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南极科考用上“巨型充电宝” 24小时不间断供电

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  南极科考用上“巨型充电宝”

方仕雄介绍集装箱内部空间。 刘莉 摄

东大张广军校长(左一)和三位科考队员合影。 刘莉 摄

身着“企鹅服”的吴昌德

  东南大学附属中大医院重症医学科吴昌德和东南大学自动化学院方仕雄、能源与环境学院刘西陲等第36次南极科考队泰山站队员,即将踏上前往南极的征途,开展为期半年的科考任务。10月15日,东南大学举行欢送第36次南极科考队员暨南极泰山站能源模块(“东大极能”)启运仪式。据悉,“东大极能”是我国首个投入运行的国产极地无人值守能源系统,它是可以全天候24小时不间断供电的“极地移动电源”。  通讯员 唐瑭 刘敏 程守勤 实习生 嵇洁  扬子晚报/紫牛新闻记者 王赟 杨彦

  “双龙探极” 开启科考新时代

  新闻背景

  15日下午,中国第36次南极科学考察队暨“雪龙2”号从深圳启航,前往南极执行科考任务。“雪龙”号将于10月22日从上海出发。本次考察实施两船四站考察任务,我国首艘自主建造的极地科学考察破冰船——“雪龙2”号将与“雪龙”号一起“双龙探极”,开启中国极地考察新格局。

  “东大极能”长啥样?

  记者看到,无人值守能源系统由两个集装箱大小的“铁盒”组成,一个是控制舱,一个是发电舱,包含可以存储5吨航空燃油的油箱,5台模块化的发电机组,蓄电池以及控制柜等。

  “控制舱内提供了一个温控的环境,舱内能保证零上0到30摄氏度的工作环境,”方仕雄指着一个集装箱介绍,泰山站的温度比较低,气压也比较低,他们设备要保证可靠的运行,必须要有一个正常的温度范围。另一个集装箱里是一个发电系统,里面有5台发电机组,和一个可以存储5吨航空燃油的油箱,保证一年的无人运行,自动的供油。

  集装箱内还包括控制系统,保证发电机组的自动运行;另外还有一个远程通讯系统,负责把现场运行的一些状态数据,通过卫星通讯发回到国内的运控中心。

  “微型电厂”24小时不间断供电

  海拔2600多米的泰山站,是中国位于南极大陆腹地的科考站。因为环境恶劣,只能由设备代替人常年工作,而科考队员需定期前往维护、采集数据。方仕雄告诉记者,南极是高空物理、天文的最佳科研场所,但无人环境下,没有供电设备是硬伤。之前类似的能源模块都是国外产的,数据都保存在国外,这对于中国科考是一个极大制约。东南大学的研究者们不断探索,研制出我国首个极地无人值守电源。有了这项技术后,科考数据终于不用再受制于人了。

  这套“巨型充电宝”能耐受南极冬季零下八九十摄氏度的严寒,持续24小时不间断地为极地科考设备供电1年,并通过卫星远程监控泰山站的运行情况。这也是我国首个投入运行的国产极地无人值守能源系统。曾跟随南极科考团前往南极、并亲自安装“天文科考支撑平台”的东南大学自动化学院院长魏海坤说,“这套设备相当于为中国南极科考事业插上能源的翅膀,后面所有无人值守的科考都有了能源保障。”

  室外零下60℃,舱内可控制在30℃

  泰山站的冬季平均温度在零下60摄氏度左右。发电控制系统最好的核心器件,也只能耐受零下40多摄氏度的低温。“我们给包括蓄电池在内的怕冷的发电机组设备,安装了加热器。”魏海坤说,舱体的聚氨酯发泡材料,在不同位置的厚度也不同,贴近冰雪的舱底厚一些,而舱顶薄一些。燃油在零下40多摄氏度时会结冰,他们通过巧妙的设计,用发电机组发的热为燃油“保暖”。

  发电设备工作时,如果没有合适的控制方案,发电舱内的温度会迅速提高,局部达到70℃以上,这意味着与室外最高形成约150℃的温差。魏海坤介绍,他们采用两种技术调节发电舱和控制舱的温度。首先,他们用数据建模设计舱体布局,设置换气口、排烟口、进风口、排风扇,让设备正常“呼吸”;同时,他们在舱内安装了10个传感器,实时监测不同区域的温度,以远程调控。

  考虑散热时,科研人员采取了两种方案,确保无人值守时如有设备“罢工”,其他设备能代替发挥作用,例如舱内温度高时,系统会远程开通排风扇,或者打开换热气口,把热气散发出去。“现在舱内温度能控制在30摄氏度。”

  如何分工?

  此次赴南极科考的是东南大学自动化学院老师方仕雄、能源与环境学院老师刘西陲、中大医院重症医学科医生吴昌德,他们将在南极工作近6个月时间。

  他们三位都是第一次赴南极。方仕雄和刘西陲的主要任务是完成“东大极能”在南极泰山站的安装、调试,保障“东大极能”在无人值守的情况下,为南极科考设备供电服务一年,并顺利保障数据传输。吴昌德将为内陆队员提供医疗保障,还将承担科研项目。

  他是医生也是护士

  做科研也做“家务事”

  “我要报名去南极”,去年12月份,在科室例会上得知,中国极地研究中心要面向社会,公开遴选中国第36次南极考察后勤保障岗位队员的消息后,吴昌德就激动不已。“虽然当时我的孩子才8个月大,但是家人都很支持我,于是毫不犹豫地报名了。”吴昌德说。在南极,最常遇到的就是各种外伤,而且没有外界支援,医务人员必须具备全科型诊断能力。吴昌德具有的外科背景及丰富的重症病人救治经验,还有突出的应急救援能力,医疗救治全能王的优势,让他顺利入选,进入训练环节。

  此次吴昌德作为南极内陆唯一一位医疗保障人员出征南极,不仅承担着守护科考队员生命健康的职责,还要独立处理若干复杂医疗问题,医生是他,护士也只能是他。他还是健康宣讲大使,在去往泰山站的漫长旅途中,吴昌德还要在“南极大学”教授心肺复苏等急救常识。

  不仅如此,吴昌德的南极之行,还带着科研任务。与中国医学科学院基础医学研究所基地医学联合实验室徐成丽教授合作,进行《动态监测冰盖高原环境对泰山站队员生理心理的影响》的医学研究。“家人”的科考任务,如东南大学关于“泰山站远程遥控能源供应模块”等项目,他也会参与。开车、维修、做饭这些“家务事”,吴昌德也会分担。

  准备工作

  穿上企鹅服、冰爪鞋

  既要学走路还要学挖洞

  出征前,吴昌德经历了高寒、高原以及心理等方面的训练,完全模拟在南极大陆上可能会遇到的各种问题。今年2月份,吴昌德在零下十几摄氏度的哈尔滨接受冬训。吴昌德告诉记者,冬训时穿着的服装叫“企鹅服”。这是一套连体服装,从脚包裹到头顶,穿起来特别像企鹅。“比我们平时穿着得要厚一倍左右,穿上之后行动也会困难许多。”

  户外鞋上还有个重要的装备,就是冰爪,装上后鞋子周围有一圈铁质的尖尖,“我们在哈尔滨试的时候,在雪地上站得稳稳的。”

  “身穿厚达5厘米的防寒衣,脚上还踩着两三斤重的户外鞋,行走在冰雪上,每走一步都很困难。如果走在冰上,还要穿带冰爪的鞋,更是艰难。”吴昌德告诉记者。穿上这样的装备,还要进行结组远行、雪地露营、垂直攀登、滑落停止等训练。还模拟了南极紧急避难场地,要学会挖冰壕、挖雪洞。

  科考不是“南极游”

  必须得过两大“关卡”

  一是身体关。吴昌德告诉记者,现在也有一些南极旅游的项目,对参加者基本的身体素质是有一定要求的,但不像对科考队员要求得那么高。这些项目基本上不会到南极的内陆,多是在科考站和周边的小岛,参与者最重要的是注意保暖。而这次科考深入南极内陆,南极内陆平均海拔在2600米左右。超过2500米,理论上就有高原反应的可能,所以这次,队员们也在西藏进行了有针对性的训练。南极内陆低氧、高寒、干燥、风很大,对人身体素质的要求很高,在低氧环境下一动就喘不上气,或是有慢性、急性疾病,是通不过身体这关的。

  二是心理关。与短期旅游不一样的是,科考队员在南极内陆要呆上很长时间,在人迹罕至的地方长期与外界隔绝,对队员们心理也是个考验。“所以前期专门有一个心理学的团队,对我们的心理评估就进行了好几天,各种大大小小的量表做了很多。”吴昌德说,总体来说,开朗乐观、具有团体精神非常重要。

  扬子晚报

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