極端條件下的設備使用

按照使用手冊的介紹，現代化的硬件在特殊環境下應該具有一定的耐受力。那么，它們是否能夠適應冰冷、沙漠或者外太空等極端環境？

對于家庭用戶來說，傾覆的咖啡杯和從咖啡桌上翻倒是最嚴重的硬件設備意外事件，而類似的意外通常足以導致硬件設備嚴重損壞。不過，實際上普通的硬件設備的耐受力已經相當不錯，電動汽車制造商特斯拉曾經一度為尋找適合的產品而煞費苦心，因為汽車零部件供應商的研發部門擔心特斯拉Model S巨大的17英寸中控屏幕無法適應的震動和預期的溫度，然而，在特斯拉自己開始對相關產品進行測試時卻驚人地發現，一個并不是為應付特殊環境而設計的普通筆記本電腦顯示屏，已經能夠輕松地應付，而實際上這種顯示屏在過去的4年中已經成功地應用在了許多的汽車中。

我們的研究也表明，硬件設備通常對于特殊環境都有一定的耐受力，但是在極端的環境下不是特意為此制備的硬件設備基本上無法工作。

在冰冷的北冰洋使用

海洋研究員托馬斯·克倫彭博士工作使用的硬件必須能夠應付刺骨的寒風、極端變化的溫度和強烈的震動。作為阿爾弗雷德·魏格納研究所暨亥姆霍茲極地海洋研究中心的氣候學家，托馬斯·克倫彭博士需要經常前往極地地區測量海冰的厚度。為此，載著他的直升機需要進行冰面低空飛行，并在適當的位置等待測量裝置通過WLAN將數據傳送到他的筆記本電腦上。由于極地的極端氣候，直升機航班同樣也是極端的昂貴，為此，即使工作條件極為不利，托馬斯·克倫彭博士的電腦也必須能夠完美地完成工作。

在這樣的飛行中，托馬斯·克倫彭博士僅使用過一次普通的筆記本電腦，根據他的介紹，當時在直升機上筆記本電腦完全沒有任何反應，托馬斯·克倫彭博士進一步地解釋說，他認為這種情況很正常，因為我們必須知道在這種旅程中溫度只有-36?C，當溫度下降時，筆記本電腦的電池電化學過程將減慢，電解液變得越來越粘稠，鋰離子的遷移逐漸減慢，電池的單元結構被破壞。除電力因素以外，硬盤的機械系統也被凍住，電機停止轉動。

此后，克倫彭博士開始使用松下ToughBook筆記本電腦用于飛行測量數據，雖然它們的體積碩大，價格也非常昂貴，但是其高性能的電池能夠提供足夠的電量，能夠在極度寒冷的條件下運行5h～6h。在某些機型上，筆記本電腦上還配備了加熱板，可以在啟動過程中預熱硬盤驅動器等組件，并且顯示屏足夠明亮，即使在陽光明媚的天氣里，也能夠在白色冰面上使用。根據克倫彭博士的同事馬丁·席勒（技術設備責任人）介紹，他們平時使用的是“半堅固”型的ToughBook筆記本電腦，這種筆記本電腦是防濺水的，所以即使他們陷入雪中，也不會影響使用。

冷凝：比冷更糟

馬丁·席勒拍攝使用的是佳能的EOS 1D Mark IV，根據他的介紹，AWI（American Watchmaker Institute，美國制表者協會）在北極地區使用該設備工作得非常好。不過，他們需要使用特制的密封大號鏡頭，因為普通的鏡頭將由于溫度的巨大波動而起霧。

也有一些并不是專門為極端環境準備的設備也被用于極地探險：AWI的研究人員利用國內生產規模最大的Bosch（博世）專業充電鉆進行冰面的鉆孔作業。根據席勒先生的介紹，他們很驚訝地注意到，這些設備即使在潮濕的雪坑中也仍然可以繼續工作，并且該設備大容量電池也有足夠的儲備可以應付低溫條件下的工作。為了能夠看一下冰的下面，托馬斯·克倫彭博士需要吊著GoPro運動相機將它通過冰面上鉆的孔塞到下面，這種小而堅固的相機在這里經常被用于記錄工作。

除了寒冷，北極地區的偏遠也給科研工作帶來了一些麻煩，有人曾經從西伯利亞租來了一個大的MI-8直升機開展工作，但是在飛行過程中卻由于測量用的電腦出現故障而被迫放棄，需要將設備帶回基地，只是因為雖然正確地安裝了Windows系統，但卻沒有激活它。最后，只能夠使用衛星電話來解決這個問題。

沉入北冰洋

這些北極探險家還沒有經歷過硬件全面崩潰之類的問題，但是托馬斯·克倫彭博士曾經目睹了一些類似的事件，例如專門購買的防水無線電設備本該可以在水面浮游，但是落水后卻像一塊石頭一樣沉入北冰洋。在這種情況下，同事們通常只是會嘲笑一下，因為幸運的是它不是他們唯一的無線電設備，并沒有導致出現緊急情況。

在復雜的沙漠中拍照

和冰天雪地的極地地區相反，在沙漠中敏感的電子設備需要經歷不同考驗。除了沙子，它們還需要被綁在一輛在滾燙的沙子、巖石、冰凍沙漠上行駛的越野摩托車上，承受沖擊、震動的折磨以及對電子系統極其不利的冷、熱、灰塵和潮濕等的不利影響。

地理學家和探險攝影師邁克爾·馬丁需要特別小心地檢查他裝備，為了他的作品，他不只需要它們能夠在惡劣的環境下拍攝下壯觀的畫面，還需要將它們毫發無損地帶回家。

他主要使用專業的尼康D4S反光相機進行拍攝，根據馬丁的介紹，該設備無論是在-50℃下還是在+50℃的溫度下，同樣都能夠完美地工作。而且，馬丁說他不使用保護配件或外接電池，因為他必須刻意地保持設備盡可能地簡單，這樣才不會分散他攝影的注意力。

為了將作品安全地帶回家，他使用大量容量相對較小的存儲卡。按照馬丁的介紹，如果出現意外，那么這樣可以最大限度地減少損失。到了晚上，他會將所有作品復制到他的蘋果MacBook上，他已經為該設備配備了防震固態硬盤（這是該設備配件的惟一改變）。一般情況下，每一個行程馬丁大約會拍攝約80GB的RAW照片。

早期的時候，馬丁使用膠片，由于數字技術領域的巨大飛躍，現在已經輕松了許多，特別是現在拍攝的照片可以在現場檢查，這一點非常重要。

他選擇了一個特殊的Touratech坦克背包用于在摩托車上裝載攝像設備。根據馬丁的介紹，坦克背包可以容納反光相機和3個鏡頭，并提供良好的保護，防止震動和跌倒之類的意外帶來的損害。除此之外，他的包里還帶有一個較小的替代攝像頭，可以在緊急情況下使用，但他暫時還沒有用過它。

在沙漠中，灰塵和污垢并不像人們想象的那樣難以對付，因為沙漠中非常地干燥，而大漠風沙粗糙，它通常不會跑到設備里面，所以邁克爾·馬丁只是使用普通的相機清潔刷來清理相機組件。

潘帕斯草原的用電問題

真正棘手的事情是需要在這個遠離文明的地方反復為設備的電池充電，因此，邁克爾·馬丁喜歡隨身攜帶一些備用電池，另一方面，他的摩托車上的12V電池也可以派上用場。至于移動太陽能充電器，他一直沒有較好的使用經驗。根據馬丁的介紹，相關的產品設置和調整非常繁瑣，而充電仍然非常緩慢。

馬丁的照相機大約可以用兩到三年，但他的一些鏡頭已經陪伴了他十余年。馬丁認為，主要具備應有的知識，做好該做的事情，基本上不會有什么意外發生。

然而，即使是經驗最豐富的環球旅行家也總有出現意外的不愉快經歷，曾經一隊馬賽人襲擊了邁克爾·馬丁和他同伴的夜間宿舍并掠走了兩個相機。然而，他們后來將相機拿了回來，是用一些贖金換回的。馬丁后來還在相機上發現了一些過度曝光和不清晰的馬賽村照片，很明顯馬賽人曾試圖使用相機，但顯然他們很少使用類似的專業技術設備。

國際空間站上的筆記本電腦

外太空的環境是最危險的，但是在國際空間站上使用傳統的筆記本電腦、平板電腦和數碼相機等硬件設備并不會出現什么無法解決的問題。根據萊蒙德·倫岑博士的介紹，對于國際空間站來說，通常考慮硬件是否會對環境產生危害多于環境是否會損害硬件。倫岑博士是德國航空航天中心的宇航員訓練部門負責人，負責國際空間站歐洲航天局宇航員的支持工作，因此，國際空間站上使用的大量信息設備也是由他負責的。

倫岑博士進一步地說明了為什么國際空間站對于硬件有不同的考慮：很簡單，如果一個玻璃顯示屏碎裂，那么細小的玻璃碎片散布在零重力環境，這對于宇航員來說將是致命的危險。因此，設備上的玻璃必須用塑料代替或覆蓋鋁箔。

每個硬件設備都需要經過一個一年半到兩年的采用資格審查程序，只有已經通過在國際空間站上使用的資格審查程序，設備才可能被運送到國際空間站。包括輻射和脫氣特性等很多方面都在審查的范圍內，還包括檢查塑料是否發出氣味，因為這將損害國際空間站的空氣質量。因而，根據倫岑博士的介紹，在這方面，設備的外殼往往比設備本身更成問題。

由于資格審查程序的時間很漫長，所以國際空間站上使用的硬件設備都不會是最新的。目前，國際空間站中大約有100臺IBM或者聯想的ThinkPad筆記本電腦（T61p和A31），這是目前國際空間站標準配備的筆記本電腦。該機型至少有10年了，因為零部件將不再可采購到，所以預計它們將逐步被更換，除了特殊的基座之外，ISS電源適配器和加強通風系統，計算機本身將保持不變。它們中的大多數都配備了普通的硬盤，容量也不是特別大。這些設備基本上不會有什么問題，因為它們在正常的空氣壓力水平和20℃～25℃的溫度環境下，和在地球上沒有什么不同。

那么，什么東西不能在國際空間站使用呢？那就是被動散熱組件，因為在零重力環境下，被加熱的空氣并不會上升，相反，它會形成一個氣泡，熱量無法消散，這將導致該裝置無法散熱。因此，國際空間站上使用的筆記本電腦基本上都使用風扇散熱，并且增強它們使電腦的熱量更容易排出來。零重力環境還導致國際空間站中使用的噴墨打印機出現問題，因為油墨本身不會流出，需要特殊型號的液罐，利用毛細管的力量發揮作用。

因輻射老化的芯片

另一個引人注意的問題是數碼相機，特別是高分辨率的圖像傳感器受到高能輻射粒子影響，當它們在國際空間站使用兩到三年后，產生的像素錯誤越來越多。當這樣的相機報廢后，它們將遵循其他淘汰硬件相同的處理方式。由于推動物體進入軌道，使物體從軌道返回地球的代價比這些設備更昂貴，所以它們會和其他的垃圾一起被包裝成太空供給膠囊，然后這些太空膠囊將被引導到地球的大氣層，在那里它們將被汽化。

一個相當棘手的任務是地球和國際空間站之間的數據傳輸，國際空間站在距離地面400km的地球軌道上以28 000km/h的速度移動著，包含7個衛星的中繼衛星系統負責確保能夠不斷地廣播和保持數據鏈路，數據傳輸速率在192Kb/s～300Mb/s之間波動，這或許是世界上最貴的DSL線路。

萊蒙德·倫岑博為國際空間站宇航員提供的支持，其中一項日常任務是負責為宇航員編制日常的個性化新聞、博客、音樂和視頻，然后再以較低網絡流量的數據包傳輸到國際空間站。