極端條件下的設(shè)備使用

按照使用手冊的介紹，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(shè)備意外事件，而類似的意外通常足以導(dǎo)致硬件設(shè)備嚴重損壞。不過，實際上普通的硬件設(shè)備的耐受力已經(jīng)相當不錯，電動汽車制造商特斯拉曾經(jīng)一度為尋找適合的產(chǎn)品而煞費苦心，因為汽車零部件供應(yīng)商的研發(fā)部門擔心特斯拉Model S巨大的17英寸中控屏幕無法適應(yīng)的震動和預(yù)期的溫度，然而，在特斯拉自己開始對相關(guān)產(chǎn)品進行測試時卻驚人地發(fā)現(xiàn)，一個并不是為應(yīng)付特殊環(huán)境而設(shè)計的普通筆記本電腦顯示屏，已經(jīng)能夠輕松地應(yīng)付，而實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、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?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，載著他的直升機需要進行冰面低空飛行，并在適當?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，當時在直升機上筆記本電腦完全沒有任何反應(yīng)，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(jié)構(gòu)被破壞。除電力因素以外，硬盤的機械系統(tǒng)也被凍住，電機停止轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)，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(yù)熱硬盤驅(qū)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(jù)克倫彭博士的同事馬丁·席勒（技術(shù)設(shè)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(jù)他的介紹，AWI（American Watchmaker Institute，美國制表者協(xié)會）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(huán)境準備的設(shè)備也被用于極地探險：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(jīng)常被用于記錄工作。

除了寒冷，北極地區(qū)的偏遠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(xiàn)故障而被迫放棄，需要將設(shè)備帶回基地，只是因為雖然正確地安裝了Windows系統(tǒng)，但卻沒有激活它。最后，只能夠使用衛(wèi)星電話來解決這個問題。

沉入北冰洋

這些北極探險家還沒有經(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，同事們通常只是會嘲笑一下，因為幸運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。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(tǒng)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(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反光相機進行拍攝，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配件或外接電池，因為他必須刻意地保持設(shè)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(xiàn)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(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(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(shè)備。根據(jù)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(shè)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(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。至于移動太陽能充電器，他一直沒有較好的使用經(jīng)驗。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。馬丁認為，主要具備應(yīng)有的知識，做好該做的事情，基本上不會有什么意外發(fā)生。

然而，即使是經(jīng)驗最豐富的環(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(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，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)碼相機等硬件設(shè)備并不會出現(xiàn)什么無法解決的問題。根據(jù)萊蒙德·倫岑博士的介紹，對于國際空間站來說，通常考慮硬件是否會對環(huán)境產(chǎn)生危害多于環(huán)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(shè)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(huán)境，這對于宇航員來說將是致命的危險。因此，設(shè)備上的玻璃必須用塑料代替或覆蓋鋁箔。

每個硬件設(shè)備都需要經(jīng)過一個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，因為這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間很漫長，所以國際空間站上使用的硬件設(shè)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(lián)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(yù)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(tǒng)，計算機本身將保持不變。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(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？那就是被動散熱組件，因為在零重力環(huán)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(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(huán)境還導(dǎo)致國際空間站中使用的噴墨打印機出現(xiàn)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(fā)揮作用。

因輻射老化的芯片

另一個引人注意的問題是數(shù)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(chǎn)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(shè)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(dǎo)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(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的速度移動著，包含7個衛(wèi)星的中繼衛(wèi)星系統(tǒng)負責確保能夠不斷地廣播和保持數(shù)據(jù)鏈路，數(shù)據(jù)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(wù)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(wǎng)絡(luò)流量的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)絿H空間站。