利用东方站设施作为国际研究该湖的第一步

额外的观察地点深钻渗透到沃斯托克湖在可预见的未来可能不会发生。在沃斯托克湖表面已经有了一个研究站，而花费金钱、时间和精力在那里建立新的生态上不可接受的研究站(观测站)是不合逻辑的。Vostok站)，以及一个接近冰湖边界的稳定洞(图11.5)。

图11.5。Vostok站5G和5G-1钻孔(继Kudryashov et al.， 2000年之后):(a)倾角;(b)井眼方案。

这个洞(5G)是多年来复杂而细致的钻井作业的结果。该井最初使用直径为152米的热钻钻至2500米深，井眼直径为154毫米。钻头在2250米高的地方被卡在了洞里，当时钻头正在将其提升到地面。电缆在钻头顶部被切断，并从孔中取出。与原始孔5G的偏差约为

钻井深度为2200米(在丢失的钻头上方50米)，并使用另一个132毫米热钻钻5m -1孔至2755米。直径扩大到139毫米。继续用机电钻对更深层的冰层取芯，直到今天的3623米深度(Kudryashov等人，2000年)。为了弥补外部压力减小了孔的直径，该孔被注入了约60吨的钻井液。为此，通过添加增稠剂(Forane F-141b)，提高了航空煤油(钻井液的主要成分)的密度，使孔内流体密度达到928 kgm~3。孔内液体的高度保持在距离地面95米的深度。在这种情况下，冰的覆盖压力略高于孔底液体的静水压力(0.1 Mpa)，因此，湖水与孔内液体之间的任何连接都不会污染湖泊，并且根据计算，底部孔的闭合程度很小——小于0.1mmyr_1。这意味着这个洞将是开放的，并为任何国家和国际项目的运营做好了无限期的准备。在花钱设计新的观测站(观测点)和钻孔之前，应该考虑东方站和现有深钻孔所提供的优势。为了达到这种水平的信息和合作，所有的科学家必须学会以类似的方式再次合作国际地球物理年(IGY) 1957-1958年及以后。当时，在南极洲工作的不同国家的科学家表明，联合团队工作对所有人都有好处，从而为科学研究提供了依据南极条约尽管两个深入参与南极研究的国家(美国和苏联)因冷战而在意识形态上存在分歧。

《南极条约》及其精神是扩展到空间探索和后续空间条约的成功国际合作的典范。然而，关于沃斯托克湖的科学研究和对该湖的渗透，《南极条约》早期的精神部分消失了。

在一年内，一个新的科学冒险将会发生国际极地年(IPY)，它应该为愿意在南极洲合作研究沃斯托克湖的新一代科学家提供刺激。

一个相关的项目是由喷气推进实验室(NASA)开发的，目的是穿透木星的一颗被冰覆盖的卫星欧罗巴的冰下海(第一章)(Carsey和Horvath, 1996)。1996年10月28日至29日喷气推进实验室主办的地球-欧罗巴讲习班讨论了这个问题。研讨会致力于对地球和木卫二具有明显相似之处的某些特征进行比较研究的可能性。《自然》杂志在研讨会前4个月宣布了沃斯托克湖的发现，沃斯托克湖的条件与新发现的木卫二冰壳下的“冰下”海之间的有趣相似之处是人们关注的中心。

按照计划，这些名为“冷冻机器人”(图11.6)的设备将从木卫二的冰层表面进入其“冰下”海洋，并从南极冰盖表面进入冰下湖沃斯托克号，通过融化-升华冰体中的一个洞穴，在重力作用下下沉到下面的水空间，而不需要在他们身后的冰上保持一个钻孔。

喷气推进实验室(JPL)在南极的原位探索，作为对木卫二的模拟

电缆

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冰下的科学目标

•了解可能的平行生物进化

•沉积物结构

•物理海洋学

测量

水流盐度(电导率)火山喷口挥发物可见/声纳成像温度，压力生物

	冰中的科学目标
•	存在，生物制剂的影响
•	地层学/气候raybet雷竞技最新
测量
•	配置文件冰的温度，
	密度、颗粒
•	同位素丰度
•	生物制剂

欧罗巴低温机器人原理图

图11.6。美国宇航局喷气推进实验室(美国)的低温机器人，它应该从木卫二的冰面到它的“冰下”海，在重力作用下融化-升华冰体中的一个洞穴，并下沉到下面的水，而不需要在它后面的冰上保持一个钻孔。1996年，NASA也建议用这种装置研究沃斯托克冰下湖(喷气推进实验室项目，1996年)。(1)“热熔钻头”钻出直径约15厘米的孔;(2)热源模块;产生约4千瓦的电力;(3)水下机器人研究湖泊内部;(4)线轴电缆，连接到表面;和(5)洞，它将被重新冻结在冷冻机器人后面。

这是可能的，因为连接低温机器人与表面的电缆将在低温机器人内部盘绕，因此当设备下沉时将解开盘绕，类似于第3章中描述的菲尔伯思探头。

从南极冰盖融化冰到沃斯托克湖所需的能量约为5千瓦，垂直速度约为1.5米每小时，能量将通过电缆从地表传输。1996年，有人提议通过美国国家科学基金会极地项目办公室的奖励，为沃斯托克湖开发和制造低温机器人。据估计，这种设备的第一次测试将在深的冰在南极洲或格陵兰岛，但近8年过去了，没有太多的生产/人工制造进展。

一项对木卫二的研究计划提出，低温机器人应该携带穿透木卫二冰层的所有能量，而连接到表面的电缆只用于与表面的信息通信。在这种情况下，直径16厘米的低温机器人的“通用热源”(GPHS)模块应该携带大约与燃烧约2000公斤煤油所释放的能量相同的能量，即仅通过核能可以在图11.6所示的空间中放置和释放的能量。因此，得出核动力反应堆将用于进行行星探索的冷冻机器人的结论是合乎逻辑的(Elliot et al.， 2003)。

关于这一点，1963年，卡皮察博士和我提出了一个冰下自主站(SGAS)，用于穿透南极冰盖，研究底层水层或冰下湖(如果存在的话)。我们建议使用小型核武器电厂安装在SGAS密封容器的下部，该容器将包括各种仪器和设备。核电站必须产生足够的能量来融化到冰盖的底部。不需要打洞，因为SGAS本来应该在一个被装置融化的水洞中下降，而水洞会在其上方重新冻结。与冰盖表面的通信将通过无线通信保持。苏联科学院原子能研究所批准了该项目。该研究所同意提供一个100千瓦的小型(直径约0.5米)核能反应堆，小到足以安装在SGAS的容器中，一个直径为0.9米的圆柱体。这一动力源将提供垂直穿透冰的计算速度略高于1米小时1分。换句话说，SGAS可以在不到4个月的时间内到达东方站地区以下的南极冰盖底部。该装置将被安装在冰盖表面的一个特殊孔中，然后启动核反应堆。

由于反应堆的保密状态问题，该项目从未实现。还有另一个障碍。在这个项目的早期阶段，我们不知道如何将SGAS带回冰盖的表面——我们不能把它留在冰盖的底部，因为《南极条约》禁止在南极处理核电站等项目。12年后，这个想法再次被讨论。将SGAS带回冰盖表面的问题在1975年得到解决，当时我正试图出版关于冰川热物理学的书。书中有一章讨论了在南极冰盖中心部分处理放射性废物的可能性(Weertman et al.， 1974;泽勒等人，1973)

从热物理的角度来看(由于核废料的核能耗散导致冰融化，导致装有放射性废料的容器下沉到冰盖底部(Zotikov, 1986))。在当时的苏联，所有与放射性废料处理有关的事情都是保密的。我去了苏联核能管理委员会的最高层，把我的手稿拿给委员会副主席莫罗乔夫博士看，我们讨论了很多问题，包括SGAS的返回问题。几分钟后，他想出了解决办法。由于SGAS的重量大于它在融水洞穴中排开的水的重量，所以它会一直融化下去。如果在冰盖的底部，它的重量可以减轻到小于它排开的水的重量，那么它就会开始漂浮在它的水洞里。如果我们把核反应堆产生的热量放在它的最上面，这个设备就会开始熔化。在这种情况下，它将不是SGAS，而是sars(冰川下自主可返回站)。

这个想法在1994年有了新的兴趣(Zotikov, 1993)，在1993年的第一次剑桥研讨会之后，当时沃斯托克站下面存在着一个巨大的冰下湖。同一个原子能研究所(现在的库尔恰托夫研究所)同意了我的建议，参与设计一种新的、不同类型的装置。该研究所建议，它应该由一个产生0.5-2兆瓦热量和100千瓦电力的核热电厂提供动力——能够在这样的环境中工作多年湖泊类型Vostok(图11.7)。

这个对沃斯托克湖进行长期研究的项目在1995年的第二届剑桥研讨会上提出，但此后人们对在南极洲使用核能发电的态度发生了变化，似乎在这种情况下使用核能会遭到反对。我被告知东方科考站位于澳大利亚宣称为其领土的南极洲区域。澳大利亚禁止在其国内使用核能，我们预测澳大利亚将反对这一项目，尽管《南极条约》冻结了对南极洲的所有领土要求。

在一个名为“帕尔默探索:寻找地下生命”的项目中，提出了利用核能通过低温机器人设计来融化其他星球上的冰盖的想法(French et al.， 2001)冰盖火星”(私人公社。，卡西迪博士，2004)。帕尔默探索号是美国宇航局火星北极帽任务的主要候选人，该任务是在冰盖的基础区域寻找现存生命。图11.8显示了火星北极帽的图像，拟议的帕尔默任务着陆点的大致区域由一个椭圆形显示。

据信，北极帽是由冰和灰尘的混合物形成的，厚度约为3公里，从极地延伸到数百公里以外。这个冰帽的底部比它的表面要温暖得多，就像在南极一样，但有一段时间，人们认为这个冰帽的底部没有融化和液态水，因为它的厚度不够(Clifford, 1987)。然而，最近从火星轨道器激光高度计(MOLA)数据的研究中发现了冰盖的一些特征，这些特征可能被解释为北极帽冰下水灾难性外流的迹象(Fishbaugh和Head, 2002)。

图11.7。核动力的SOARS，能够从南极冰盖的表面飞到沃斯托克湖，融化冰体内的一个水洞，然后沉入湖中，在那里停留数年，然后浮在融水的洞穴中回到表面。作者在沃斯托克湖的第二届剑桥研讨会上提出了这一概念(在俄罗斯科学中心“库尔恰托夫研究所”绘制之后)。(1)下热钻;(2)核热电机组;(3)指挥台;(4)科研、导航、通信设备块;(5)监测/存储多年的湖底过程信息(水压、地热热流、生物和其他条件变化)的装置;(6)压载舱——注满水使车站下沉，无水使车站表面借助上部热钻(7)进行溶洞上部的熔化。

图11.7。核动力的SOARS，能够从南极冰盖的表面飞到沃斯托克湖，融化冰体内的一个水洞，然后沉入湖中，在那里停留数年，然后浮在融水的洞穴中回到表面。作者在沃斯托克湖的第二届剑桥研讨会上提出了这一概念(在俄罗斯科学中心“库尔恰托夫研究所”绘制之后)。(1)下热钻;(2)核热电机组;(3)指挥台;(4)科研、导航、通信设备块;(5)监测/存储多年的湖底过程信息(水压、地热热流、生物和其他条件变化)的装置;(6)压载舱——注满水使车站下沉，无水使车站表面借助上部热钻(7)进行溶洞上部的熔化。

在一份名为“帕尔默探索:在火星冰盖下寻找生命”的提案中，该提案的首席研究员卡西博士写道:“这项任务是以纳撒尼尔·b·帕尔默命名的，他是一名勇敢的21岁美国船长，他驾驶着47英尺(14.2米)长的英雄号帆船，在11月前往南极洲海岸寻找海豹

图11.8。mola衍生的火星北极帽的图像(Carsey, 2004，私人公共。)图片中的椭圆形区域显示了在冰中寻找生命的计划，这是帕尔默探索任务的一部分。

1820年，成为第一个看到南极陆块在现在的帕尔默地我们计划以他为榜样，在火星上大胆地寻找生命;我们不知道会发现什么。”

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