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两艘极地科考破冰船合体探极 极地科考的中国力量

  “雪龙”号、“雪龙2”号再度合体探极

  极地科考的中国力量

  本月,中国第38次南极科学考察任务正式拉开帷幕。11月5日,“雪龙”号极地科考破冰船率先从上海起航,前往南极;刚刚结束北极科考任务的“雪龙2”号将紧随其后出发。此后,“双龙”将会师南极,联合展开科考作业。这是我国两艘极地科学考察破冰船继第36次南极科考任务之后再次组成编队,合体“探极”。

  神秘的极地,是影响全球气候变化的重要地区,也是开展气象、陆地、海洋、生物等科学研究的天然实验室。极地考察能力,彰显着一个国家的科研实力与综合国力。

  作为世界上少数能在极地独立开展考察并建立科考站的国家,中国自1984年首次踏足南极起,于短短三十多年间,白手起家,建立起日益完善的极地立体监测体系,形成海陆空立体化格局,打造出“两船六站一基地”(两艘极地科考船、六座极地科考站、一座国内基地)的极地考察保障格局,科学探测的深度和广度也在不断拓展。

  1 位于南极的“中国小镇”

  智能化现代化兼备,生活、科研、医疗设施一应俱全

  11月,位于上海的中国极地考察国内基地码头已有些阴冷。几天前,中国中铁建工集团有限公司(以下简称中铁建工)的工程师张建在这里登上“雪龙”号,与他的28位同事一起,再赴南极。作为有着十几次南极考察经历的“老手”,张建和同事们此行的目的,是去南极“修房子”:为了让中山考察站更加现代化,他们将完成天线基础、储油扩容系统、供电系统等设施的建设,并对老发电栋进行改造。

  极地考察站是科学家们开展工作的据点,也是他们在极地的家。目前,我国在南极共有四座考察站,这些考察站位于不同的地理区域,有着不同的科研用途。

  中山站建成于上世纪80年代,是我国目前规模最大的南极考察站。这里如今像一个被白雪包围的“小村镇”:包括综合科研楼、越冬宿舍楼、主发电栋等在内的建筑单体和设施达20多个,蔬菜温室、直升机停机坪、医疗室、健身房等设施一应俱全。宿舍楼装有先进的供暖设备,室温常年保持24℃。屋内配备24小时冷热水供应、网络,给国内打电话也很方便。蔬菜温室能抵御14级强风,一楼种菜,每月可生产60千克左右的新鲜瓜果蔬菜,二楼玻璃连廊可通行,在这里能欣赏到茫茫白雪中的绿意。

  不过,张建第一次来中山站时,目之所及却是另一番景象:简陋的集装箱铁皮房裹着寒冰,屋顶漏风,桌子是用边角料拼凑的。2002年,南极科考站开始大规模拆旧建新。从那时起,张建和同事们年复一年,用双手将中山站建设成建筑面积达5800平方米的永久性科考基地。

  极地科考专家魏文良曾说:“在国内盖一个10万平方米的大楼,难度不及在南极建一个几千平方米的科考站。”前些年,极地施工缺乏大型机械设备,许多工作只能靠手提肩扛,中铁建工工作人员王忠说,他和工友曾靠人工,硬是平掉了一个小山头。狂风、极寒、暴雪、万年冻土等极端工况,让一些原本简单的工作也变得难以实现。但在一群不怕苦的工作人员面前,困难反而催生出许多新技术。混凝土在极低温下迟迟无法凝固,工作人员用管道内部电加热、外部保温、添加特制防冻液等手段,顺利实现浇筑,还探索出“超低温砼浇筑法”等施工技术。在南极复杂的地形上钻孔,每钻一个都要重新调整钻机的角度。工作人员便改良出不受气温和地形限制的“万能钻机”,不仅提高了钻孔速度,还提升了精度。

  得益于强大的基建实力,目前长城站、中山站等考察站都已颇具规模。如今,南极考察站开始向智能化、自动化迈进。长城站海洋站的验潮站与位于青岛的国家海洋局北海预报中心相隔万里,但通过卫星,站内的观测数据可以实时传输至国内。北海预报中心的工作人员坐在电脑前就可实时查看长城站无冰期的潮汐观测数据,并完成实时监控。

  2 覆盖“海陆空”的立体保障

  装备类型越来越多,中国元素越来越多

  每次前往南极,“雪龙”号都要带上不少东西。这一次,包括装载机、耐低温极地光伏发电设备等在内的一批“中国制造”装备随船征战南极。

  工欲善其事,必先利其器。近年来,在越来越多先进新装备的助力下,我国极地科考事业已建立起“海陆空”立体推进的格局。

  在海上,破冰船作为交通和承载工具,综合能力不断提升。2019年7月,继“雪龙”号之后,我国极地科考队伍迎来第二艘破冰船——“雪龙2”号。当年10月,“雪龙2”号与“雪龙”号一起执行我国第36次南极科考任务,首次实现“双龙探极”。

  “雪龙2”号是我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船,也是世界上首艘具备双向破冰能力的破冰船。超强的破冰能力,让更多的科考设施、补给物资得以运入南极陆缘冰区和南极大陆,许多过去无法到达的海域如今也可以进入。

  在陆上,各类耐低温、抗风的车辆装置组成陆上车队,为物资运输、冰盖探路等工作提供保障,光中山站就有30多辆车。“南极2”号全地形车被工作人员们称为“南极公交车”,控制系统等核心部件100%国产化。该车生产单位贵州詹阳动力重工有限公司负责人吕黔介绍,“南极2”号车体装配了像坦克一样的履带,耐磨性高,有水陆两栖的性能,在-41℃的低温下也能启动。车厢内装有空调系统和新风系统,科研人员在户外作业也不会挨冻。

  “我们要依托于中国工业化产业化的快速发展推进我们的工作。”中国极地研究中心有关负责人表示,“在极地科考中,中国元素越来越多,装备类型越来越多,从车辆到发电设备、到材料都是由中国生产。我们还有移动科考站,全部建在雪橇上面,这是为南极专门设计的装备,都是由中国生产的。”

  2017年,我国首架极地固定翼飞机“雪鹰601”加入了极地科考装备队伍,自此极地考察开始迈入“航空时代”,极大提升了中国在极地开展科研、运输和救援等工作的能力。当年1月,“雪鹰601”从中山站起飞,用时4个多小时,抵达1000多公里外的昆仑站。在此之前,科考人员乘雪地车从中山站前往昆仑站,需要近20天。

  3 日益完备的科研条件

  观测采样范围扩大,现场科考能力提升

  中国极地科考队每次出征,都带着不同的科研任务。此次南极科考,重点在大洋地区。

  科研工作者们将围绕应对全球气候变化,开展大气成分、水文气象、生态环境等科学调查工作,执行南大洋微塑料、海漂垃圾等新型污染物监测任务。

  在极地严酷复杂的环境中,想要取得科研成果离不开先进科研设施的支撑。中国极地研究中心业务处(筹)副处长陈留林坦言,近年来,从科研监测规模,到技术手段,到参与任务的科研人员比例,再到管理模式等,我国极地科考都有了长足进步。“从南极巡天望远镜AST3-2到大气激光雷达,再到水下机器人、探冰机器人……先进的技术装备越来越多地应用到基地去了,我们研发的无人冰站,可以直接抛到浮冰上,随着海冰漂流,实现超过一年时间的长期无人观测。即便是在漫长的极夜期间,它也依然可以进行各种参数的观测。”

  在众多的科研设备中,采样工具对于科考有着重要作用。南极冰芯有着重要的科研价值,但想要钻开厚厚的冰盖取出来却并不容易。目前我国已拥有深冰芯钻探的“三大钻”——深冰芯钻探系统、冰架热水钻和冰下地质钻,钻探深度可超过100米,凭借这份实力,中国已成为国际冰芯科学研究组织的重要成员。

  2019年,第36次南极考察队使用“雪龙2”号极地科考破冰船装备的22米长活塞取样器,在极地获取了18.36米长的海底沉积物样品,这是我国首次在南大洋取得这样长的沉积物样品。作为科考船,“雪龙2”号不仅设置了许多专业实验室,还配备了许多高科技设备:自动定位系统,可实现长时间原位采样和测量;月池系统由主甲板垂直通向海底,让在大面积浮冰区进行作业成为可能……

  担任中国第38次南极科学考察队首席科学家助理的蓝木盛,迄今共参加过9次南北极科学考察。蓝木盛说:“我的研究方向是极地海洋生态调查研究与观监测技术研发应用方面,在极地考察的大部分时间都在‘雪龙2’号上进行。‘雪龙2’号齐全的实验室设施和先进的科考设备让我们的现场科考能力有了巨大提升,现在我们观测和采样的生物覆盖范围也大了很多。”

  陈留林介绍,在极地科考站,站内实验室也更加完备化。“长城站和中山站的实验室具备一年四季进行实验的条件,实验装备的配备也日益齐全。以前,因为我们的条件简陋,科考人员来这里需要自己带很多仪器,走的时候再带回去。现在,除了非常专业的设备,其他的我们都能满足科研工作者的需求。”

  本报记者 王雅婧

【编辑:陈海峰】
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