人民日报记者 刘诗瑶
前不久，我国第四十二次南极考察圆满结束，多款首台套国产极地装备在考察中穿越风雪、深入冰层、下潜深海，在冰原深处得到充分验证及应用。
探秘南极，各国核心技术和装备往往不会共享，他人经验也未必适合我国科考模式和队员需求，因而极地关键装备必须立足自主创新，掌握核心技术。
中国装备闪耀南极映照科技创新成色。越来越多的关键装备实现自主可控、持续迭代和协同创新，既推动我国极地考察持续进步，也彰显了我国创新实力和工程制造、系统组织能力。
热水钻——
打破世界纪录，让科学家用更可靠的手段探索冰下奥秘
冰下湖是南极独特神秘的存在，被科学家视为“天然档案”，蕴藏着全球气候变迁的密码，还可能潜伏着不为人知的微生物群落。研究冰下湖对于揭示南极奥秘和掌握地球气候规律，具有重要价值。
然而，冰下湖上覆盖着厚达超过3000米的冰层，科考队员想一探究竟，需先钻透厚实坚硬的冰层屏障。“边加热、边钻进”的清洁热水钻成为国际探测冰下湖的主流技术。
第四十二次南极考察中，我国科考人员凭借自主研发的清洁热水钻系统，成功完成我国首次南极冰层热水钻探试验，钻深达3413米，突破了国际极地热水钻探2540米的纪录。
这是极地科考厚积薄发的成果。
10年前，我国曾研制出钻探能力达到2000米的热水钻机系统，但距离钻透较厚冰层还存在一定差距。在国内外均无3000米级热水钻机的形势下，我国科研人员立志要先研制出3000米级热水钻，占据先发优势。
“钻得直、钻得稳、钻得净”是热水钻的研制目标。中国第四十二次南极考察队冰下湖队队员李冰介绍，钻进冰层过程中，如果钻孔顶角变化太大，形成的钻孔直径不均匀，都可能导致钻探中断。为了维护南极的纯洁干净，还必须保证钻进用水的高度清洁，不产生环境污染。
从2021年起，冰下湖科研团队历经广泛调研、多轮设计测试等过程，先后攻克了10余项关键核心技术，研制出了3000米级的清洁热水钻。
“回想起来，整个过程最煎熬的时刻，是热水钻机系统在国内开展的联调联试。”冰下湖队队员张楠介绍，整套热水钻系统模块多、规模大，学科交叉程度高、涉及单位多，联调联试协调难度很大。团队将任务进行精细化拆分，各小组完成子系统调试后，再由项目组总体全面协调把关，集中讨论，提高问题解决效率。
“热水钻创下世界最深纪录，只是征程的开始。要让这个系统成为更可靠的平台，才是未来发展的目标。”冰下湖队队长郭井学说。
“我们正在研发新的热水钻孔内监测系统，通过传感器实时测量钻孔内的温度、压力、孔径和钻具姿态等，相当于为钻具安上一对‘眼睛’，确保钻得又准又快。”冰下湖队队员宫达说。
热水钻技术不仅应用于南极平原冰盖，将来也可能应用于冰架、山地冰川等复杂地形环境。到时，科学家能直接把观测仪器下放到冰架和冰川底部，用更可靠的手段探索冰下奥秘。
“雪豹”车——
适合极端环境，扩展我国科考人员在南极内陆的活动半径
95%面积被冰雪覆盖，南极内陆被称为“白色沙漠”，目前有能力进入南极内陆科考的国家屈指可数。除了有限的飞机通航，雪地车成为进入南极内陆的主要方式。
在南极内陆特殊的冰雪环境中，世界上再先进的机械设备也很容易发生故障。对于内陆考察而言，可靠的运输设备被称为“生命线”也不为过。
长期以来，我国南极内陆考察主要依赖进口履带式车辆。这种装备速度慢，油耗高，运维成本也高，自主研制极地特种车辆成为必然选择。
在清华大学和自然资源部中国极地研究中心的联合攻关下，适合在南极内陆极端环境中行驶的极地特种车辆“雪豹”成功研制。“雪豹”能够在高寒、高海拔、高风险的区域作业，填补了我国在南极地面人员快速运送、科考保障、应急救援的装备空白。
“雪豹”系列特种载具总设计师、中国第四十二次南极考察队格罗夫山队副队长孙鹏介绍，由于联合研制团队没有相关极地特种车辆研制经验，又缺乏南极真实环境中车辆试验的各项数据，为了少走弯路和缩短研制周期，研制团队坚持每年度、每次科考出征，都携带全新一代装备进行南极内陆现场的技术测试与工程验证。
真到了内陆现场，孙鹏才明白什么叫“万里长征第一步”。
他感慨，极地科考对装备的要求极为苛刻。实验室里表现良好的仪器，到了南极未必可靠；在常温下成熟的结构，在低温下可能脆裂；平原地区稳定的通信和能源系统，在冰原和海上可能面临完全不同的挑战。
“极地装备的成熟，不能只看设计图纸，更要看现场表现。能在南极用起来、用得稳、用得久，才是真正意义上的工程突破。”孙鹏说。
极低温、高海拔、低气压、暴风雪、强辐射、多裂隙等诸多要素叠加作用且持续影响，对“雪豹”提出了极其严苛的性能要求。这次南极考察，“雪豹”交出了令人满意的成绩：“雪豹”6×6轮式载具累计行驶12772公里，实现“零故障”可靠运行。常见的履带式车辆时速一般为15公里，经测试，“雪豹”6×6轮式载具在软雪路面、硬雪路面时速分别达到28公里、42公里，在坚冰区域能以65公里的时速稳定行驶，车辆满油状态下最大行驶里程约700公里。“雪豹”优异的表现，扩展了我国科考人员在南极内陆的活动半径。
内陆舱——
改善生活条件，为科考人员提供一个安全舒适的“家”
南极内陆，又被称为“生命禁区”。不惧严酷环境，我国科考队员年年挺进内陆，每天开10个多小时的重型雪地车，每8个人挤在一个类似集装箱的舱内，往返60天不能洗澡，沿途开展科考作业。
为了改善内陆考察队员的生存状况，支持更好开展深入科考，急需研制一款能“随走随驻”、安全舒适、高度可靠的内陆舱。
小小的一座舱体，却几乎汇聚了极端环境工程的所有挑战。作为研制参与者，中国第四十二次南极考察队内陆队队长姚旭举例：等待组装的内陆舱体，需经科考船航运、直升机或雪地车拖运，总重量被严格限制在4.5吨以内。如何在“螺蛳壳里做道场”，集成所有生活与能源系统，是首要难题。
其次，这个内陆舱体需耐受零下40摄氏度甚至更低的极端低温，还有冰盖路面长达700公里的剧烈颠簸。现场一旦发生故障，几乎无法维修。
更大的难题是实现“移动—驻留”双模式的快速切换。行进时，内陆舱是内陆考察车队的一部分；驻留时，多个模块要能快速拼接成完整内陆舱营地。在没有起重机条件下，要实现半小时搭建、十几分钟拆卸。
还要想办法攻克低温环境下的高效融雪、防冻、节水技术，让洗澡从“奢望”变为“日常”。
为了实现轻量化和高保温性能，研制团队摒弃了传统笨重的岩棉夹芯板，全新研发了“结构保温装饰一体化”舱体；为了攻克淋浴难题，在国内搭建了1∶1的真实融雪试验平台，前后试验了上百次，打造出高效的耐低温融雪淋浴系统……在科研人员坚持不懈的努力下，这些难题一一被破解。
在南极开展真实测试时，内陆舱的可靠性经受住了考验。
在为期近50天的南极格罗夫山考察中，内陆舱跟随车队穿越超700公里、异常颠簸的冰裂隙绕行路线，经历频繁的“地吹雪”和零下40摄氏度的低温。内陆舱里融雪淋浴、生态马桶、光伏储能、柔性通道等全部系统实现稳定运行，我国南极内陆考察实现里程碑式的生活变革。
内陆舱不仅是保障队员生命安全的“生存舱”，更是提升科考效率和质量的“战斗舱”。由于节省了以往用于融雪取水、外出如厕、防寒穿戴的大量时间和体力消耗，科考队员将更多精力投入到科考任务上。内陆舱还集成了一部分环境传感器，沿途自动采集太阳辐照、风速、温湿度等数据，“一举两得”支持科研工作，做到“广袤冰原随走随驻，哪里有科学问题，就在哪里安个家”。
南极科考并不止于冰盖内陆，还有南大洋。第四十二次南极考察中，大量国产自主研制的深海观测设备在南极海域顺利应用，使我国在南大洋现场观测能力上迈出重要一步。
我国自主研发的海底地震仪被布设到南极半岛海域，组成观测阵列，长期捕捉天然地震波动和地壳细微震动；我国自主研制的“深海玄武”浮标成功应用，能够自动下潜至6000米深度并返回海面，可持续获取深海的温度和盐度等关键环境参数……功能各异的国产装备，与“雪龙2”号科考船自身的走航观测设备结合，共同构成了一个从海面至深海的移动综合观测体系。
中国智造，正在以更加扎实的方式，支撑中国极地科学向更深处、更远处、更长期的方向迈进。
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