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解密中国南极科考

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4月8日,中国南极科考队经过为期一个月的海上航行,搭乘“雪龙”号科考船如期返回上海的极地考察基地。中国第28次南极科考历时163天,至此圆满收官。

“往返南极,包括船舶和直升机的维修、人员费用、油料消耗、港口停靠费用,以及其他物资消耗,一个航次大概需花费人民币4000多万元。”国家海洋局极地办资深研究员李果向本刊透露,目前国家对南极科考活动的事业维持经费,每年在1个亿左右,加上科研专项和其他经费,每年总投入在2亿以上。这比他刚开始涉足南极科考时翻了10倍。

李果长期从事南极科考工作,曾任南极长城站、中山站站长。“不算后勤支撑,美国一年投入极地的经费是1亿多美元,中国没法比;即使跟澳大利亚、日本比较,中国极地科考投入也不足他们的一半;但与阿根廷、智利等国家比较,中国已经明显上了一个层次,开始进入南极科考的第二方队。”他在接受《凤凰周刊》记者采访时表示,尽管在整体科考水平上与第一方队仍存在差距,中国极地科考在未来5年必将后来居上,在充分的经费保障下,重大科考成果可期。

南极科考两大重点:深冰钻和高空物理

中国第28次南极科考队2011年11月3日从天津出发,搭乘雪龙号驶往南极地区,然后兵分三路,分别在南极中山斌昆仑站、长城站开展科学考察和后勤建设工作,并在南极半岛和普里兹湾进行多学科大洋考察作业。

国家海洋局极地办综合处处长夏立民接受《凤凰周刊》采访时说,此次南极科考的最大亮点是在昆仑站南极内陆冰穹A地区完成深冰芯导向孔钻探以及南极巡天望远镜AST3的安装,“此外,海洋、大气、生物、空间、环境、测绘导航等科考项目也有不俗的表现。”

中国南极科考很早就确定了两大研究方向:一个是冰川雪,通过冰芯来研究古气候;一个是高空物理,研究电离层。对电离层进行全球的研究,这样我们这个极地站得天独厚。

国家海洋局极地办资深研究员李果说,当初选择高空物理这个研究方向,一方面考虑到中国没有高纬度地区的空间资料;另一方面也是中国科考站选址时“机缘巧台歪打正着”,其地理位置最有利于电离层观测。

1988年中国开始选址建中山站时,日本极地研究所正在做电离层研究。他们发现中山站是最好的观测地点,向中方提出合作意向,把日本昭和站的观测设备全部搬到中山站来,两家共享观测成果。“当时国家经费紧张,买不起设备。正好日本愿意提供现成设备,可以培养我们的科研人员。”李果说,中国极地研究所决定先上电离层项目,把高空物理研究做起来,同时为冰川研究做准备。

这次使用的“南极巡天望远镜”由南京天文光学技术研究所自主研制,有效观测口径50厘米、4.2平方度视场,可以灵活调整镜筒指向,大尺度CCD相机达到10Kx10K。望远镜将实现远距离、远程操控和调度控制,观测数据现场存储,部分实时传回国内。

与第一方队的美国、俄罗斯相比,中国南极科考的装备水平、科研进展仍有很大差距。“美国有口径10米的天文望远镜,我们连1米的都没有。”根据中国南极天文台发展路线图,在未来数年,还计划在南极“冰盖之巅”安装多台大口径、探测能力强的太赫兹望远镜和光学红外望远镜。而在深冰钻方面,俄罗期已经达到3700多米,中国目前仅一二百米,样品拿回来再做分卡斤,得等三四年以后才能出成果。

“南极冰穹A位置得天独厚,其他地方没法代替,AST3如果能够维持全年,光这个镜子就能出好多成果。”李果说,南极冰穹A作为全球最佳的天文台址,此前由中国科学院天文台与南京光学所合作,已在该地建立自动天文观测站,其项目周期比深冰钻项目要短,出成果的速度会更快一些。

遭遇“雪鹰”号失事

这次南极科考所遭遇的最大意外是“雪鹰”号直升机失事。“雪鹰”卡-32型直升机是2008年12月从俄罗斯购进,于2009年正式列装南极考察队,此次是该机第三次随队执行任务。

11月29日凌晨3点,“雪龙”号进入中山站所在的普里兹湾陆缘冰地带,碰巧有印度考察站的俄罗斯破冰船的航道,“雪龙”号无需艰难破冰,即顺着航道轻松进入冰区。当日上午10点,领队李院生一行首批科考队员即搭乘直升机抵达中山站。

接下来的几天,陆续下雪,科考队等着好天气给站点吊运补给物资。12月3日,极昼出现了,难得的阳光明媚,风不大,科考队员分成装货、卸货、护路、修路、加油等几个工作小组,雪地车在不停地运货,“雪鹰”号也开始行动。

好运气仅仅保持了24小时,在这24小时内,“雪鹰”号从“雪龙”号船到内陆队出发基地飞了21个架次,一直工作到深夜。第二天,冰盖上天气不好,分不清雪和天,吊运物资暂停。“雪鹰”号和机组人员停在中山站待命。12月9日,“雪鹰”号从中山站空载返回“雪龙”号船途中,在南极冰山间的海冰区上空突然失控,迫降未成功,坠落在海冰上损毁,机上两名机组人员安全脱险。

这是第28次南极科考遭遇到的严重事故,随船记者阮煜琳在当天的微博中写道:8日(当地时间)下午搭乘“雪鹰”号来到中山站,本想搭乘最晚一趟运货的“雪鹰”号返回“雪龙”号船;不料,晚9点20分,“雪鹰”号失事,我没有为自己感到庆幸,在那一刻,我只是祈望他们平安。

这次“雪鹰”号失事,“雪龙”号船与中山站之间的空中桥梁中断,往来很不方便,只好租用印度考察站的卡-32,帮助运送中山站度夏队员。物资补给也一度中断,由于海冰裂缝增加,雪地车被迫停运,“雪龙”号船只好去长城站卸货。

2月8日,“雪龙”号船从长城站再次返回中山站,开始第二阶段卸货工作。通过海上艰难作业,中山站越冬燃油、生活保障物资,以及新宿舍栋和发电栋建设所需建筑钢结构全部卸运上站。

直到回国的前一天,由于中山站所在区域冰山和海冰封堵了海上卸货通道,无法进行海上卸货作业。经过协商,中方将部分物资卸运并暂存至印度巴拉提站,该站与中山站直线距离4海里左右,等到南极的寒冬来临后,两站之间海域海冰封冻结实,中山站再派雪地车将上述物资运回。

新科考船2013年建成使用

极地科考,随时都会有意外发生。1984年中国第一次南极科考,由于准备不足,国内自行设计制造的“向阳红10号”科考船两台主发动机的18个高压油泵相继被燃油杂质堵塞,出现“心肌梗塞”的恶性故障,一度动弹不得;随后在执行南大洋考察时“向阳红10号”又遇到12级以上极地强气旋风暴的袭击,在巨浪撞击下,船体剧烈抖动,装在水线下7米多深的两个主推进器多次露出水面空转,造成飞车,随时都有失控的可能。

当时情况十分危急,首航指挥组曾向北京发出“情况很危险”的急电。一位随行的“老极地”向本刊透露,在这次南极科考中,“向阳红10号”机电系统相继出现了320余次故障,材质强度也不够,风暴过后,船体扭曲变形,此后不再冒险进入南极,仅在一般海域航行,

此后中国从芬兰购进了第一艘极地科考船“极地”号,由一艘退役商船改装而成。1988年第五次南极科考时“极地”号首航,又经历了一次生死攸关的险情。按设计要求,“极地”号只能航行于六成以下的浮冰区,而当时海面已被九成浮冰覆盖,部分海域的密度达到十成,大片浮冰顺着海流冲撞船体,致使“极地”号左舷船艏柱旁水线以下部位撞出一个直径约30厘米的洞,其后扩大成1.1×0.7米的椭圆形洞口。所幸该部位是双层钢板,船舱没有进水,在无法修复的情况下带伤继续航行。

“雪龙”号是目前世界上最大的非核动力破冰船,1993年苏联解体后“捡了一个漏”,以1750万美元的价格从乌克兰购进,其破冰厚度为1.2米。由于原设计是一艘A2级的破冰货船,船舱只能容纳40人左右,其余都是货舱,更没有任何实验设备,后来国家海洋局又申请3000万资金加装实验设备和隔舱,这才成为一艘科学考察船,但是仍难以满足极地科考要求。1996年,“雪龙”号在执行第12次科考任务时,行至南美海域遭遇电器失火,科考任务无法继续执行,最后只得租澳大利亚的船把人运了进去。

“雪龙”号船迄今运行近20年,4次赴北极考察,15次赴南极考察,担负着极地科考和物资运输的双重任务。“十二五”期间,中国政府大力提升极地科考硬件能力,决定建造一艘全新性能的极地科考破冰船,解决目前一条破冰船难于同期实施南、北极海洋多学科综合调查的矛盾。

“新科考船项目已经获得国家发改委批准,力争2013年底前建成并投入使用。”记者从国家海洋局获悉,此船各项参数是:吨位8000吨级,续航力18000海里,载员100人,自持力60天,经济航速12节,最大航速16节,最大抗风能力52米/秒。防冻设计为零下35摄氏度的环境温度。

新建破冰船采用国际先进的最优船型设计和电力推进系统,破冰等级为PC3。无论是破冰能力还是科学调查能力,都将远胜“雪龙”号船。它设计破冰能力1.5米,在破冰厚度不低于1.5米、海冰加0.2米雪的条件下,连续破冰速度可达2节至3节,居国际先进行列。届时,中国将能够保持每年200天以上的极地海洋考察时间。

南极越冬也能上网聊天

南极的夏季极为短暂,从头年12月到次年3月初,也就3个月时间。这是南极最为热闹的日子,人员多,科考活动也多,每天可以听到许多新鲜的事,见到许多新鲜的脸。科考活动只能在夏季开展,必须在南极冬季来临前结束,无法完成的项目留待来年夏季继续进行。为了争取时间,科考队员一天要工作十几个小时,经常累得筋疲力尽,工作之余,除了睡觉什么也干不了。

“雪龙”号返航后留守科考站的越冬队员,将在这片远离人类文明的冰雪世界度过漫长的冬季,饱受黑夜、严寒和圾度孤寂的煎熬。“南极是另一个世界,钱没有用,女人也没有了,所有的亲戚朋友都消失了。”一位在南极连续待过17个月的“老极地”形容说,国内最普通的生活和南极相比都算是花花世界了。

中国南极长城、中山、昆仑站每个站的留守越冬队员都不超过20个。“长城站不超过15人,其中科考人员3人,中山站不超过20人,科考人员大概是6人。剩余的都是后勤保障人员。”“老极地”告诉本刊记者,度夏科考队员撤离后,站内很冷清,越冬队员吃饭时一人一张桌子都够,所有人在一周之内,都会混成熟脸。

极夜期间,漫漫黑夜笼罩大地,就寝、工作,一日三餐,时间全靠钟表来区分这是越冬队员最难熬的阶段。外出活动、风雪和寒冷都足以夺命。在南极丧生者,大多数是由于风的缘故。据澳大利亚的资料统计,从1984年至1987年间,在南极死亡了16人,其中11人死于暴风雪。有一名队员从一个建筑物到另一个建筑物去,两地相距仅30米,由于突遇暴风雪迷失方向,再也没能走进建筑物中,后来发现他的死亡地点离出发地不过10多米。

尽管现在很多设备都是无人值守,但留守队员还是会外出作业。“老极地”说,每次外出作业都有一套严格的程序,手套、羽绒服是必需的。他们把各栋房子之间和气象观测等经常行走的地方拉上绳索,誉为“救命绳”,每次外出,队员就拉着这个绳索活动,不致迷失方向。

长时期的封闭生活对人的心理承受极限也是一个挑战。有些国家的越冬队员难忍焦躁,曾做出放火焚烧科考站的疯狂举动。考虑到南极生活会导致焦虑、记忆力下降,甚至神经质等心理变化,越冬队员都要进行心理测讯严格筛选,保证不会出大的乱子。“老极地”说,现在好多了,第28次科考可以微博直播了,尽管流量限制,科考站也能上网聊天,驻站人员可以通过网络和国内的亲人、同事联系。