南極科考用上“巨型充電寶”

　　方仕雄介紹集裝箱內部空間。 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

　　東南大學附屬中大醫院重癥醫學科吳昌德和東南大學自動化學院方仕雄、能源與環境學院劉西陲等第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。10月15日，東南大學舉行歡送第36次南極科考隊員暨南極泰山站能源模塊（“東大極能”）啟運儀式。據悉，“東大極能”是我國首個投入運行的國產極地無人值守能源系統，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 實習生 嵇潔　 揚子晚報/紫牛新聞記者 王赟 楊彥

　　“雙龍探極” 開啟科考新時代

　　新聞背景

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

　　“東大極能”長啥樣？

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

　　“控制艙內提供了一個溫控的環境，艙內能保證零上0到30攝氏度的工作環境，”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，他們設備要保證可靠的運行，必須要有一個正常的溫度范圍。另一個集裝箱里是一個發電系統，里面有5臺發電機組，和一個可以存儲5噸航空燃油的油箱，保證一年的無人運行，自動的供油。

　　集裝箱內還包括控制系統，保證發電機組的自動運行；另外還有一個遠程通訊系統，負責把現場運行的一些狀態數據，通過衛星通訊發回到國內的運控中心。

　　“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。因為環境惡劣，只能由設備代替人常年工作，而科考隊員需定期前往維護、采集數據。方仕雄告訴記者，南極是高空物理、天文的最佳科研場所，但無人環境下，沒有供電設備是硬傷。之前類似的能源模塊都是國外產的，數據都保存在國外，這對于中國科考是一個極大制約。東南大學的研究者們不斷探索，研制出我國首個極地無人值守電源。有了這項技術后，科考數據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攝氏度的嚴寒，持續24小時不間斷地為極地科考設備供電1年，并通過衛星遠程監控泰山站的運行情況。這也是我國首個投入運行的國產極地無人值守能源系統。曾跟隨南極科考團前往南極、并親自安裝“天文科考支撐平臺”的東南大學自動化學院院長魏海坤說，“這套設備相當于為中國南極科考事業插上能源的翅膀，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。發電控制系統最好的核心器件，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的怕冷的發電機組設備，安裝了加熱器。”魏海坤說，艙體的聚氨酯發泡材料，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多攝氏度時會結冰，他們通過巧妙的設計，用發電機組發的熱為燃油“保暖”。

　　發電設備工作時，如果沒有合適的控制方案，發電艙內的溫度會迅速提高，局部達到70℃以上，這意味著與室外最高形成約150℃的溫差。魏海坤介紹，他們采用兩種技術調節發電艙和控制艙的溫度。首先，他們用數據建模設計艙體布局，設置換氣口、排煙口、進風口、排風扇，讓設備正常“呼吸”；同時，他們在艙內安裝了10個傳感器，實時監測不同區域的溫度，以遠程調控。

　　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備“罷工”，其他設備能代替發揮作用，例如艙內溫度高時，系統會遠程開通排風扇，或者打開換熱氣口，把熱氣散發出去。“現在艙內溫度能控制在30攝氏度。”

　　如何分工？

　　此次赴南極科考的是東南大學自動化學院老師方仕雄、能源與環境學院老師劉西陲、中大醫院重癥醫學科醫生吳昌德，他們將在南極工作近6個月時間。

　　他們三位都是第一次赴南極。方仕雄和劉西陲的主要任務是完成“東大極能”在南極泰山站的安裝、調試，保障“東大極能”在無人值守的情況下，為南極科考設備供電服務一年，并順利保障數據傳輸。吳昌德將為內陸隊員提供醫療保障，還將承擔科研項目。

　　他是醫生也是護士

　　做科研也做“家務事”

　　“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，醫務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驗，還有突出的應急救援能力，醫療救治全能王的優勢，讓他順利入選，進入訓練環節。

　　此次吳昌德作為南極內陸唯一一位醫療保障人員出征南極，不僅承擔著守護科考隊員生命健康的職責，還要獨立處理若干復雜醫療問題，醫生是他，護士也只能是他。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”教授心肺復蘇等急救常識。

　　不僅如此，吳昌德的南極之行，還帶著科研任務。與中國醫學科學院基礎醫學研究所基地醫學聯合實驗室徐成麗教授合作，進行《動態監測冰蓋高原環境對泰山站隊員生理心理的影響》的醫學研究。“家人”的科考任務，如東南大學關于“泰山站遠程遙控能源供應模塊”等項目，他也會參與。開車、維修、做飯這些“家務事”，吳昌德也會分擔。

　　準備工作

　　穿上企鵝服、冰爪鞋

　　既要學走路還要學挖洞

　　出征前，吳昌德經歷了高寒、高原以及心理等方面的訓練，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。吳昌德告訴記者，冬訓時穿著的服裝叫“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的尖尖，“我們在哈爾濱試的時候，在雪地上站得穩穩的。”

　　“身穿厚達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，還要進行結組遠行、雪地露營、垂直攀登、滑落停止等訓練。還模擬了南極緊急避難場地，要學會挖冰壕、挖雪洞。

　　科考不是“南極游”

　　必須得過兩大“關卡”

　　一是身體關。吳昌德告訴記者，現在也有一些南極旅游的項目，對參加者基本的身體素質是有一定要求的，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陸，南極內陸平均海拔在2600米左右。超過2500米，理論上就有高原反應的可能，所以這次，隊員們也在西藏進行了有針對性的訓練。南極內陸低氧、高寒、干燥、風很大，對人身體素質的要求很高，在低氧環境下一動就喘不上氣，或是有慢性、急性疾病，是通不過身體這關的。

　　二是心理關。與短期旅游不一樣的是，科考隊員在南極內陸要呆上很長時間，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的團隊，對我們的心理評估就進行了好幾天，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、具有團體精神非常重要。