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南極科考用上“巨型充電寶” 24小時(shí)不間斷供電

2019年10月16日13:40  來源:揚(yáng)子晚報(bào)

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  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(duì)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(dòng)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(duì)泰山站隊(duì)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(duì)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(gè)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(shí)不間斷供電的“極地移動(dòng)電源”。  通訊員 唐瑭 劉敏 程守勤 實(shí)習(xí)生 嵇潔  揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾?王赟 楊彥

  “雙龍?zhí)綐O” 開啟科考新時(shí)代

  新聞背景

  15日下午,中國第36次南極科學(xué)考察隊(duì)暨“雪龍2”號(hào)從深圳啟航,前往南極執(zhí)行科考任務(wù)。“雪龍”號(hào)將于10月22日從上海出發(fā)。本次考察實(shí)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(hào)將與“雪龍”號(hào)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(gè)集裝箱大小的“鐵盒”組成,一個(gè)是控制艙,一個(gè)是發(fā)電艙,包含可以存儲(chǔ)5噸航空燃油的油箱,5臺(tái)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(gè)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(gè)集裝箱介紹,泰山站的溫度比較低,氣壓也比較低,他們?cè)O(shè)備要保證可靠的運(yùn)行,必須要有一個(gè)正常的溫度范圍。另一個(gè)集裝箱里是一個(gè)發(fā)電系統(tǒng),里面有5臺(tái)發(fā)電機(jī)組,和一個(gè)可以存儲(chǔ)5噸航空燃油的油箱,保證一年的無人運(yùn)行,自動(dòng)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(dòng)運(yùn)行;另外還有一個(gè)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng),負(fù)責(zé)把現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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?yàn)榄h(huán)境惡劣,只能由設(shè)備代替人常年工作,而科考隊(duì)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(chǎng)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(duì)于中國科考是一個(gè)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(gè)極地?zé)o人值守電源。有了這項(xiàng)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(shí)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(gè)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(tái)”的東南大學(xué)自動(dòng)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(shí)會(huì)結(jié)冰,他們通過巧妙的設(shè)計(jì),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(shí),如果沒有合適的控制方案,發(fā)電艙內(nèi)的溫度會(huì)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(jì)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(shí),他們?cè)谂搩?nèi)安裝了10個(gè)傳感器,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不同區(qū)域的溫度,以遠(yuǎn)程調(diào)控。

  考慮散熱時(shí),科研人員采取了兩種方案,確保無人值守時(shí)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(shí),系統(tǒng)會(huì)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(dòng)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(gè)月時(shí)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(duì)員提供醫(yī)療保障,還將承擔(dān)科研項(xiàng)目。

  他是醫(yī)生也是護(hù)士

  做科研也做“家務(wù)事”

  “我要報(bào)名去南極”,去年12月份,在科室例會(huì)上得知,中國極地研究中心要面向社會(huì),公開遴選中國第36次南極考察后勤保障崗位隊(duì)員的消息后,吳昌德就激動(dòng)不已。“雖然當(dāng)時(shí)我的孩子才8個(gè)月大,但是家人都很支持我,于是毫不猶豫地報(bào)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(yàn),還有突出的應(yīng)急救援能力,醫(yī)療救治全能王的優(yōu)勢(shì),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(duì)員生命健康的職責(zé),還要獨(dú)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(shí)。

  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(shí)驗(yàn)室徐成麗教授合作,進(jìn)行《動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)冰蓋高原環(huán)境對(duì)泰山站隊(duì)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(xiàng)目,他也會(huì)參與。開車、維修、做飯這些“家務(wù)事”,吳昌德也會(huì)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(huì)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(shí)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(shí)穿著得要厚一倍左右,穿上之后行動(dòng)也會(huì)困難許多。”

  戶外鞋上還有個(gè)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?cè)诠枮I試的時(shí)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(chǎng)地,要學(xué)會(huì)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(xiàng)目,對(duì)參加者基本的身體素質(zhì)是有一定要求的,但不像對(duì)科考隊(duì)員要求得那么高。這些項(xiàng)目基本上不會(huì)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(duì)員們也在西藏進(jìn)行了有針對(duì)性的訓(xùn)練。南極內(nèi)陸低氧、高寒、干燥、風(fēng)很大,對(duì)人身體素質(zhì)的要求很高,在低氧環(huán)境下一動(dòng)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(duì)員在南極內(nèi)陸要呆上很長時(shí)間,在人跡罕至的地方長期與外界隔絕,對(duì)隊(duì)員們心理也是個(gè)考驗(yàn)。“所以前期專門有一個(gè)心理學(xué)的團(tuán)隊(duì),對(duì)我們的心理評(píng)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。

文章關(guān)鍵詞:南極科考 不間斷供電 南極大陸 供電服務(wù) 南極旅游 供電設(shè)備 責(zé)編:林瑤
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