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講點你不知道|在極地 手機掛了怎麼辦?

按照使用手冊的介紹,現代化的硬體在特殊環境下應該具有一定的耐受力。

那麼,它們是否能夠適應冰冷、沙漠或者外太空等極端環境?

對於家庭用戶來說,傾覆的咖啡杯和從咖啡桌上翻倒是最嚴重的硬體設備意外事件,而類似的意外通常足以導致硬體設備嚴重損壞。不過,實際上普通的硬體設備的耐受力已經相當不錯,電動汽車製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Smodel巨大的17英寸中控螢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,一個並不是為應付特殊環境而設計的普通筆記型電腦顯示幕,已經能夠輕鬆地應付,而實際上這種顯示幕在過去的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,硬體設備通常對於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製備的硬體設備基本上無法工作。

在冰冷的北冰洋使用

海洋研究員湯瑪斯·克倫彭博士工作使用的硬體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(AWI)的氣候學家,湯瑪斯·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,

並在適當的位置等待測量裝置通過WLAN將資料傳送到他的筆記型電腦上。由於極地的極端氣候,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,湯瑪斯·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,湯瑪斯·克倫彭博士僅使用過一次普通的筆記型電腦,根據他的介紹,當時在直升機上筆記型電腦完全沒有任何反應,湯瑪斯·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,筆記型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,電池的容量開始受到破壞。除電力因素以外,硬碟的機械系統也被凍住,驅動器停止轉動。

此後,克倫彭博士開始使用松下ToughBook筆記型電腦用於飛行測量資料,雖然它們的體積龐大,

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,筆記型電腦上還配備了加熱板,可以在啟動過程中預熱硬碟驅動器等元件,並且顯示幕足夠明亮,即使在陽光明媚的天氣裡,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筆記型電腦,這種筆記型電腦是防濺水的,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(AmericanWatchmaker Institute,美國製表者協會)在北極地區使用該設備工作得非常好。不過,他們需要使用特製的密封大號鏡頭,因為普通的鏡頭將由於溫度的巨大波動而起霧。

也有一些並不是專門為極端環境準備的設備也被用於極地探險:AWI的研究人員利用國內生產規模最大的Bosch專業充電鑽進行冰面的鑽孔作業。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,並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,湯瑪斯·克倫彭博士需要吊著GoPro運動相機將它通過冰面上鑽的孔塞到下面,這種小而堅固的相機在這裡經常被用於記錄工作。

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於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,但卻沒有啟動它。最後,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體全面崩潰之類的問題,但是湯瑪斯·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,但是落水後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,並沒有導致出現緊急情況。

在複雜的沙漠中拍照

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、岩石、冰凍沙漠上行駛的越野摩托車上,承受衝擊、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,還需要將它們毫髮無損地帶回家。

他主要使用專業的Nikon 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,那麼這樣可以最大限度地減少損失。到了晚上,他會將所有作品複製到他的蘋果MacBook上,他已經為該設備配備了防震固態硬碟(這是該設備的惟一修改)。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,馬丁使用和運送膠片。由於數位技術領域的巨大飛躍,現在已經輕鬆了許多,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坦克背包用於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,並提供良好的保護,防止震動和跌倒之類的意外帶來的損害。除此之外,他的包裡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,灰塵和污垢並不像人們想像的那樣難以對付,因為沙漠中非常地乾燥,而大漠風沙粗糙,它通常不會跑到設備裡面,所以邁克爾·馬丁只是使用普通的相機清潔刷來清理相機元件。

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。至於移動太陽能充電器,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餘年。馬丁認為,主要具備應有的知識,做好該做的事情,基本上不會有什麼意外發生。

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並掠走了兩個相機。然而,他們後來將相機拿了回來,以換取一些贖金。馬丁後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型電腦

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型電腦、平板電腦和數碼相機等硬體設備並不會出現什麼無法解決的問題。根據萊蒙德·倫岑博士的介紹,對於國際空間站來說,通常考慮硬體是否會對環境產生危害多於環境是否會損害硬體。倫岑博士是德國航空航太中心(DLR)的宇航員訓練部門負責人,負責國際空間站歐洲航天局(ESA)宇航員的支持工作,因此,國際空間站上使用的大量資訊設備也是由他負責的。

倫岑博士進一步地說明了為什麼國際空間站對於硬體有不同的考慮:很簡單,如果一個玻璃顯示幕碎裂,那麼細小的玻璃碎片散佈在零重力環境,這對於宇航員來說將是致命的危險。因此,設備上的玻璃必須用塑膠代替或覆蓋鋁箔。

每個硬體設備都需要經過一個一年半到兩年的採用資格審查程式,只有已經通過在國際空間站上使用的資格審查程式,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範圍內,還包括檢查塑膠是否發出氣味,因為這將損害國際空間站的空氣品質。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。

由於資格審查程式的時間很漫長,所以國際空間站上使用的硬體設備都不會是最新的。目前,國際空間站中大約有100台IBM或者聯想的ThinkPad筆記型電腦(T61p和A31),這是目前國際空間站標準配備的筆記型電腦。該機型至少有7年了,因為零部件將不再可用,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,電腦本身將保持不變。它們中的大多數都配備了普通的硬碟,容量也不是特別大。這些設備基本上不會有什麼問題,因為它們在正常的空氣壓力水準和20℃~25℃的溫度環境下,和在地球上沒有什麼不同。

那麼,什麼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,被加熱的空氣並不會上升,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型電腦基本上都使用風扇散熱,並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印表機出現問題,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。

因輻射老化的晶片

另一個引人注意的問題是數碼相機,特別是高解析度的圖像感測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後,產生的圖元錯誤越來越多。當這樣的相機報廢後,它們將遵循其他淘汰硬體相同的處理方式。由於推動物體進入軌道,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,然後這些太空膠囊將被引導到地球的大氣層,在那裡它們將被汽化。

一個相當棘手的任務是地球和國際空間站之間的資料傳輸,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資料連結,資料傳輸速率在192Kb/s和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,然後再以較低網路流量的資料包傳輸到國際空間站。

這種筆記型電腦是防濺水的,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(AmericanWatchmaker Institute,美國製表者協會)在北極地區使用該設備工作得非常好。不過,他們需要使用特製的密封大號鏡頭,因為普通的鏡頭將由於溫度的巨大波動而起霧。

也有一些並不是專門為極端環境準備的設備也被用於極地探險:AWI的研究人員利用國內生產規模最大的Bosch專業充電鑽進行冰面的鑽孔作業。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,並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,湯瑪斯·克倫彭博士需要吊著GoPro運動相機將它通過冰面上鑽的孔塞到下面,這種小而堅固的相機在這裡經常被用於記錄工作。

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於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,但卻沒有啟動它。最後,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體全面崩潰之類的問題,但是湯瑪斯·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,但是落水後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,並沒有導致出現緊急情況。

在複雜的沙漠中拍照

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、岩石、冰凍沙漠上行駛的越野摩托車上,承受衝擊、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,還需要將它們毫髮無損地帶回家。

他主要使用專業的Nikon 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,那麼這樣可以最大限度地減少損失。到了晚上,他會將所有作品複製到他的蘋果MacBook上,他已經為該設備配備了防震固態硬碟(這是該設備的惟一修改)。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,馬丁使用和運送膠片。由於數位技術領域的巨大飛躍,現在已經輕鬆了許多,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坦克背包用於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,並提供良好的保護,防止震動和跌倒之類的意外帶來的損害。除此之外,他的包裡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,灰塵和污垢並不像人們想像的那樣難以對付,因為沙漠中非常地乾燥,而大漠風沙粗糙,它通常不會跑到設備裡面,所以邁克爾·馬丁只是使用普通的相機清潔刷來清理相機元件。

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。至於移動太陽能充電器,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餘年。馬丁認為,主要具備應有的知識,做好該做的事情,基本上不會有什麼意外發生。

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並掠走了兩個相機。然而,他們後來將相機拿了回來,以換取一些贖金。馬丁後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型電腦

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型電腦、平板電腦和數碼相機等硬體設備並不會出現什麼無法解決的問題。根據萊蒙德·倫岑博士的介紹,對於國際空間站來說,通常考慮硬體是否會對環境產生危害多於環境是否會損害硬體。倫岑博士是德國航空航太中心(DLR)的宇航員訓練部門負責人,負責國際空間站歐洲航天局(ESA)宇航員的支持工作,因此,國際空間站上使用的大量資訊設備也是由他負責的。

倫岑博士進一步地說明了為什麼國際空間站對於硬體有不同的考慮:很簡單,如果一個玻璃顯示幕碎裂,那麼細小的玻璃碎片散佈在零重力環境,這對於宇航員來說將是致命的危險。因此,設備上的玻璃必須用塑膠代替或覆蓋鋁箔。

每個硬體設備都需要經過一個一年半到兩年的採用資格審查程式,只有已經通過在國際空間站上使用的資格審查程式,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範圍內,還包括檢查塑膠是否發出氣味,因為這將損害國際空間站的空氣品質。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。

由於資格審查程式的時間很漫長,所以國際空間站上使用的硬體設備都不會是最新的。目前,國際空間站中大約有100台IBM或者聯想的ThinkPad筆記型電腦(T61p和A31),這是目前國際空間站標準配備的筆記型電腦。該機型至少有7年了,因為零部件將不再可用,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,電腦本身將保持不變。它們中的大多數都配備了普通的硬碟,容量也不是特別大。這些設備基本上不會有什麼問題,因為它們在正常的空氣壓力水準和20℃~25℃的溫度環境下,和在地球上沒有什麼不同。

那麼,什麼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,被加熱的空氣並不會上升,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型電腦基本上都使用風扇散熱,並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印表機出現問題,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。

因輻射老化的晶片

另一個引人注意的問題是數碼相機,特別是高解析度的圖像感測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後,產生的圖元錯誤越來越多。當這樣的相機報廢後,它們將遵循其他淘汰硬體相同的處理方式。由於推動物體進入軌道,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,然後這些太空膠囊將被引導到地球的大氣層,在那裡它們將被汽化。

一個相當棘手的任務是地球和國際空間站之間的資料傳輸,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資料連結,資料傳輸速率在192Kb/s和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,然後再以較低網路流量的資料包傳輸到國際空間站。