中国计量人首次建立南极中山站重力校准点纪实
- 2020/8/19 9:21:54 41709
- 来源：中国计量院
【仪表网 仪表人物】冰清玉洁的冰山、绚丽神秘的极光、憨态可掬的企鹅……对于大多数普通人来说，这些都是南极令他们神往的景象。
但对于一名科技工作者来说，南极是科学天堂，蕴藏着无数的科学之谜和信息，也是科学实验理想的天然实验室。
自1984年——
我国南极考察队远征南极并建设长城站，到2020年4月，执行第36次南极考察的“雪龙”号和“雪龙2”号船返回上海国内基地码头，中国计量人借助这次“双龙探极”，终于第一次踏上了南极这片神秘的土地。
由中国计量科学研究院(以下简称中国计量院)派出的粟多武副研究员，携带由该院自主研发的高精度重力仪，在南极中山站建立了我国重力加速度校准点，并通过自主研发的远程时空基准量传实验系统，实现北京-南极远程时间频率精准传递，为保障我国南极重力测量结果的溯源性和准确性奠定了基础，也验证了基于北斗链路的远程时间频率传递系统在范围内的可靠稳定覆盖能力。
该项工作是我国在极地区域完成并验证了建立时空基准的全部技术方案，尤其是在某些国家对我国进行高科技产品*的环境下，意义重大。
1、极地梦
在北京市昌平区昌赤路18号，坐落着中国计量院美丽的昌平院区。寒冬里，这里经常能看到一个人穿着短袖长跑的身影。院里人都知道，这必是粟多武无疑。“南极科考可以说是计量人的梦想，我从2014年就开始关注，并从当年开始坚持锻炼身体，重点进行耐寒训练。”粟多武告诉记者。
21世纪是海洋科学的世纪。而极地科考是海洋科学研究的重要组成部分。南极科考的各种设备，是保障科考工作获取第一手数据的核心手段。而海洋的复杂环境，极地的、恶劣气候，往往造成各种设备出现测量上的漂移和误差。因此，计量仪器深入参与南极科考，为各种科学仪器提供在线校准，就具有非常重要而现实的意义。而重力测量在国计民生中有着重要的应用，它是地震前兆观测研究、气象研究和预报的主要的手段之一，也为地下资源勘探和普查、地下结构探测等提供重要技术支持。
作为中国计量院时间频率所副研究员，粟多武一直深入参与该院自主研制的国产重力仪的研发和应用工作。2018年，中国计量院作为参与单位，承担了科技部国家重点研发计划课题“极区海洋重力校准技术研究”的子任务“极区海洋重力现场校准技术研究”。粟多武为该子任务的负责人，并通过层层选拔，终入围了南极科考的现场执行人名单，负责在南极中山站建立重力校准点并进行不确定度评估工作。他也是中国计量院建院65年来，去南极开展计量工作的计量人。
中国计量院时间频率所副所长、重力团队负责人吴书清说，院里十分重视这次南极科考任务，一则它将填补我国目前极区海洋重力量值无法溯源的空白；二则对提高我国在重力参考网建设提供了高精度数据支持；三则该校准点建成后，可溯源到中国计量院的国家时间频率计量基准和国家重力加速度计量基准，为我国开展极地区域的测绘等奠定了基础，提升了我国在和平利用极地活动中的话语权。
目前，据文献报道，美、日、德、法、意等国在南极的12个站位进行了23次重力测量，但都是地质、测绘、海洋、高校等机构在进行，上还没有计量技术机构进行相关计量工作。
2、探险旅
2019年10月22日，中国第36次南极科学考察队“雪龙”号科考船，从上海出发前往南极。刚登船时，“荣幸”“兴奋”“责任感”等情绪一起向粟多武涌来。
但海上摇摇晃晃的生活，很快让他体会到了南极科考之路的风险性。风高浪急，导致船体摇晃剧烈，队员们在船舱内行走和甲板上活动都有滑倒、摔伤及落海的可能。“有个别队员在上下船舶的楼梯时，由于没有扶住扶手还造成了轻微的腰椎摔伤。”一切行动听指挥，成了粟多武谨记的纪律红线。
2019年11月20日，科考队顺利抵达中国南极中山站。11月21日，粟多武和课题组另两名成员便展开新建重力点位的选址调研工作，终选定了位于南极中山站站区的莫愁湖西侧山坡。
中山站位于南纬69.4度、东经76.4度，所在区域为拉斯曼丘陵地带，紧挨着海边和南极冰盖，地形为高低起伏不平的丘陵和小山。12月和1月为中山站的夏季，夏季白天高气温仅5℃，早晚约-5℃，且经常刮5-6级风，有时阵风达到10级。
低温、大风、暴雪、人力紧张及地形复杂，是粟多武整个工作周期内面临的大困难和挑战。
12月1日，课题组3人开始了浇筑重力校准点位的工作。该点位是一个为长宽各为1.2米、高0.3米、重约1600公斤的混凝土水泥墩。由于12月4日上午课题组另外2人要乘直升机离开中山站，而中铁建工的混凝土搅拌车要半个月后才开始工作，为了赶进度，他们果断采取人工浇筑的方式进行。
从当天早上8点开始，他们陆续搬运了一两百公斤的石子和500多公斤的浇筑用原材料。但是浇筑混凝土，3个人都是第一次。一位来自中铁建工的队友成了“救兵”。从下午1点直到晚上10点，4个人在不平的山坡上，连续工作近9个小时，终于完成了重约1600公斤的混凝土的搅拌、浇筑工作，然后大家才去食堂吃饭。“这天户外的高气温只有0℃，我穿着短袖干活仍然出汗，衣服都湿透了。”饭后，粟多武每隔2小时，还要对新浇筑的水泥墩进行平整工作(防止水泥墩有气泡空隙而导致强度不够)。经过连续近20个小时的工作，终顺利完成了新建重力校准点位的基础设施建设工作，这时已是12月2日的凌晨4点。
2020年2月1日，中山站入冬第一天。这天的天气预报原本为白天风力7-8级，晚上阵风9-10级。但早饭过后，人们从食堂出来发现此时风力已经超过了8级，并夹杂着大雪，令行走都十分困难。粟多武进到工作帐篷开始操作仪器，这时帐篷的门帘和窗帘都已经被大风吹开了，雪花陆续飘了进来，整个帐篷的金属支架也随着大风不停的晃动，响声巨大，帐篷有种随时被撕裂的感觉。
为了确保安全，粟多武临时改变了仪器的工作时间，上下午各运转3个小时，中饭时仪器进入待机状态。就这样当天共获得了6小时的有效数据。测试结果表明，在10级狂风的野外环境下，由中国计量院自主研发的高精度重力仪仍能正常工作，且达到了设计指标。这也是粟多武在极地恶劣环境下获得的第一手宝贵数据。
艰苦、恶劣的自然环境并没有阻挡住粟多武完成任务的勇气和信心。从第一个老的重力点位Z001(位于中山站天鹅岭六角楼附近，由原国家测绘局建设)开始正式观测到新建的重力校准点位J001观测结束，前后共76天。其中，Z001点位观测了31天，J001点位观测了45天。粟多武坚持每天测量8-12小时，获得大量一手数据，并完成了课题的验收指标。
3、未来路
这次历时半年的南极科考，在与大自然的飓风、暴雪战斗中，考验的是计量人的身体和精神。“好几次为了防止设备被风暴破坏，我整宿都睡不着要到现场查看，有时遇上临时停电这样的突发状况，也需要我冷静分析，克服困难。”南极恶劣的自然环境虽然困扰着粟多武的日常工作，却也为他带来了别样的体验。
随着观测任务的结束，粟多武说，今后，科考队的有关单位的海洋重力仪器随时可以直接放置在新建的J001重力校准点进行测试或者用相对重力仪把重力值引到海洋重力仪安装位置，跟该点位的重力值进行对比，从而进行漂移改正，整个过程不超过半小时，大大提高了海洋重力仪器测量结果的准确性和不确定度。
吴书清表示，中国计量院作为国家计量院，后续也计划将为我国极地科考提供更多计量支撑。例如，在已有的光频梳和原子磁力仪研究成果基础上，实现现场激光波长校准和地磁场校准，进而具备远程时空基准全参数量值溯源能力，并计划研发移动式集成校准装置。
此次南极之行，粟多武除了完成项目任务外，还在与国外科考站的互动中表现活跃。在印中俄澳四国极地学术交流中，他和中科院地质与地球物理所陈文志合作完成了张贴论文和学术交流的PPT；在俄罗斯进步站的晚宴上，他在俄方的吉他伴奏下，高歌一曲《莫斯科郊外的晚上》，把整个活动的气氛推向高潮，也促进了中国跟外国科考站的友谊与合作。
在返回祖国的路上，粟多武在深夜里聆听着海浪不停拍打船体的声音，望着夜空中壮美的银河，回想起莫愁湖边那两只可爱的阿德利企鹅，思绪万千，极地之旅将成为他宝贵的人生财富。
南极
计量人还会再来的！
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