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南極科考用上“巨型充電寶” 24小時不間斷供電

來源:揚子晚報 2019-10-16 10:06 http://www.ghqlgyb.cn/

  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(yī)院重癥醫(yī)學科吳昌德和東南大學自動化學院方仕雄、能源與環(huán)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(jù)悉,“東大極能”是我國首個投入運行的國產(chǎn)極地無人值守能源系統(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 實習生 嵇潔  揚子晚報/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次南極科學考察隊暨“雪龍2”號從深圳啟航,前往南極執(zhí)行科考任務。“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,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?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)電機組,蓄電池以及控制柜等。

  “控制艙內提供了一個溫控的環(huán)境,艙內能保證零上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(fā)電系統(tǒng),里面有5臺發(fā)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(tǒng),保證發(fā)電機組的自動運行;另外還有一個遠程通訊系統(tǒng),負責把現(xiàn)場運行的一些狀態(tài)數(shù)據(jù),通過衛(wèi)星通訊發(fā)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(huán)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(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(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攝氏度的嚴寒,持續(xù)24小時不間斷地為極地科考設備供電1年,并通過衛(wèi)星遠程監(jiān)控泰山站的運行情況。這也是我國首個投入運行的國產(chǎn)極地無人值守能源系統(tǒng)。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(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的怕冷的發(fā)電機組設備,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多攝氏度時會結冰,他們通過巧妙的設計,用發(fā)電機組發(fā)的熱為燃油“保暖”。

  發(fā)電設備工作時,如果沒有合適的控制方案,發(fā)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(jié)發(fā)電艙和控制艙的溫度。首先,他們用數(shù)據(jù)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(jiān)測不同區(qū)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(fā)揮作用,例如艙內溫度高時,系統(tǒng)會遠程開通排風扇,或者打開換熱氣口,把熱氣散發(fā)出去。“現(xiàn)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(huán)境學院老師劉西陲、中大醫(yī)院重癥醫(yī)學科醫(yī)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(shù)據(jù)傳輸。吳昌德將為內陸隊員提供醫(yī)療保障,還將承擔科研項目。

  他是醫(yī)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(yī)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(jīng)驗,還有突出的應急救援能力,醫(yī)療救治全能王的優(yōu)勢,讓他順利入選,進入訓練環(huán)節(jié)。

  此次吳昌德作為南極內陸唯一一位醫(yī)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(yī)療問題,醫(yī)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(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所基地醫(yī)學聯(lián)合實驗室徐成麗教授合作,進行《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(jīng)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(wěn)穩(wěn)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(xiàn)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(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。

  揚子晚報

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  工作室出品

原標題:南極科考用上“巨型充電寶” 24小時不間斷供電
責任編輯:鄭莉莉
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