南極科考團(tuán)前往南極、并親自安裝“天文科考支撐平臺”的東南大學(xué)自動化學(xué)院院長魏海坤說，“這套設(shè)備相當(dāng)于為中國南極科考事業(yè)插上能源的翅膀，后面所有無人值守的科考都有了能源保障。”

　　室外零下60℃，艙內(nèi)可控制在30℃

　　泰山站的冬季平均溫度在零下60攝氏度左右。發(fā)電控制系統(tǒng)最好的核心器件，也只能耐受零下40多攝氏度的低溫。“我們給包括蓄電池在內(nèi)的怕冷的發(fā)電機(jī)組設(shè)備，安裝了加熱器。”魏海坤說，艙體的聚氨酯發(fā)泡材料，在不同位置的厚度也不同，貼近冰雪的艙底厚一些，而艙頂薄一些。燃油在零下40多攝氏度時會結(jié)冰，他們通過巧妙的設(shè)計，用發(fā)電機(jī)組發(fā)的熱為燃油“保暖”。

　　發(fā)電設(shè)備工作時，如果沒有合適的控制方案，發(fā)電艙內(nèi)的溫度會迅速提高，局部達(dá)到70℃以上，這意味著與室外最高形成約150℃的溫差。魏海坤介紹，他們采用兩種技術(shù)調(diào)節(jié)發(fā)電艙和控制艙的溫度。首先，他們用數(shù)據(jù)建模設(shè)計艙體布局，設(shè)置換氣口、排煙口、進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)扇，讓設(shè)備正常“呼吸”；同時，他們在艙內(nèi)安裝了10個傳感器，實時監(jiān)測不同區(qū)域的溫度，以遠(yuǎn)程調(diào)控。

　　考慮散熱時，科研人員采取了兩種方案，確保無人值守時如有設(shè)備“罷工”，其他設(shè)備能代替發(fā)揮作用，例如艙內(nèi)溫度高時，系統(tǒng)會遠(yuǎn)程開通排風(fēng)扇，或者打開換熱氣口，把熱氣散發(fā)出去。“現(xiàn)在艙內(nèi)溫度能控制在30攝氏度。”

　　如何分工？

　　此次赴南極科考的是東南大學(xué)自動化學(xué)院老師方仕雄、能源與環(huán)境學(xué)院老師劉西陲、中大醫(yī)院重癥醫(yī)學(xué)科醫(yī)生吳昌德，他們將在南極工作近6個月時間。

　　他們?nèi)欢际堑谝淮胃澳蠘O。方仕雄和劉西陲的主要任務(wù)是完成“東大極能”在南極泰山站的安裝、調(diào)試，保障“東大極能”在無人值守的情況下，為南極科考設(shè)備供電服務(wù)一年，并順利保障數(shù)據(jù)傳輸。吳昌德將為內(nèi)陸隊員提供醫(yī)療保障，還將承擔(dān)科研項目。

　　他是醫(yī)生也是護(hù)士

　　做科研也做“家務(wù)事”

　　“我要報名去南極”，去年12月份，在科室例會上得知，中國極地研究中心要面向社會，公開遴選中國第36次南極考察后勤保障崗位隊員的消息后，吳昌德就激動不已。“雖然當(dāng)時我的孩子才8個月大，但是家人都很支持我，于是毫不猶豫地報名了。”吳昌德說。在南極，最常遇到的就是各種外傷，而且沒有外界支援，醫(yī)務(wù)人員必須具備全科型診斷能力。吳昌德具有的外科背景及豐富的重癥病人救治經(jīng)驗，還有突出的應(yīng)急救援能力，醫(yī)療救治全能王的優(yōu)勢，讓他順利入選，進(jìn)入訓(xùn)練環(huán)節(jié)。

　　此次吳昌德作為南極內(nèi)陸唯一一位醫(yī)療保障人員出征南極，不僅承擔(dān)著守護(hù)科考隊員生命健康的職責(zé)，還要獨立處理若干復(fù)雜醫(yī)療問題，醫(yī)生是他，護(hù)士也只能是他。他還是健康宣講大使，在去往泰山站的漫長旅途中，吳昌德還要在“南極大學(xué)”教授心肺復(fù)蘇等急救常識。

　　不僅如此，吳昌德的南極之行，還帶著科研任務(wù)。與中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所基地醫(yī)學(xué)聯(lián)合實驗室徐成麗教授合作，進(jìn)行《動態(tài)監(jiān)測冰蓋高原環(huán)境對泰山站隊員生理心理的影響》的醫(yī)學(xué)研究。“家人”的科考任務(wù)，如東南大學(xué)關(guān)于“泰山站遠(yuǎn)程遙控能源供應(yīng)模塊”等項目，他也會參與。開車、維修、做飯這些“家務(wù)事”，吳昌德也會分擔(dān)。

　　準(zhǔn)備工作

　　穿上企鵝服、冰爪鞋

　　既要學(xué)走路還要學(xué)挖洞

　　出征前，吳昌德經(jīng)歷了高寒、高原以及心理等方面的訓(xùn)練，完全模擬在南極大陸上可能會遇到的各種問題。今年2月份，吳昌德在零下十幾攝氏度的哈爾濱接受冬訓(xùn)。吳昌德告訴記者，冬訓(xùn)時穿著的服裝叫“企鵝服”。這是一套連體服裝，從腳包裹到頭頂，穿起來特別像企鵝。“比我們平時穿著得要厚一倍左右，穿上之后行動也會困難許多。”

　　戶外鞋上還有個重要的裝備，就是冰爪，裝上后鞋子周圍有一圈鐵質(zhì)的尖尖，“我們在哈爾濱試的時候，在雪地上站得穩(wěn)穩(wěn)的。”

　　“身穿厚達(dá)5厘米的防寒衣，腳上還踩著兩三斤重的戶外鞋，行走在冰雪上，每走一步都很困難。如果走在冰上，還要穿帶冰爪的鞋，更是艱難。”吳昌德告訴記者。穿上這樣的裝備，還要進(jìn)行結(jié)組遠(yuǎn)行、雪地露營、垂直攀登、滑落停止等訓(xùn)練。還模擬了南極緊急避難場地，要學(xué)會挖冰壕、挖雪洞。

　　科考不是“南極游”

　　必須得過兩大“關(guān)卡”

　　一是身體關(guān)。吳昌德告訴記者，現(xiàn)在也有一些南極旅游的項目，對參加者基本的身體素質(zhì)是有一定要求的，但不像對科考隊員要求得那么高。這些項目基本上不會到南極的內(nèi)陸，多是在科考站和周邊的小島，參與者最重要的是注意保暖。而這次科考深入南極內(nèi)陸，南極內(nèi)陸平均海拔在2600米左右。超過2500米，理論上就有高原反應(yīng)的可能，所以這次，隊員們也在西藏進(jìn)行了有針對性的訓(xùn)練。南極內(nèi)陸低氧、高寒、干燥、風(fēng)很大，對人身體素質(zhì)的要求很高，在低氧環(huán)境下一動就喘不上氣，或是有慢性、急性疾病，是通不過身體這關(guān)的。

　　二是心理關(guān)。與短期旅游不一樣的是，科考隊員在南極內(nèi)陸要呆上很長時間，在人跡罕至的地方長期與外界隔絕，對隊員們心理也是個考驗。“所以前期專門有一個心理學(xué)的團(tuán)隊，對我們的心理評估就進(jìn)行了好幾天，各種大大小小的量表做了很多。”吳昌德說，總體來說，開朗樂觀、具有團(tuán)體精神非常重要。

　　揚(yáng)子晚報

　　科技牛咖

　　工作室出品