寒冷地带,科技热土

芬兰人掌握着多种顶级北极技术。我们很愿意分享北极冰雪技术诀窍!

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芬兰人习惯了寒冷的冬日,对付冰天雪地自有一套。如今,北极正在成为热点地区,芬兰人掌握的北极相关技术因此供不应求。

芬兰人在寒冷与黑暗中度过冬季,却学会了将这种特殊条件充分为我所用。芬兰人知道怎样在结冰的道路上开车,也懂得怎样在北极条件下测试车辆。正因为有了基础低温研究,才有了打造量子科学和纳米技术解决方案的基础设施与专有技术。

1. 在阿尔托冰水槽中破冰

图片: Adolfo Vera/Aalto University

在赫尔辛基都市圈中,三座用来测试北极船只和近海平台的水槽实验设施构成了北极海事技术生态圈。其中的一座——阿尔托冰水槽(Aalto Ice Tank)——设在埃斯波(Espoo)的阿尔托大学机械工程系内。这个实验设施既可用于学术研究,也可供产业专家使用。

“阿尔托冰水槽2015至2016年间经过了彻底的翻新,其尺寸——尤其是巨大的宽度——在欧洲是独一无二的。长宽各40米的水槽配备了冷却系统和制造海冰微缩模型的设备。这些冰是通过一种喷雾工艺生成并做出细密纹理的。”阿尔托大学固体力学教授尤卡·杜赫谷利(Jukka Tuhkuri)表示。

“在这里测试的微缩船只模型通常长5到6米。大宽度水槽让冰海环境中船只转弯性能的测试成为可能,也方便了大宽度海上结构物的封冻条件测试,如港口、风力发电厂等。可以先制作北极近海平台的微缩模型,然后放入水槽,用‘浮冰’去冲击这些平台。”杜赫谷利解释道。

在这个2.8米深的冰水槽中做的典型实验包括:微缩船只模型在冰海上的抗冰、推进和机动测试,近海平台的冰载荷能力测试,以及模拟冰脊等天然海冰构造等。

杜赫谷利教授是北极海事技术研究组成员,这个研究小组是该领域内全球最领先的研究团队之一。除了在阿尔托冰水槽做研究外,他们还在南北两极海域、船只上,以及其他实验室内开展实地实验及测量。

2. 北极车辆测试场

Arctic testing ground for vehicles

图片: Markus Pentikäinen

一座专门用于在寒冷气候下测试无人驾驶车辆的新建测试场在穆奥尼奥(Muonio)落成,这里距北极圈以北约200公里。这处测试场名为拉普兰验证测试场(Lapland Proving Ground),测试区面积为5000平方米,向所有汽车厂商开放。

穆奥尼奥是芬兰平均气温最低的城市之一,冬季的严寒、冰雪和黑暗使其成为在北极极端条件下测试汽车性能的理想地点。

验证测试场内设有各种类型路面的测试车道,总长20公里;另有建在当地冰封湖面上的冰车道,长10公里。此外还配备大型车间和办公楼。测试场内还有冷冻室可供使用,室内温度最低可冷却至零下45度。

测试场附近的北极研究中心内还有其他研发设施可供使用。中心的设施向研发机构、高等院校、汽车测试行业的技术或服务供应商等开放。拉普兰验证测试场是“欧若拉”(Aurora)计划的组成部分,该计划的目标是在芬兰拉普兰地区建设世界一流的北极智能运输系统与自动驾驶技术测试生态圈。

3. 最低温度世界纪录

Snow Texture

图片: iStock

“许多物理学现象在低温条件下会表现得更加清楚,因为在这种条件下热噪声的干扰最小。研究这些现象的科学领域就叫做低温物理学。”尤卡·贝科拉(Jukka Pekola)教授说道。他是阿尔托大学低温量子现象与装置卓越研究中心的负责人。

“我们的研究在接近绝对零度的温度区间内进行,也就是零下273.15摄氏度。研究的重点是超导、超流体、纳米电子等量子力学现象。”贝科拉教授介绍说。

贝科拉和他的团队在接近绝对零度的温度条件下开发出了多种制冷技术。

“2000年,我们的低温实验室打破了世界最低温度纪录——0.0000000001开尔文。”贝科拉说道。

从某种意义上说,低温物理学是一种使能技术。低温实验室里开展的研究属于基础研究,如果没有这样的研究,实际应用是不可能实现的。

“今后10到20年内可能还制造不出量子计算机,但量子模拟器将有可能诞生。量子模拟器将被用于模拟分子,可应用于新药研发等场合。”

撰稿: Leena Koskenlaakso,《这就是芬兰》2017

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