南极洲，以及人类探索的极端后勤

原文链接： Antarctica, and the Extreme Logistics of Human Exploration

作者： a16z

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昨天，四名宇航员冒险前往了比以往任何人类都要远的地方。他们的地外家园是猎户座（Orion），一个 330 立方英尺的太空舱，在过去的六天里，它为他们提供了水、食物、空气，以及相当程度的奢侈：宇航员们拥有 iPhone、健身器材、五种辣酱，以及人类从未见过的宇宙景象。对于一个为期十天的任务来说，这已经是充足的娱乐了。

但是，想象一下，如果阿尔忒弥斯二号（Artemis II）被设计成一个为期 1000 天的火星往返任务呢？将旅程从几天延长到几年，可能会让太空舱显得不那么宜居——在这么小的太空舱里，船员们肯定会发疯的。但那是在他们耗尽补给之前。

猎户座太空舱上搭载了 90 人/天的氧气和 60 人/天的水，大约相当于每位宇航员每天 5 公斤的生活必需品。虽然产生氧气的电解机和水回收系统可能会让长期任务的必需品供应变得容易一些，但目前还不存在用于食物生产的类似硬件。这意味着我们的宇航员将需要补给任务，随之而来的是复杂的规划、采购、运输、对接以及执行这些任务的其他后勤工作。

任何试图描述 1000 天任务难度升级的尝试，都将既是讽刺也是极大的低估。为人类建造一个长期的、自给自足的栖息地是非常困难的。

然而，人类似乎被需要极端后勤的极端环境所吸引——无论是为了利润、地缘政治优势，还是仅仅出于对冒险的热爱。

曾经，人类几乎不可能在距离肥沃的河流三角洲几英里以外的地方生活；今天，有 10 亿人生活在沙漠中。直到几千年前，人类还很难跨越海洋；今天，我们拥有可以在水下潜航数月的核动力潜艇，以及可以在水面上航行数月的核动力航空母舰。人类已经在珠穆朗玛峰数万英尺的高处建立了大本营，在太平洋偏远的岛屿上过着平静的生活，并为了运动每年在死亡谷举办超级马拉松。

但在地球上所有恶劣的环境中，有一个脱颖而出：南极洲的阿蒙森-斯科特南极站（Amundsen-Scott South Pole Station）。

阿蒙森-斯科特站是人类有史以来建造的最孤立的永久有人居住的结构，甚至可能包括国际空间站（ISS）在内。ISS 距离地球表面仅 250 英里；而阿蒙森-斯科特站距离最近的城市——智利的威廉斯港——超过 2,400 英里。ISS 在补给任务期间大约每两个月与外界进行一次物理接触；而阿蒙森-斯科特站在长达八个月的南极冬季中完全与世隔绝。甚至连 ISS 上的互联网连接都比南极好。

当然，这种比较并不完全公平。人类花费了大约 1500 亿美元建造 ISS，而只花了 1.5 亿美元建造阿蒙森-斯科特站。（毕竟乘船旅行比乘火箭便宜。）但是，随着人类继续冒险进入太空，很难想象还有比在南极生活更好的在轨生活的地球模拟了。

这两个空间站的任务甚至都很相似。ISS 由宇航员科学家配备，南极任务的主要存在理由也是科学：距离人类其他地方数千英里，带来了黑暗、干净的天空。南极也很安静，与现代世界其他地方的喧嚣和无线电频率流量隔绝，这使其成为一个理想的环境。

考虑到这种相似性——以及这两个空间站都是由人类执行长期任务这一事实——ISS 和阿蒙森-斯科特站的目标是相似的：为你的探险家提供电力、食物、水、补给和理智，并在不依赖现代世界其他地方认为理所当然的复杂生存基础设施的持续访问的情况下做到这一点。

正如你很快就会看到的，这是一个巨大的挑战。以下是我们如何在南极洲克服它，以及它对下一代人类探索意味着什么。

每年，整个美国南极计划（US Antarctic Program）由一艘货船和一艘燃料油轮供应。这两艘船在二月初在麦克默多研究站（McMurdo Research Station）靠岸，这是南极洲唯一的港口，也是地球上最南端的海洋港口。在麦克默多，船只卸下 400 到 500 个装满物资的集装箱，外加 6,000,000 加仑的燃料。

这个补给任务中最简单的一步仍然是一场后勤噩梦：船只从加利福尼亚南部的怀尼米港（Port Hueneme）出发，在公海上航行数月，在新西兰靠岸，然后直指南方前往麦克默多，直到遇到冰层。一旦破冰船清理出航道并将船只靠岸，一整年的燃料、食物、衣服、医疗用品、各种维护零件（管道、电气等）和酒都必须被处理和编目，然后分散储存在美国在该大陆运营的数百座建筑中。

总而言之，去年的“深冻”（Deep Freeze）任务——这个货物旅程的恰当命名——在大约 1,100 名水手、士兵和其他美国政府人员的帮助下，将超过 3,000 万磅的货物和 3,700 人运到了南极洲。

物资抵达麦克默多后，必须被运过这片冰冻的大陆，而且要快：为期四个月的南极夏季从 11 月持续到 3 月，而在冬季进行补给运行困难得令人望而却步。

因此，在 2 月和 3 月（以及冬季之后的 11 月、12 月和 1 月），一架补给飞机必须每隔一到两天往返麦克默多和阿蒙森-斯科特南极站一次。

这些 100 英尺长的飞机由美国空军第 109 空运联队运营，并且是为南极任务定制的：“LC-130”基于普通的洛克希德 C-130 大力神运输机（美国空军其他部队用于部队和货物运输），但起落架换成了滑雪板。它们还配备了八枚火箭，在南极空气变得太稀薄和寒冷时帮助飞机起飞。

（它们看起来和你想象的一样酷。）

这些飞机还使用一种经过特殊改装的燃料 AN-8，其凝固点低于其衍生的 JP-8 喷气燃料。这种改装是绝对必要的：JP-8 的凝固点是华氏 -52 度（-46.7°C）；南极洲的燃料储存井温度可降至华氏 -60 度（-51.1°C）。AN-8 燃料在华氏 -72 度（-57.8°C）冻结，使其成为南极机队唯一可行的选择。

巧妙的是，AN-8 也是阿蒙森-斯科特站发电机使用的燃料。因此，LC-130 飞机会加注过量的燃料，以便在旅途中途将大约 2,000 加仑的燃料卸入该站的储备中。

然而，即使经过 80 次飞行，该站仍然需要更多的燃料才能熬过冬天，而这些燃料不是由飞机运送的，而是通过南极穿越（South Pole Traverse, SPoT）在陆地上运送的。

SPoT 是每年三次的旅行，由拖拉机列车在 1,000 英里长的“麦克默多-南极公路”上行驶，这是一条由压实的雪而不是沥青建成的公路。南极洲上的第一辆汽车是一辆名为 Antarctica 1 的大众甲壳虫；如今，这条路线由改装过的农业拖拉机运行，包括巨大的卡特彼勒拖拉机，它们在每次旅行中都会重新压实积雪并整理路线。

1963 年、1985 年和 2017 年的南极地面交通。

这段旅程需要几周的时间，但对于美国南极计划来说绝对是值得的——每次从北向南的旅程可以运载相当于 33 架 LC-130 航班的货物，这三次旅行加起来可以将大约 300,000 加仑的燃料装在扁平的聚乙烯燃料囊中运到南极。

在美国本土，一加仑类似喷气燃料的成本约为 4 美元。将同等的一加仑燃料运到南极的成本接近 40 美元——这使得南极一个正常冬季的燃料账单达到了惊人的 18,000,000 美元。

阿蒙森-斯科特南极站的发电厂额定功率为 1 兆瓦（MW），但在正常的一周内，平均输出功率仅为约 600 千瓦（kW）。如果那个发电厂发生故障，研究人员将被困在完全黑暗和平均外部温度华氏 -56.2 度（-49°C）的环境中——因此，它有许多层冗余来确保它永远不会发生故障。

备用发电形式是三台 CAT 3512B 柴油发电机，每台额定输出功率为 750 千瓦。

通常一次只运行一台，这意味着两台可能发生故障，该站仍将保持完全供电。备用发电机还有另一个备份，站内的研究人员称之为“救生艇”，这是一个带有两台 250 千瓦 CAT 3406B 发电机的应急发电厂，可用作中央配电或反向馈入主发电机以使其重新启动。救生艇既可以从普通的、埋在地下的“拱门”燃料箱中抽取燃料，也可以从完全隔离的、容量为 68,000 加仑的应急储备箱中抽取。这些发电机同时充当该站的电力和供暖，因为废气被通过管道循环到散热器、地板采暖和空气处理单元中的热交换器。

为什么要用柴油？这是现有最不坏的选择。

地热行不通，因为该站坐落在两英里厚的冰层之上。太阳能行不通，因为该站有六个月的完全黑暗；即使在最高峰时，太阳也不会升到地平线以上 25 度，所以阳光穿过更多的大气层，产生的电力比太阳在正上方时要少。他们曾在 20 世纪 60 年代尝试在麦克默多使用核能，但反应堆在十年的运行中发生了 438 次故障，最终污染了周围环境，并需要付出巨大努力来处理受辐射的土壤和岩石。（也许值得在南极尝试一个不是建于 20 世纪 60 年代的新反应堆！）比利时在南极洲的伊丽莎白公主站（Princess Elisabeth station）主要由风能供电，这不是一个坏主意——该站经常有 300 公里/小时的大风——但它需要大量的维护来应对寒冷、阵风和积冰等问题，所有这些都需要有人到站外去进行维修。

这就是为什么柴油尽管昂贵，却成为世界各地几乎所有远征任务的首选燃料的原因，从印度的手机发射塔到中东的美国军事基地：它很可靠。

幸运的是，南极研究站被淡水包围。不幸的是，这些水是冻结的，这意味着这些站必须消耗宝贵的能量来融化、泵送和处理水，使其可以安全地用于饮用、烹饪以及分配给每位研究人员的每周两次淋浴（每次上限为两分钟）。

阿蒙森-斯科特站通过一个“Rodwell”供应淡水，该井以 1963 年设计它的工程师 Raul Rodriguez 的名字命名。这个系统很简单，但很巧妙：你在雪地上钻一个洞，然后不断地往里面注入热水。热水融化了雪，形成了一个巨大的地下湖。只要你不断注入热量，这口井就会继续扩大并为你“生产”更多的水供你抽出和使用。

在加热和泵送之间，将一加仑水抽到地表大约需要 620 瓦时的电力，或者大约足够你的笔记本电脑充电整整一周。这就难怪南极研究人员被限制洗两分钟的澡了！

食物要容易储存得多，因此在整个冬季都容易维护，因为南极的地下冰可以作为一个巨大的冰柜。该站的食物储存在华氏 -70 度（-56.7°C），所以虽然新鲜农产品只能在夏季空运到该站，但总是有充足的肉类。该站还有一个温室，里面种植着普通的蔬菜和水果，让居民在漫长的冬季里能吃到一些农产品——每周大约 10 公斤新鲜食物，或每位居民每周半公斤（约 1 磅）。

该站居民的食物是在一个完整的现代厨房里烹制的。大多数电器都是电动的，考虑到 9,301 英尺的高海拔，水在华氏 200 度（93.3°C）而不是华氏 212 度（100°C）沸腾——但除此之外，如果你把这个厨房误认为是你的大学宿舍，那也是可以原谅的。

阿蒙森-斯科特站的平面图看起来与你预期的差不多。整个空间站的整整三分之一（约 25,000 平方英尺，或每位冬季居民 500 平方英尺）专门用于住房。有大量的科学设施（10,000 平方英尺），医疗和行政设施（5,000 平方英尺）以及一个大型用餐区（4,500 平方英尺）。

但有一个惊喜：12,000 平方英尺专门用于娱乐，占总空间站面积的六分之一。这个娱乐空间分为举重室、电视/游戏室、专门的艺术与手工室、安静的阅览室、桑拿浴室和篮球场。

考虑到南极对空间的极大溢价，这是非常了不起的——但这是有道理的，因为幽居病一直困扰着南极研究人员。在六个月的完全黑暗中，要把 50 个人在一个密闭空间里娱乐（并保持理智）是很困难的！

而且，不幸的是，阿蒙森-斯科特基地缺乏可靠的互联网接入。没有光纤，也没有微波连接，这使得基地完全依赖断断续续的卫星互联网。星链（Starlink）可以使用，但不幸的是会干扰现场的一些射电望远镜，因此基地被迫使用中地球轨道（和低吞吐量）星座，如铱星（Iridium），来连接到互联网——但因为这些星座的设计是为了服务地球的中纬度地区，而不是两极，所以那么远的南方的服务充其量也就是断断续续的。

驯服南极洲的挑战并非全是技术性的。根据 1959 年的《南极条约》，这片大陆将由地球上的所有国家和平共享——而在零叛逃者的情况下实现全球合作，事实证明就像它看起来一样具有挑战性。

与普遍的看法相反，《南极条约》并没有 2048 年的到期日。该条约于 1959 年签署并于 1961 年生效，最初是为了限制冷战的表面积而制定的——美国和苏联都不想在另一条冰冻的战线上作战，所以这两个超级大国起草了该条约，将南极与冲突隔离开来。在这样做的过程中，他们使这种和平永久化；即使在 2048 年审查该条约时，所有更改也必须是一致同意的。

如果你问《条约》，南极洲引起世界各国如此多关注的原因只有一个：科学。第一条规定，该大陆只能用于和平目的；第二条规定了科学调查和合作的自由。第四条规定，在各国提出任何领土主张的问题上，基本上实行了永久暂停。1991 年签署的条约补充协议《环境保护议定书》禁止开采南极洲的资源，“除非是为了科学目的”。

也许不足为奇的是，近年来，中国和俄罗斯都测试了这些“科学目的”的极限，这导致许多人认为他们对这片大陆的兴趣并非严格意义上的学术。

作为苏联的继承者并继续作为该条约缔约国的俄罗斯，似乎在科学上对石油发现特别感兴趣。2012 年，俄罗斯钻穿了整个冰盖，到达了南极洲表面两英里以下的沃斯托克湖（Lake Vostok），这显然是未来采矿活动的明显技术先兆。额外的钻探活动被辩解为“地震调查”，但随后俄罗斯宣布他们在南极洲发现了一个巨大的、储量达 5110 亿桶的石油和天然气储量。作为背景，全球探明的石油总储量约为 1.5 万亿桶。这可是很大的科学价值！

就中国而言，它似乎将其南极研究的重点放在了商业捕鱼活动上。2021 年，中国和俄罗斯联手阻止在南极海域建立新的海洋保护区，理由是需要对这些地区进行“进一步的科学研究”。中国的（表面上是商业的，但肯定是政府批准的）远洋捕鱼船队发现该地区相当有利可图，并被指控捕捞了超过南极领地系统允许数量的磷虾。2025 年，中国福建正泉公司在南极海域部署了一艘全新的、价值 1 亿美元的磷虾“超级拖网渔船”，这是他们在该地区积极扩张的又一个例子。

这些对《南极条约》精神的更明显颠覆，辅之以两个参与者更小的不良行为实例：中国在没有首先提交正确文件的情况下建造了一个新的研究站（也许是工程国家对我们律师冲动的胜利）；中国的新站被指控拥有可能干扰在轨美国卫星的设备，并从美国麦克默多站收集信号情报；俄罗斯试图通过例如将飞机停在俄罗斯站的跑道上以防止检查员飞机降落来逃避其他国家的强制检查。

作为回应，美国正计划将其自身的南极资金削减一半。

人类至少部分地驯服了南极洲，这一事实简直是个奇迹。在地球上最冷、最干燥的沙漠中让人类存活下来仍然很困难——但多亏了我们的后勤技能（以及对探索重要性的纯粹固执），我们在南极建立了一个永久的家。

这，真的，就是我热爱南极洲的原因。不是为了鱼，或者石油，或者宣布净零排放研究站的宣传价值，而是出于对这项游戏的热爱。我的意思是，作为人类探索和我们仅仅因为想做就去做事的能力的象征。

这样的象征很重要，尤其是在一个似乎认为探索时代已经结束的世界里——我们已经看遍了整个地球，最好把目光投向星空，以重新点燃人类的冒险精神。在地球上和地球之上仍然有很多探索要做！我们可以在地下洞穴和隧道中寻找，在海洋底部和同温层顶部，以及在格陵兰岛巨大的冰盖下。我们可以把撒哈拉沙漠变成热带雨林，重新填满大盐湖，让废弃的索尔顿海再次繁茂。我们可以在热带雨林中找到埋藏的古庙。我们可以重新编程我们的基因。我们可以创造人造大脑。

而且我们可以冒险进入宇宙。随着我们的宇航员在接下来的几天里完成绕月飞行的阿尔忒弥斯二号任务并返回地球，我希望我们能利用他们旅行的动力来加速人类探索。削减南极资金是一场悲剧；使国际空间站脱离轨道（而不是把它推高，使其成为人类第一个轨道博物馆）是对历史的嘲弄。我们应该扩大，而不是缩减我们探索星球和宇宙的野心。

为什么？

因为那里有待探索。