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南极科考用上“巨型充电宝”24小时不间断供电

2019-11-13 09:03:36
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资料来源:扬子晚报

南极科研中的“巨型充电宝”

第36南极研究小组泰山站成员,包括东南大学附属大中型医院危重病医学系吴常德、东南大学自动化学院方世雄、能源与环境学院刘锡翠,即将踏上南极之旅,执行为期六个月的研究任务。10月15日,东南大学举行仪式,告别第36届南极探险队队员和南极泰山站能源舱(“东极能源”)的发射。据悉,“东大极地能源”是中国第一个国内极地无人值守能源系统。这是一种“极地移动电源”,可以一天24小时供电。记者唐傲刘敏程秦寿实习生吉杰扬子晚报/牛子记者王云阳延

“双龙探索”开创科研新时代

新闻背景

15日下午,中国第36次南极科学考察队和“龙雪2号”从深圳启航,前往南极洲执行科研任务。“雪龙”将于10月22日离开上海。这次探险将有两艘船和四个站。中国首艘自行建造的极地科学考察破冰船“龙雪2号”,将与“龙雪”一起“探索极地”,开创中国极地探索的新模式。

“东大金能”长什么样?

记者看到,无人值守能源系统由两个集装箱大小的“铁箱”组成,一个是控制室,另一个是发电舱,其中包含一个可储存5吨航空燃料的燃料箱、五个模块化发电机组、蓄电池和控制柜。

方世雄指着一个集装箱说:“控制室提供了一个温度受控的环境,并且控制室可以保证工作环境在零下0到30摄氏度之间。”。泰山站的温度相对较低,气压相对较低。为了确保设备的可靠运行,它们必须具有正常的温度范围。在另一个集装箱里是一个发电系统,有5台发电机组和一个可以储存5吨航空燃料的燃料箱,以确保无人操作和一年的自动燃料供应。

容器还包括控制系统,以确保发电机组的自动运行。此外,还有一个远程通信系统,负责通过卫星通信将现场运行的一些状态数据发回国内运输和控制中心。

“微型发电厂”24小时不间断供电

泰山站海拔2600多米,是中国的科研站,位于南极大陆腹地。由于环境恶劣,设备只能代替人全年工作,而科研团队成员需要定期去维护和收集数据。方世雄告诉记者,南极洲是高空物理学和天文学的最佳科研场所,但在无人环境中,缺乏电源设备是一个严重的伤害。以前,类似的能源模块都是国外制造的,数据保存在国外,这对中国的科学研究是一个很大的限制。东南大学的研究人员不断探索和开发中国第一个极地无人值守电源。有了这项技术,科学数据最终不再受人类控制。

这个“巨大的充电宝藏”能够承受南极冬季零下80-90摄氏度的冰冻温度,每天24小时不间断地向极地科研设备供电一年,并通过卫星远程监控泰山站的运行。这也是中国第一个国内极地无人值守能源系统投入运行。东南大学自动化学院院长魏海昆(Wei Haikun)跟随南极探险队前往南极,并亲自安装了“天文探险支援平台”,他说,“这个设备相当于将能量之翼插入中国南极探险队。所有无人值守的探险都有能源保障。”

室外温度为零下60℃,室内温度可控制在30℃

泰山站冬季的平均温度约为零下60摄氏度。发电控制系统最好的核心部件只能承受零下40摄氏度的低温。"我们已经为包括电池在内的耐寒发电机组安装了加热器。"魏海坤表示,舱体的聚氨酯泡沫材料在不同位置厚度不同,靠近冰雪的舱底较厚,而舱顶较薄。燃料油在零下40摄氏度结冰。他们通过巧妙的设计利用发电机组产生的热量来“保温”燃油。

发电设备工作时,如果没有合适的控制方案,发电舱内的温度将迅速升高,局部达到70℃以上,这意味着室外将形成约150℃的温差。魏海坤介绍说,他们使用两种技术来调节发电舱和控制室的温度。首先,他们使用数据建模来设计机舱布局,并设置通风口、排烟口、进气口和排风扇,以使设备能够正常“呼吸”。同时,他们在机舱内安装了10个传感器,实时监控不同区域的温度,以便进行远程控制。

在考虑散热时,研究人员采用了两种方案,以确保当无人值班时,如果设备发生“撞击”,其他设备可以代替它。例如,当舱内温度高时,系统将远程打开排气扇或打开热交换端口以释放热空气。"现在机舱温度可以控制在30摄氏度."

如何分配工作?

东南大学自动化学院的教师方士雄、能源与环境学院的教师刘锡翠和中央大学医院危重病医学系的医生吴常德将在南极洲工作近六个月。

他们三人都是第一次去南极。方世雄和刘锡翠的主要任务是完成南极泰山站“东大极地能源”的安装和调试,以确保“东大极地能源”在无人值守的情况下为南极科研设备提供为期一年的供电服务,确保数据的顺利传输。吴常德将为内地运动员提供医疗保险,还将承担科研项目。

他既是医生又是护士。

做科学研究和做“家务”

“我想报名去南极,”吴常德在去年12月的例行部门会议上得知中国极地研究所不得不面对社会,公开选择中国第36次南极考察后勤支援队成员时非常激动。“虽然那时我的孩子只有8个月大,但我的家人非常支持我,并毫不犹豫地报名了。”吴常德说道。在南极洲,最常见的是各种伤害,没有外部支持,医务人员必须具备一般诊断能力。吴常德的外科背景和治疗危重病人的丰富经验,以及他卓越的急救能力和全能医疗之王的优势,使他得以成功入选并进入训练阶段。

这一次,吴常德作为南极内陆唯一的医疗安全人员,前往南极,不仅承担了保卫科研团队成员生命健康的责任,还独立处理了一系列复杂的医疗问题。医生就是他,护士只能是他。他也是健康促进大使。在去泰山站的漫长旅途中,吴常德还将在“南极大学”教授心肺复苏术等急救知识。

不仅如此,吴常德的南极之旅还伴随着一项科研任务。与中国医学科学院基础医学研究所基础医学联合实验室许李成教授合作,开展了“冰盖和高原环境对泰山站运动员生理和心理影响的动态监测”医学研究。他还将参与“家庭”的科研任务,如东南大学“泰山站遥控能源供应模块”项目。吴常德还将分担驾驶、维修和烹饪等“家务活”。

准备工作

穿上企鹅套装和冰爪

学会走路和挖掘

战前,吴常德经历了寒冷、高空和心理训练,充分模拟了南极大陆可能遇到的各种问题。今年2月,吴常德在哈尔滨接受了零下10摄氏度的冬季训练。吴常德告诉记者,冬季训练时穿的服装被称为“企鹅服装”。这是一套连体衣服,从头到脚包着,看起来像企鹅。“它的厚度大约是我们平时穿的两倍,穿上它后移动起来会困难得多。”

外鞋上的另一件重要装备是冰爪,它在鞋周围装有一圈铁钉。"当我们在哈尔滨尝试时,我们坚定地站在雪地上."

“穿着一件5厘米厚的冬衣,站在一双2-3公斤重的鞋子上,在冰雪上行走每一步都非常困难。在冰上行走和穿带冰爪的鞋子甚至更难。”吴常德告诉记者。穿上这种装备,还可以进行团体旅行、雪地露营、垂直攀登、滑行停止训练。还模拟了南极紧急避难所,学会挖冰沟,挖雪洞。

科学研究不是“南极之旅”

必须通过两个“检查站”。

一个是身体。吴常德告诉记者,也有一些南极旅游项目对参与者的基本身体素质有一定的要求,但没有科研团队成员的要求高。这些项目中的大部分都不去南极洲内陆。他们大多在科学研究站和周围的小岛上。对参与者来说,最重要的是保持温暖。然而,这次探险深入到平均海拔2600米的南极内陆。超过2500米,理论上有高原反应的可能,所以这次,队员们也在西藏进行了有针对性的训练。南极内陆缺氧、寒冷、干燥、多风,这需要高度的身体健康。在低氧环境中,人不能轻易呼吸,或者有慢性和急性疾病,不能通过身体。

第二是心理学。与短期旅游不同的是,探险队成员不得不长期呆在南极内陆,在难以接近的地方与外界长期隔离,这也是对队员的心理测试。“所以在早期有一个心理学小组,他们对我们的心理学进行了几天的评估,并制作了许多大小不同的量表。”吴常德说,总的来说,乐观开朗和有团队精神是非常重要的。

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