極端條件下的設(shè)備使用

按照使用手冊(cè)的介紹，現(xiàn)代化的硬件在特殊環(huán)境下應(yīng)該具有一定的耐受力。那么，它們是否能夠適應(yīng)冰冷、沙漠或者外太空等極端環(huán)境？

對(duì)于家庭用戶來說，傾覆的咖啡杯和從咖啡桌上翻倒是最嚴(yán)重的硬件設(shè)備意外事件，而類似的意外通常足以導(dǎo)致硬件設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。不過，實(shí)際上普通的硬件設(shè)備的耐受力已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)，電動(dòng)汽車制造商特斯拉曾經(jīng)一度為尋找適合的產(chǎn)品而煞費(fèi)苦心，因?yàn)槠嚵悴考?yīng)商的研發(fā)部門擔(dān)心特斯拉Model S巨大的17英寸中控屏幕無法適應(yīng)的震動(dòng)和預(yù)期的溫度，然而，在特斯拉自己開始對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行測試時(shí)卻驚人地發(fā)現(xiàn)，一個(gè)并不是為應(yīng)付特殊環(huán)境而設(shè)計(jì)的普通筆記本電腦顯示屏，已經(jīng)能夠輕松地應(yīng)付，而實(shí)際上這種顯示屏在過去的4年中已經(jīng)成功地應(yīng)用在了許多的汽車中。

我們的研究也表明，硬件設(shè)備通常對(duì)于特殊環(huán)境都有一定的耐受力，但是在極端的環(huán)境下不是特意為此制備的硬件設(shè)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(yīng)付刺骨的寒風(fēng)、極端變化的溫度和強(qiáng)烈的震動(dòng)。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?qū)W家，托馬斯·克倫彭博士需要經(jīng)常前往極地地區(qū)測量海冰的厚度。為此，載著他的直升機(jī)需要進(jìn)行冰面低空飛行，并在適當(dāng)?shù)奈恢玫却郎y量裝置通過WLAN將數(shù)據(jù)傳送到他的筆記本電腦上。由于極地的極端氣候，直升機(jī)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(jù)他的介紹，當(dāng)時(shí)在直升機(jī)上筆記本電腦完全沒有任何反應(yīng)，托馬斯·克倫彭博士進(jìn)一步地解釋說，他認(rèn)為這種情況很正常，因?yàn)槲覀儽仨氈涝谶@種旅程中溫度只有-36?C，當(dāng)溫度下降時(shí)，筆記本電腦的電池電化學(xué)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(jié)構(gòu)被破壞。除電力因素以外，硬盤的機(jī)械系統(tǒng)也被凍住，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

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(shù)據(jù)，雖然它們的體積碩大，價(jià)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(yùn)行5h～6h。在某些機(jī)型上，筆記本電腦上還配備了加熱板，可以在啟動(dòng)過程中預(yù)熱硬盤驅(qū)動(dòng)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(jù)克倫彭博士的同事馬丁·席勒（技術(shù)設(shè)備責(zé)任人）介紹，他們平時(shí)使用的是“半堅(jiān)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(huì)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(jù)他的介紹，AWI（American Watchmaker Institute，美國制表者協(xié)會(huì)）在北極地區(qū)使用該設(shè)備工作得非常好。不過，他們需要使用特制的密封大號(hào)鏡頭，因?yàn)槠胀ǖ溺R頭將由于溫度的巨大波動(dòng)而起霧。

也有一些并不是專門為極端環(huán)境準(zhǔn)備的設(shè)備也被用于極地探險(xiǎn)：AWI的研究人員利用國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模最大的Bosch（博世）專業(yè)充電鉆進(jìn)行冰面的鉆孔作業(yè)。根據(jù)席勒先生的介紹，他們很驚訝地注意到，這些設(shè)備即使在潮濕的雪坑中也仍然可以繼續(xù)工作，并且該設(shè)備大容量電池也有足夠的儲(chǔ)備可以應(yīng)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(yùn)動(dòng)相機(jī)將它通過冰面上鉆的孔塞到下面，這種小而堅(jiān)固的相機(jī)在這里經(jīng)常被用于記錄工作。

除了寒冷，北極地區(qū)的偏遠(yuǎn)也給科研工作帶來了一些麻煩，有人曾經(jīng)從西伯利亞租來了一個(gè)大的MI-8直升機(jī)開展工作，但是在飛行過程中卻由于測量用的電腦出現(xiàn)故障而被迫放棄，需要將設(shè)備帶回基地，只是因?yàn)殡m然正確地安裝了Windows系統(tǒng)，但卻沒有激活它。最后，只能夠使用衛(wèi)星電話來解決這個(gè)問題。

沉入北冰洋

這些北極探險(xiǎn)家還沒有經(jīng)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(jīng)目睹了一些類似的事件，例如專門購買的防水無線電設(shè)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(huì)嘲笑一下，因?yàn)樾疫\(yùn)的是它不是他們唯一的無線電設(shè)備，并沒有導(dǎo)致出現(xiàn)緊急情況。

在復(fù)雜的沙漠中拍照

和冰天雪地的極地地區(qū)相反，在沙漠中敏感的電子設(shè)備需要經(jīng)歷不同考驗(yàn)。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(dòng)的折磨以及對(duì)電子系統(tǒng)極其不利的冷、熱、灰塵和潮濕等的不利影響。

地理學(xué)家和探險(xiǎn)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(huán)境下拍攝下壯觀的畫面，還需要將它們毫發(fā)無損地帶回家。

他主要使用專業(yè)的尼康D4S反光相機(jī)進(jìn)行拍攝，根據(jù)馬丁的介紹，該設(shè)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(hù)配件或外接電池，因?yàn)樗仨毧桃獾乇３衷O(shè)備盡可能地簡單，這樣才不會(huì)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(duì)較小的存儲(chǔ)卡。按照馬丁的介紹，如果出現(xiàn)意外，那么這樣可以最大限度地減少損失。到了晚上，他會(huì)將所有作品復(fù)制到他的蘋果MacBook上，他已經(jīng)為該設(shè)備配備了防震固態(tài)硬盤（這是該設(shè)備配件的惟一改變）。一般情況下，每一個(gè)行程馬丁大約會(huì)拍攝約80GB的RAW照片。

早期的時(shí)候，馬丁使用膠片，由于數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域的巨大飛躍，現(xiàn)在已經(jīng)輕松了許多，特別是現(xiàn)在拍攝的照片可以在現(xiàn)場檢查，這一點(diǎn)非常重要。

他選擇了一個(gè)特殊的Touratech坦克背包用于在摩托車上裝載攝像設(shè)備。根據(jù)馬丁的介紹，坦克背包可以容納反光相機(jī)和3個(gè)鏡頭，并提供良好的保護(hù)，防止震動(dòng)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(gè)較小的替代攝像頭，可以在緊急情況下使用，但他暫時(shí)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(duì)付，因?yàn)樯衬蟹浅５馗稍?，而大漠風(fēng)沙粗糙，它通常不會(huì)跑到設(shè)備里面，所以邁克爾·馬丁只是使用普通的相機(jī)清潔刷來清理相機(jī)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(gè)遠(yuǎn)離文明的地方反復(fù)為設(shè)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(dòng)太陽能充電器，他一直沒有較好的使用經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)馬丁的介紹，相關(guān)的產(chǎn)品設(shè)置和調(diào)整非常繁瑣，而充電仍然非常緩慢。

馬丁的照相機(jī)大約可以用兩到三年，但他的一些鏡頭已經(jīng)陪伴了他十余年。馬丁認(rèn)為，主要具備應(yīng)有的知識(shí)，做好該做的事情，基本上不會(huì)有什么意外發(fā)生。

然而，即使是經(jīng)驗(yàn)最豐富的環(huán)球旅行家也總有出現(xiàn)意外的不愉快經(jīng)歷，曾經(jīng)一隊(duì)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(gè)相機(jī)。然而，他們后來將相機(jī)拿了回來，是用一些贖金換回的。馬丁后來還在相機(jī)上發(fā)現(xiàn)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(jī)，但顯然他們很少使用類似的專業(yè)技術(shù)設(shè)備。

國際空間站上的筆記本電腦

外太空的環(huán)境是最危險(xiǎn)的，但是在國際空間站上使用傳統(tǒng)的筆記本電腦、平板電腦和數(shù)碼相機(jī)等硬件設(shè)備并不會(huì)出現(xiàn)什么無法解決的問題。根據(jù)萊蒙德·倫岑博士的介紹，對(duì)于國際空間站來說，通常考慮硬件是否會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生危害多于環(huán)境是否會(huì)損害硬件。倫岑博士是德國航空航天中心的宇航員訓(xùn)練部門負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)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(shè)備也是由他負(fù)責(zé)的。

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

每個(gè)硬件設(shè)備都需要經(jīng)過一個(gè)一年半到兩年的采用資格審查程序，只有已經(jīng)通過在國際空間站上使用的資格審查程序，設(shè)備才可能被運(yùn)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(nèi)，還包括檢查塑料是否發(fā)出氣味，因?yàn)檫@將損害國際空間站的空氣質(zhì)量。因而，根據(jù)倫岑博士的介紹，在這方面，設(shè)備的外殼往往比設(shè)備本身更成問題。

由于資格審查程序的時(shí)間很漫長，所以國際空間站上使用的硬件設(shè)備都不會(huì)是最新的。目前，國際空間站中大約有100臺(tái)IBM或者聯(lián)想的ThinkPad筆記本電腦（T61p和A31），這是目前國際空間站標(biāo)準(zhǔn)配備的筆記本電腦。該機(jī)型至少有10年了，因?yàn)榱悴考⒉辉倏刹少彽剑灶A(yù)計(jì)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(qiáng)通風(fēng)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)本身將保持不變。它們中的大多數(shù)都配備了普通的硬盤，容量也不是特別大。這些設(shè)備基本上不會(huì)有什么問題，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡５目諝鈮毫λ胶?0℃～25℃的溫度環(huán)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(dòng)散熱組件，因?yàn)樵诹阒亓Νh(huán)境下，被加熱的空氣并不會(huì)上升，相反，它會(huì)形成一個(gè)氣泡，熱量無法消散，這將導(dǎo)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(fēng)扇散熱，并且增強(qiáng)它們使電腦的熱量更容易排出來。零重力環(huán)境還導(dǎo)致國際空間站中使用的噴墨打印機(jī)出現(xiàn)問題，因?yàn)橛湍旧聿粫?huì)流出，需要特殊型號(hào)的液罐，利用毛細(xì)管的力量發(fā)揮作用。

因輻射老化的芯片

另一個(gè)引人注意的問題是數(shù)碼相機(jī)，特別是高分辨率的圖像傳感器受到高能輻射粒子影響，當(dāng)它們?cè)趪H空間站使用兩到三年后，產(chǎn)生的像素錯(cuò)誤越來越多。當(dāng)這樣的相機(jī)報(bào)廢后，它們將遵循其他淘汰硬件相同的處理方式。由于推動(dòng)物體進(jìn)入軌道，使物體從軌道返回地球的代價(jià)比這些設(shè)備更昂貴，所以它們會(huì)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(dǎo)到地球的大氣層，在那里它們將被汽化。

一個(gè)相當(dāng)棘手的任務(wù)是地球和國際空間站之間的數(shù)據(jù)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(dòng)著，包含7個(gè)衛(wèi)星的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)負(fù)責(zé)確保能夠不斷地廣播和保持?jǐn)?shù)據(jù)鏈路，數(shù)據(jù)傳輸速率在192Kb/s～300Mb/s之間波動(dòng)，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(xiàng)日常任務(wù)是負(fù)責(zé)為宇航員編制日常的個(gè)性化新聞、博客、音樂和視頻，然后再以較低網(wǎng)絡(luò)流量的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)絿H空間站。