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兩艘極地科考破冰船合體探極 極地科考的中國力

更新时间:2021-11-23

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  2021年11月,中國第38次南極科學考察任務正式拉開帷幕。11月5日,“雪龍”號極地科考破冰船率先從上海起航,前往南極;剛剛結束北極科考任務的“雪龍2”號將緊隨其後出發。此後,“雙龍”將會師南極,聯合展開科考作業。這是我國兩艘極地科學考察破冰船繼第36次南極科考任務之後再次組成編隊,合體“探極”。

  神秘的極地,是影響全球氣候變化的重要地區,也是開展氣象、陸地、海洋、生物等科學研究的天然實驗室。極地考察能力,彰顯著一個國家的科研實力與綜合國力。

  作為世界上少數能在極地獨立開展考察並建立科考站的國家,中國自1984年首次踏足南極起,于短短三十多年間,白手起家,建立起日益完善的極地立體監測體系,形成海陸空立體化格局,打造出“兩船六站一基地”(兩艘極地科考船、六座極地科考站、一座國內基地)的極地考察保障格局,科學探測的深度和廣度也在不斷拓展。

  11月,位於上海的中國極地考察國內基地碼頭已有些陰冷。幾天前,中國中鐵建工集團有限公司(以下簡稱中鐵建工)的工程師張建在這裡登上“雪龍”號,與他的28位同事一起,再赴南極。作為有著十幾次南極考察經歷的“老手”,張建和同事們此行的目的,是去南極“修房子”:為了讓中山考察站更加現代化,他們將完成天線基礎、儲油擴容系統、供電系統等設施的建設,並對老發電棟進行改造。

  極地考察站是科學家們開展工作的據點,也是他們在極地的家。目前,我國在南極共有四座考察站,這些考察站位於不同的地理區域,有著不同的科研用途。

  中山站建成于上世紀80年代,是我國目前規模最大的南極考察站。這裡如今像一個被白雪包圍的“小村鎮”:包括綜合科研樓、越冬宿舍樓、主發電棟等在內的建築單體和設施達20多個,蔬菜溫室、直升機停機坪、醫療室、健身房等設施一應俱全。宿舍樓裝有先進的供暖設備,室溫常年保持24℃。屋內配備24小時冷熱水供應、網路,給國內打電話也很方便。蔬菜溫室能抵禦14級強風,一樓種菜,每月可生産60千克左右的新鮮瓜果蔬菜,二樓玻璃連廊可通行,在這裡能欣賞到茫茫白雪中的綠意。

  不過,張建第一次來中山站時,目之所及卻是另一番景象:簡陋的集裝箱鐵皮房裹著寒冰,屋頂漏風,桌子是用邊角料拼湊的。2002年,南極科考站開始大規模拆舊建新。從那時起,張建和同事們年復一年,用雙手將中山站建設成建築面積達5800平方米的永久性科考基地。

  極地科考專家魏文良曾説:“在國內蓋一個10萬平方米的大樓,難度不及在南極建一個幾千平方米的科考站。”前些年,極地施工缺乏大型機械設備,許多工作只能靠手提肩扛,中鐵建工工作人員王忠説,他和工友曾靠人工,硬是平掉了一個小山頭。狂風、極寒、暴雪、萬年凍土等極端工況,讓一些原本簡單的工作也變得難以實現。但在一群不怕苦的工作人員面前,困難反而催生出許多新技術。混凝土在極低溫下遲遲無法凝固,工作人員用管道內部電加熱、外部保溫、添加特製防凍液等手段,順利實現澆築,還探索出“超低溫澆築法”等施工技術。在南極複雜的地形上鑽孔,每鑽一個都要重新調整鑽機的角度。工作人員便改良出不受氣溫和地形限制的“萬能鑽機”,不僅提高了鑽孔速度,還提升了精度。

  得益於強大的基建實力,目前長城站、中山站等考察站都已頗具規模。如今,南極考察站開始向智慧化、自動化邁進。長城站海洋站的驗潮站與位於青島的國家海洋局北海預報中心相隔萬里,但通過衛星,站內的觀測數據可以實時傳輸至國內。北海預報中心的工作人員坐在電腦前就可實時查看長城站無冰期的潮汐觀測數據,並完成實時監控。

  每次前往南極,“雪龍”號都要帶上不少東西。這一次,包括裝載機、耐低溫極地光伏發電設備等在內的一批“中國製造”裝備隨船征戰南極。

  工欲善其事,必先利其器。近年來,在越來越多先進新裝備的助力下,我國極地科考事業已建立起“海陸空”立體推進的格局。

  在海上,破冰船作為交通和承載工具,綜合能力不斷提升。2019年7月,繼“雪龍”號之後,我國極地科考隊伍迎來第二艘破冰船——“雪龍2”號。當年10月,“雪龍2”號與“雪龍”號一起執行我國第36次南極科考任務,首次實現“雙龍探極”。

  “雪龍2”號是我國第一艘自主建造的極地科學考察破冰船,也是世界上首艘具備雙向破冰能力的破冰船。超強的破冰能力,讓更多的科考設施、補給物資得以運入南極陸緣冰區和南極大陸,許多過去無法到達的海域如今也可以進入。

  在陸上,各類耐低溫、抗風的車輛裝置組成陸上車隊,為物資運輸、冰蓋探路等工作提供保障,光中山站就有30多輛車。“南極2”號全地形車被工作人員們稱為“南極公交車”,控制系統等核心部件100%國産化。該車生産單位貴州詹陽動力重工有限公司負責人呂黔介紹,“南極2”號車體裝配了像坦克一樣的履帶,耐磨性高,有水陸兩棲的性能,在-41℃的低溫下也能啟動。車廂內裝有空調系統和新風系統,科研人員在戶外作業也不會挨凍。

  “我們要依託于中國工業化産業化的快速發展推進我們的工作。”中國極地研究中心有關負責人表示,“在極地科考中,中國元素越來越多,裝備類型越來越多,從車輛到發電設備、到材料都是由中國生産。我們還有移動科考站,全部建在雪橇上面,這是為南極專門設計的裝備,都是由中國生産的。”

  2017年,我國首架極地固定翼飛機“雪鷹601”加入了極地科考裝備隊伍,自此極地考察開始邁入“航空時代”,極大提升了中國在極地開展科研、運輸和救援等工作的能力。當年1月,“雪鷹601”從中山站起飛,用時4個多小時,抵達1000多公里外的崑崙站。在此之前,科考人員乘雪地車從中山站前往崑崙站,需要近20天。

  中國極地科考隊每次出征,都帶著不同的科研任務。此次南極科考,重點在大洋地區。

  科研工作者們將圍繞應對全球氣候變化,開展大氣成分、水文氣象、生態環境等科學調查工作,執行南大洋微塑膠、海漂垃圾等新型污染物監測任務。

  在極地嚴酷複雜的環境中,想要取得科研成果離不開先進科研設施的支撐。中國極地研究中心業務處(籌)副處長陳留林坦言,近年來,從科研監測規模,到技術手段,到參與任務的科研人員比例,再到管理模式等,我國極地科考都有了長足進步。“從南極巡天望遠鏡AST3-2到大氣鐳射雷達,再到水下機器人、探冰機器人……先進的技術裝備越來越多地應用到基地去了,我們研發的無人冰站,可以直接拋到浮冰上,隨著海冰漂流,實現超過一年時間的長期無人觀測。即便是在漫長的極夜期間,它也依然可以進行各種參數的觀測。”

  在眾多的科研設備中,採樣工具對於科考有著重要作用。南極冰芯有著重要的科研價值,但想要鑽開厚厚的冰蓋取出來卻並不容易。目前我國已擁有深冰芯鑽探的“三大鑽”——深冰芯鑽探系統、冰架熱水鑽和冰下地質鑽,鑽探深度可超過100米,憑藉這份實力,中國已成為國際冰芯科學研究組織的重要成員。

  2019年,第36次南極考察隊使用“雪龍2”號極地科考破冰船裝備的22米長活塞取樣器,在極地獲取了18.36米長的海底沉積物樣品,這是我國首次在南大洋取得這樣長的沉積物樣品。作為科考船,“雪龍2”號不僅設置了許多專業實驗室,還配備了許多高科技設備:自動定位系統,可實現長時間原位採樣和測量;月池系統由主甲板垂直通向海底,讓在大面積浮冰區進行作業成為可能……

  擔任中國第38次南極科學考察隊首席科學家助理的藍木盛,迄今共參加過9次南北極科學考察。藍木盛説:“我的研究方向是極地海洋生態調查研究與觀監測技術研發應用方面,在極地考察的大部分時間都在‘雪龍2’號上進行。‘雪龍2’號齊全的實驗室設施和先進的科考設備讓我們的現場科考能力有了巨大提升,現在我們觀測和採樣的生物覆蓋範圍也大了很多。”

  陳留林介紹,在極地科考站,站內實驗室也更加完備化。“長城站和中山站的實驗室具備一年四季進行實驗的條件,實驗裝備的配備也日益齊全。以前,因為我們的條件簡陋,科考人員來這裡需要自己帶很多儀器,走的時候再帶回去。現在,除了非常專業的設備,其他的我們都能滿足科研工作者的需求。”

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