智利矿难营救中的科学

10月13日智利矿难33名被困矿工被成功营救。他们自8月5日以来，已经创造了被困地底时间最长、且成功生还的世界纪录。中国作为矿难频发的国度，我们更应该关注奇迹背后的“必然”。 在长达两个多月的救援过程中，智利政府动用了所有可能的力量对被困矿工进行救援。国家应急机制完善、尤其是井下紧急避难所的建立，对矿工延续生命起到了关键作用。而在救援中所运用到的新科技，大到30吨大型钻井机、“胶囊”救生舱，小到安慰矿工心灵的投影仪和灭菌铜纤维短袜等高技术的运用，都对救援的最终成功起到了重要作用。

航天科技保证矿工的营养和健康

8月22日，33名矿工被发现依然幸存后，卫生部长马纳利奇说，营救“预备计划”的第一步是让受困矿工“恢复营养”，接受专业治疗。被困矿工所处封闭地下环境与宇航员所处环境相似， 来自美国和日本航天局的救援物资能让被困矿工的被困生活健康和舒适，每天定时的体检也防止了疾病在矿井下爆发。

救援人员正在向井下矿工输送补给，这一套设备每天要往返40次，为矿工送去食物和其他必需品并带回他们的信件和脏衣物。 营养学家们将食品打包后等待通过管道运送至井下的几分钟时间，对食品进行高温加热，以防它们受到细菌感染。 矿工们还得到了一些袜底加入铜金属丝的特制抗菌短袜，防止他们出现皮肤问题

“白兰鸽”每天40次运送食品药品   为了给矿工运送食品和药品，营救人员还设计了一种名叫“白兰鸽”的救援器材。这是一根5英尺宽，约１.5米长的空心圆柱，工作原理相当于气体导管，能穿梭与地上和地下。救援人员向“白兰鸽”中装入补给品，然后通过通风管送到矿工避难处。这一套设备每天要往返40次，为被困矿工送去食物和其他必需品并带回他们的信件和脏衣物。   NASA专家特制菜谱：控制热量防止肥胖   英国朴茨茅斯大学生理学教授迈克・迪普敦认为，在地下那样一个密闭的空间长期生活，防止生病和传染是一项极为艰巨的任务。考虑到地下长期居住的环境，与国际空间站有相似之处，智利政府求助于美国宇航局。9月开始来自美国营养师为被困矿工制定了特殊的食谱，限定矿工每人每天摄入的热量不超过2200卡路里，以防止肥胖。考虑到矿工身处的敏感环境，营养学家们将食品打包后等待通过管道运送至井下的几分钟时间，对食品进行高温加热，以防它们受到细菌感染。有些矿工称想喝酒、抽烟解闷。但智利政府咨询了美国宇航局(NASA)的相关专家，NASA专家组领队迈克尔・邓肯得到的答复是：不允许。他表示，在一个封闭的空间，烟草对他们的健康是有害的。不过救援人员给矿工们送去了戒烟贴片和尼古丁胶糖，这些东西有助于克服烟瘾发作。”   抗菌短袜防皮肤病 太空内衣更舒适   此外，井下井下温度几乎一直维持在32摄氏度，环境在闷热潮湿，为了让被困矿工保持健康舒适，援救人员通过“白兰鸽”给他们送了一些用透气布料制成的T恤和短裤。此外，矿工们还得到了一些袜底加入铜金属丝的特制抗菌短袜，防止他们出现皮肤问题。被困矿工搬到了更干燥凉爽一处隧道作为营地，温度只有15℃到18℃，而原来的避难所被作为洗浴的地方。地面用太阳能加热的水被送到地下，让矿工用于洗澡。多余的水流到矿井更深处，它们能起到降温和抑尘的作用。   日本宇宙航空研究开发机构提供了用“太空服”材料生产的内衣等救援物资。这批救援物质包括与宇航服相同材质的内衣，以及通过宇航机构和民间企业的共同技术研发制造出的产品。“太空内衣”具有出色的吸湿性和除臭性，能让矿工们在平均气温35℃左右的地下过得更加舒适。此外，日方还向智利政府提供了具有减压效果的“太空食品”黑糖和薄荷糖。   每天体检避免传染病   智利卫生部长海梅・马纳利奇9月1日表示，为帮助受困矿工更舒服地度过等待获救的几个月，建议井下要模拟昼夜环境。为了保证正常的生物钟，他们依靠点亮和熄灭头灯来区分昼夜。“预备计划”要求受困矿工将所在区域划分成三部分，一个用于睡觉，一个用于工作，另一个用作厕所。被困矿工中有一名矿工约尼・巴里奥斯曾经接受过医护训练，每天必须检查所有矿工的生命体征，如进行验血和验尿，检查是否有皮肤感染，并密切关注他们的体重。所有的检查结果都被送给地面的医务人员作详细分析。8月28日，救援人员把一些破伤风和白喉疫苗送下井，由他为所有矿工注射。

基于人道主义进行心理救援

马拉尼奇说:“我们必须确保被困矿工们身体和心理上的健康。如果他们在心理上失去平衡,那么他们可能会在井下制造恐慌和暴力,这无异于是一个巨大的灾难。”救援专家们表示，为了防止矿工们因被困在狭小的空间里，产生恐惧感或造成其他的心理问题，为救援人员运用科技，让矿工们与外界实现书信、电话、视频交流沟通。还向NASA专家征询对如何保持长时间处于密闭空间内人员的情绪和心理健康建议。

从9月4日开始可通过柔韧性超强的光导纤维电缆与救援者和家属进行视频交流 矿工亲属关注被困矿工在地下的情况

NASA提供“太空人”式心理指导及抗抑郁药物   智利卫生部长贾姆•马拉尼奇8月26日表示，营救时间将会一直持续到圣诞节前。在长达3个多月的时间里,他们的心理可能会出现问题。有5名矿工情绪抑郁，不想吃东西，不愿在镜头前露面。政府安排一名心理医师当天晚些时候对这5人实施远程治疗，智利政府决定为33名被困矿工提供抗抑郁药物。   为了让受困矿工保持更好的状态，智利政府与NASA取得了联系，希望就如何保持长时间处于密闭空间内人员的情绪和心理健康征询建议。一名智利官员表示，矿井狭窄、密闭,和宇航员身处的太空站差不多，相信他们能提供有效的指导。   投影仪、便携音箱打发无聊时光   “白兰鸽”还将三台微型投影仪送入地下，矿工们可以通过投影仪看电影或者与家属的视频。一名智利科技记者给被困矿工一台便携音箱，仅有8英寸20厘米长。智利矿业部长戈尔沃内说,他们组织井下被困矿工参加各种团队活动,以保持他们的心理健康。为了使他们不致空虚,救援人员通过“白兰鸽”向矿工们提供了扑克、掌上游戏和图书。在他们被发现之前，矿工已经制作出他们的多米诺牌，并开设了一个名副其实的地下赌场来维持他们的精神。   光导纤维电缆使矿工能与家人视频通话   伦敦大学博士、高级心理学家詹姆斯汤姆森认为，33名矿工心中充满了与家人诀别的恐惧。在救援中，救援人员尽快满足被困矿工与亲人交流的需要，在8月29日把电话线送至井下。受困矿工时常通过“白兰鸽”与家人互通书信。从9月4日开始可通过柔韧性超强的光导纤维电缆与救援者和家属进行视频交流，这种电缆即便是在地下蜿蜒崎岖的岩壁间也能顺利传输。在整个地下生活与营救行动过程中，光纤通讯设备也担负起了现场直播的任务。从9月中旬开始，一名私人健身教练还通过闭路电视，每天带领受困矿工健身一小时。智利卫生部长表示，这不仅帮助矿工保持良好的精神状态，还能让他们保持27英寸腰身，方便日后通过窄洞升井。另外，矿工共用一部iPod连接扩音器收听音乐广播。他们还能通过一个临时屏幕观看通过光纤电缆传输到地下的电视剧、电影和国家队的橄榄球赛。救援人员还对家属通话的内容给予指导，所有的内容都朝着积极的目标，给被困矿工以鼓励。

高科技手段助力升井救援全程

10月13日凌晨，首位成功升井的矿工阿瓦洛斯走出救援舱。至13日晚间33名被困矿工全部获救。智利卫生部长马纳利奇13日说，圣何塞铜矿被困矿工的最后阶段救援行动进展非常顺利，情况好于预期。 孰不知，在这最后的救援过程每一个细节都经过了各方专家慎重的考虑和科学的考量。

重30吨大型钻井机开凿救援通道 参与智利被困矿工救援任务的三一SCC4000履带起重机在电控、力限系统、液压装置等方面都处于世界先进水平。 在救援过程中，最引人关注的设备是“凤凰号”，命名寓意矿工们依靠它重获新生。 为了保证升井过程安全有效，救援人员们对矿工“全副武装”

重30吨大型钻井机开凿救援通道   为将矿工平安救出，救援方制定了Ａ、Ｂ、Ｃ行动计划，分别使用三台不同挖掘机械。根据救援B计划，他们将用一种特殊的钻机，穿透坚硬岩层，开凿出救援隧道，直通矿工被困的空间。当日8时零5分，救援计划B的工程人员成功使用的重型挖掘机完成了隧道全程624米的挖掘，接下来的几天，工程人员对隧道进行拓宽和加固工作。10月11日用金属管完成救援通道内壁加固，以防矿工升井时通道墙体出现塌方险情。   重达400吨世界顶级起重机：中国制造   此次参与智利被困矿工救援任务的三一SCC4000履带起重机被誉为“神州第一吊”，在电控、力限系统、液压装置等方面都处于世界先进水平。它起重达400吨，是目前中国出口到南美洲最大吨位的履带起重机。它刚刚结束了智利两大火电站建设的吊装任务，还参与了该国大型风电项目的吊装工作，工作性能非常稳定。一旦测算和准备工作结束后，起重机将首先完成救援通道内壁的吊装工程，随后根据现场情况决定如何吊装“救援胶囊”（即救人用搭载舱）。   专业救援胶囊“凤凰号”：依次搭载33名矿工   在救援过程中，最引人关注的设备是“凤凰号”，命名寓意矿工们依靠它重获新生。它形状外形如子弹看，上部白色，下部红色，中间是蓝色的铁笼，看上去类似胶囊，因此媒体用“胶囊”形容它。这个救生舱由智利海军制造，上去像一个由铁丝网围起来的笼子，长3米，内部高度约1.9米，直径大约70厘米，仅稍宽于人的肩部，重约400多公斤，只能容纳一人在其间站立。救生舱内装备有供氧系统、内置音视频通讯系统和逃生设备，配备防护手套、眼罩和安全带。在救援通道被拓宽后，它从700米深的地下依次搭载33名矿工升井，被困矿工进入舱内10-15分钟即可到达地面。   升井过程矿工“全副武装”：特制衣服保持体温   救援开始前，各方专家为矿工在生理和心理上可能出现的问题做了充分准备。矿工们从三天前开始服用阿司匹林来预防血液凝固，以防在接近地面的上坡路段出现血压骤升或骤降的状况，并穿上了保持体温的特质衣服，戴上了能监控心率和体温的生物测量腰带。由于在晚上升井，矿工还将面临短时间内从井下32℃的高温到地面的0℃以下，宇航局特意为他们准备了高热量流食，在升井前12小时开始进食。富含钾镁元素的流食能帮他们克服在旋转升井的“凤凰号”内的眩晕恶心感。   救援时，智利政府将派出一名矿业救援专家和一名医护人员，乘坐搭载舱到达地下，他们会对矿工进行身体检查，并把升井过程中可能会遇到的问题包括如何呼吸等等细节都告诉矿工们。随后，一名名矿工依次乘坐救生舱升井。   为了保证升井过程的安全有效，救援人员们对矿工“全副武装”，采用多种方法确保他们的安全。 在救援舱内，矿工直立，身上绑好安全带，矿工们将会穿上特制、重量超轻的防水服。他们还将戴上各种监护仪器，监测心跳、呼吸频率、体温等，随时向地面传送数据，以便地面人员可随时监控任何细微的身体变化。在矿工的头部，还会戴上一个装配有耳机和麦克风的小型氧气罩，这可让他们与救援人员保持实时联络。而捆绑在小腿的绷带将会防止出现矿工身体的血液循环出现问题。此外，一旦“凤凰号”在升井过程中卡住，矿工可以自行解开系在腰间的安全履带，以让自己重新降回到矿井底部。医生们担心在经历长时间无光照环境后，矿工们的眼睛将无法承受瞬间的变化，为此，矿工们在升井过程中还将戴上舱内配备的护眼罩。   多套营救预案应对不同情况   救援舱卡在隧道中。由于救援隧道长达600余米，而且岩壁情况复杂。为了加快救援进度，只对其中不稳定的几十米铺设了内壁，如果在升井过程中岩壁崩塌或者救生舱偏离轨道，就可能出现“卡壳”。考虑到这种可能性，救生舱中配备了氧气面罩和对讲机，矿工戴的具有视听功能的头盔也将随时和地面保持联系。一旦出现“卡壳”情况，矿工将启动紧急系统，届时救生舱会分离成两部分，其中一部分在水压系统帮助下把矿工送回到矿井底部，然后救援人员再设法将另一部分运出地面，换用小一些的救生舱继续救援。   如果计划彻底失败，被困矿工无法从现有隧道中救出，就要寄希望于目前仍在进行挖掘的另一条隧道。按照计划，这条救援隧道要钻到580米深度，目前已进展到457米，预计还要一周时间完工。这条隧道直径更宽、度更直，救生舱在上升过程中不会遇到太多障碍，整个过程会更加顺利。

媒体评价智利的救援行动，犹如“外科手术般精准的运行”。10月13日最后的救援过程是此次救援最关键的一天，但在两个月的漫长救援准备中，科技从各个方面都为最终的救援做好准备打好基础。美国《华尔街日报》撰文，题为：智利救援公式，75%的科学，25%的奇迹。此次堪称奇迹矿难成功救援，给全世界，特别是中国留下很多有益的经验和启示。约翰霍普金斯大学学者罗伊特说，智利政府在振奋民心方面打了漂亮的一仗，在现在科技发达的年代，更好的运用科学技术，确实能使奇迹产生。