中國計量人首次建立南極中山站重力校準點紀實

　　【儀表網 儀表人物】冰清玉潔的冰山、絢麗神秘的極光、憨態可掬的企鵝……對于大多數普通人來說，這些都是南極令他們神往的景象。
 

　　但對于一名科技工作者來說，南極是科學天堂，蘊藏著無數的科學之謎和信息，也是科學實驗理想的天然實驗室。
 

　　自1984年——
 

　　我國南極考察隊遠征南極并建設長城站，到2020年4月，執行第36次南極考察的“雪龍”號和“雪龍2”號船返回上海國內基地碼頭，中國計量人借助這次“雙龍探極”，終于第一次踏上了南極這片神秘的土地。
 

　　由中國計量科學研究院(以下簡稱中國計量院)派出的粟多武副研究員，攜帶由該院自主研發的高精度重力儀，在南極中山站建立了我國重力加速度校準點，并通過自主研發的遠程時空基準量傳實驗系統，實現北京-南極遠程時間頻率精準傳遞，為保障我國南極重力測量結果的溯源性和準確性奠定了基礎，也驗證了基于北斗鏈路的遠程時間頻率傳遞系統在范圍內的可靠穩定覆蓋能力。
 

　　該項工作是我國在極地區域完成并驗證了建立時空基準的全部技術方案，尤其是在某些國家對我國進行高科技產品*的環境下，意義重大。
 

　　1、極地夢
 

　　在北京市昌平區昌赤路18號，坐落著中國計量院美麗的昌平院區。寒冬里，這里經常能看到一個人穿著短袖長跑的身影。院里人都知道，這必是粟多武無疑。“南極科考可以說是計量人的夢想，我從2014年就開始關注，并從當年開始堅持鍛煉身體，重點進行耐寒訓練。”粟多武告訴記者。
 

　　21世紀是海洋科學的世紀。而極地科考是海洋科學研究的重要組成部分。南極科考的各種設備，是保障科考工作獲取第一手數據的核心手段。而海洋的復雜環境，極地的、惡劣氣候，往往造成各種設備出現測量上的漂移和誤差。因此，計量儀器深入參與南極科考，為各種科學儀器提供在線校準，就具有非常重要而現實的意義。而重力測量在國計民生中有著重要的應用，它是地震前兆觀測研究、氣象研究和預報的主要的手段之一，也為地下資源勘探和普查、地下結構探測等提供重要技術支持。
 

　　作為中國計量院時間頻率所副研究員，粟多武一直深入參與該院自主研制的國產重力儀的研發和應用工作。2018年，中國計量院作為參與單位，承擔了科技部國家重點研發計劃課題“極區海洋重力校準技術研究”的子任務“極區海洋重力現場校準技術研究”。粟多武為該子任務的負責人，并通過層層選拔，終入圍了南極科考的現場執行人名單，負責在南極中山站建立重力校準點并進行不確定度評估工作。他也是中國計量院建院65年來，去南極開展計量工作的計量人。
 

　　中國計量院時間頻率所副所長、重力團隊負責人吳書清說，院里十分重視這次南極科考任務，一則它將填補我國目前極區海洋重力量值無法溯源的空白；二則對提高我國在重力參考網建設提供了高精度數據支持；三則該校準點建成后，可溯源到中國計量院的國家時間頻率計量基準和國家重力加速度計量基準，為我國開展極地區域的測繪等奠定了基礎，提升了我國在和平利用極地活動中的話語權。
 

　　目前，據文獻報道，美、日、德、法、意等國在南極的12個站位進行了23次重力測量，但都是地質、測繪、海洋、高校等機構在進行，上還沒有計量技術機構進行相關計量工作。
 

　　2、探險旅
 

　　2019年10月22日，中國第36次南極科學考察隊“雪龍”號科考船，從上海出發前往南極。剛登船時，“榮幸”“興奮”“責任感”等情緒一起向粟多武涌來。
 

　　但海上搖搖晃晃的生活，很快讓他體會到了南極科考之路的風險性。風高浪急，導致船體搖晃劇烈，隊員們在船艙內行走和甲板上活動都有滑倒、摔傷及落海的可能。“有個別隊員在上下船舶的樓梯時，由于沒有扶住扶手還造成了輕微的腰椎摔傷。”一切行動聽指揮，成了粟多武謹記的紀律紅線。
 

　　2019年11月20日，科考隊順利抵達中國南極中山站。11月21日，粟多武和課題組另兩名成員便展開新建重力點位的選址調研工作，終選定了位于南極中山站站區的莫愁湖西側山坡。
 

　　中山站位于南緯69.4度、東經76.4度，所在區域為拉斯曼丘陵地帶，緊挨著海邊和南極冰蓋，地形為高低起伏不平的丘陵和小山。12月和1月為中山站的夏季，夏季白天高氣溫僅5℃，早晚約-5℃，且經常刮5-6級風，有時陣風達到10級。
 

　　低溫、大風、暴雪、人力緊張及地形復雜，是粟多武整個工作周期內面臨的大困難和挑戰。
 

　　12月1日，課題組3人開始了澆筑重力校準點位的工作。該點位是一個為長寬各為1.2米、高0.3米、重約1600公斤的混凝土水泥墩。由于12月4日上午課題組另外2人要乘直升機離開中山站，而中鐵建工的混凝土攪拌車要半個月后才開始工作，為了趕進度，他們果斷采取人工澆筑的方式進行。
 

　　從當天早上8點開始，他們陸續搬運了一兩百公斤的石子和500多公斤的澆筑用原材料。但是澆筑混凝土，3個人都是第一次。一位來自中鐵建工的隊友成了“救兵”。從下午1點直到晚上10點，4個人在不平的山坡上，連續工作近9個小時，終于完成了重約1600公斤的混凝土的攪拌、澆筑工作，然后大家才去食堂吃飯。“這天戶外的高氣溫只有0℃，我穿著短袖干活仍然出汗，衣服都濕透了。”飯后，粟多武每隔2小時，還要對新澆筑的水泥墩進行平整工作(防止水泥墩有氣泡空隙而導致強度不夠)。經過連續近20個小時的工作，終順利完成了新建重力校準點位的基礎設施建設工作，這時已是12月2日的凌晨4點。
 

　　2020年2月1日，中山站入冬第一天。這天的天氣預報原本為白天風力7-8級，晚上陣風9-10級。但早飯過后，人們從食堂出來發現此時風力已經超過了8級，并夾雜著大雪，令行走都十分困難。粟多武進到工作帳篷開始操作儀器，這時帳篷的門簾和窗簾都已經被大風吹開了，雪花陸續飄了進來，整個帳篷的金屬支架也隨著大風不停的晃動，響聲巨大，帳篷有種隨時被撕裂的感覺。
 

　　為了確保安全，粟多武臨時改變了儀器的工作時間，上下午各運轉3個小時，中飯時儀器進入待機狀態。就這樣當天共獲得了6小時的有效數據。測試結果表明，在10級狂風的野外環境下，由中國計量院自主研發的高精度重力儀仍能正常工作，且達到了設計指標。這也是粟多武在極地惡劣環境下獲得的第一手寶貴數據。
 

　　艱苦、惡劣的自然環境并沒有阻擋住粟多武完成任務的勇氣和信心。從第一個老的重力點位Z001(位于中山站天鵝嶺六角樓附近，由原國家測繪局建設)開始正式觀測到新建的重力校準點位J001觀測結束，前后共76天。其中，Z001點位觀測了31天，J001點位觀測了45天。粟多武堅持每天測量8-12小時，獲得大量一手數據，并完成了課題的驗收指標。
 

　　3、未來路
 

　　這次歷時半年的南極科考，在與大自然的颶風、暴雪戰斗中，考驗的是計量人的身體和精神。“好幾次為了防止設備被風暴破壞，我整宿都睡不著要到現場查看，有時遇上臨時停電這樣的突發狀況，也需要我冷靜分析，克服困難。”南極惡劣的自然環境雖然困擾著粟多武的日常工作，卻也為他帶來了別樣的體驗。
 

　　隨著觀測任務的結束，粟多武說，今后，科考隊的有關單位的海洋重力儀器隨時可以直接放置在新建的J001重力校準點進行測試或者用相對重力儀把重力值引到海洋重力儀安裝位置，跟該點位的重力值進行對比，從而進行漂移改正，整個過程不超過半小時，大大提高了海洋重力儀器測量結果的準確性和不確定度。
 

　　吳書清表示，中國計量院作為國家計量院，后續也計劃將為我國極地科考提供更多計量支撐。例如，在已有的光頻梳和原子磁力儀研究成果基礎上，實現現場激光波長校準和地磁場校準，進而具備遠程時空基準全參數量值溯源能力，并計劃研發移動式集成校準裝置。
 

　　此次南極之行，粟多武除了完成項目任務外，還在與國外科考站的互動中表現活躍。在印中俄澳四國極地學術交流中，他和中科院地質與地球物理所陳文志合作完成了張貼論文和學術交流的PPT；在俄羅斯進步站的晚宴上，他在俄方的吉他伴奏下，高歌一曲《莫斯科郊外的晚上》，把整個活動的氣氛推向高潮，也促進了中國跟外國科考站的友誼與合作。
 

　　在返回祖國的路上，粟多武在深夜里聆聽著海浪不停拍打船體的聲音，望著夜空中壯美的銀河，回想起莫愁湖邊那兩只可愛的阿德利企鵝，思緒萬千，極地之旅將成為他寶貴的人生財富。
 

　　南極
 

　　計量人還會再來的！