“生物圈二号”实验是怎样进行的？

国建于亚利桑那州图森市以北沙漠中的生物圈2号是一座微型人工 生态循环系统,因把地球本身称作生物圈1号而得此名它由美国前橄榄球运动员 约翰·艾伦发起,并与几家财团联手出资,委托空间生物圈风险投资公司承建,历时8年,耗资15亿美元

1991年9月26日4男4女共8名科研人员首次进驻生物圈2号,1993年6月26日走出 ,停留共计21个月,在各自的研究领域内均积累了丰富的科学数据和实践经验来自英国,墨 西哥,尼泊尔,南斯拉夫和美国等5国的4男3女共7位实验人员在对首批结果进行评 估并改进技术后,于1994年3月6日二次进驻,工作10个月后于1995年1月走出他们在这期间 对大气,水和废物循环利用及食物生产进行了广泛而系统的科学研究 生物圈2号是世界上最大的闭式人工生态系统它使人类首次能够在整体水平上研 究生态学,从而开辟了了解目前地球生物圈全球范围生态变化过程的新途径更为重要的是, 它将作为首例永久性生物再生式生保系统的地面模拟装置而有可能应用于人类未来的地外星 球定居和宇宙载人探险

一,概况

占地128公顷的生物圈2号的地上部分为涂有粉剂的立体钢架构型,配有双层玻璃 窗板;地面部分为焊接不锈钢板,并用钢垫密封总体积约为180000m3其内部主要由7种 生态群落区和两个大气扩张室(也称作"肺")组成此外,还设有能量中心和冷却塔等设施 其外观及有关结构参数如表1和图1所示

为了减轻立体结构的负荷,生物圈2号的内部压力略高于周围大气压众所周知,温 度改变必然导致压力变化,而这种伸缩中的压力变化足以破坏玻璃窗板(计算值极易超过kPa )为了解决这一矛盾,没有像通常那样采取抵抗压力的措施,而是为该圈装配了两个称为" 肺"的体积可变室,以使大气在恒压下胀缩两"肺"就如同巨大活塞通过密封膜连接在气 缸上一样,上下垂直运动距离约达15m活塞重量产生相对于周围大气压力的内部正压正压 具有两大优点:不论什么地方有泄漏,内部大气就会向外扩散从而保证排除外界污染;活塞的 持续下滑则表明某处出现泄漏两"肺"的体积占到该圈密闭体积的30%

除上述设施外,其内部还包括分析,医疗,兽医,监控,维修,锻炼,影视等室,分布在不同 部位

与地球生物圈类同,生物圈2号在物质上闭环,通过工程手段禁止它与外界大气和地 下 土壤进行物质变换在能量上开环,允许太阳光通过玻璃结构供植物进行光合作用,同时引入 电能供技术系统操作运转在信息上也同样开环,通过计算机系统,电话,摄像,电视与外 界进 行数据信息交换,并通过电视可以与外界工作人员及亲属进行面对面的交谈,还可放映**和 收看商业电视节目电能及热控能源从外界通过气密装置输送进来,当进行能量转移时,不允 许内外流体进行任何形式的交换或混合

表2 圈内大气温度,压力及重量范围

生物群落 温度(°C) 最高 最低 大气成分 压力�(kPa) 百分比�(%) 总重量�(kg)

热带雨林 35 13 O2 18�10 20�51 31800

热带草原/ 38 13 N2 67�51 76�51 103775

海洋/沼泽 CO�2 0�03 0�03 67

沙漠 43 2 H�2O 1�78 2�02 1761

集约农业区 30 13 Ar 0�81 0�92 1782

居住区 35 15 总量 88�24 100�00 139185

生物圈2号的"神经系统"是一个完整的计算机数据采集和控制系统,它是从位 于居住区的指挥室辐射出的微处理机网络系统这一内部"神经系统"通过信息通路与外界 附近的"飞行控制"楼内的计算中心相联通该楼作为分析中心而成为生物圈1号 和2号间获取分析数据及通讯的主要窗口居住区内的指挥室通过遍布圈内的5000 多个传感器(每15分钟记录一次并读入无限增长数据库)能够有效地控制所有主要的操作参数 ,如温度,湿度,光强,水流量,pH值,CO�2浓度,土壤湿度,仪器运作状态等,并能进行 数据传感器及所有报警装置的状态显示每件装置均有手动控制开关以防"神经系统"任何 部位的失灵

尽管整个圈内为热带气候,但由于不同生物群落的冷暖要求不同,因此,各自又有相对独立的 温度由于生物圈2号位于海拔1200m的沙漠上,其外围大气压不是标准压力1013 kPa,而仅约为882kPa,因此,其内压只能略高,即为8824kPa详细情况见表2利用机械 系统模拟地球自然环境,例如制造海洋波浪,潮汐,溪流,瀑布以及按照季节要求控制风, 雨,湿度等,并控制盐分梯度及营养循环速度和进行海水淡化

二,生态群落

生物圈2号有5个野生生物群落(热带雨林,热带草原,海洋,沼泽,沙漠)和两个 人工生物群落(集约农业区和居住区)它们以地球北回归线和南回归线间的生态系统为样板 ,分别由美英生物和生态学家设计而成

圈内共有约4000个物种,其中动物(包括浮游,软体,节肢,昆虫,鱼类,两栖,爬行,鸟类 ,哺乳等),植物(包括浮游,苔藓,蕨类,裸子和被子等)约3000种,微生物(包括细菌,粘 菌,真菌,微藻等)约1000种,它们分别来自澳大利亚,非洲,南美,北美等地

该系统既有高大的树木(如红树),也有矮小的灌木草丛植物,错落有致,憩静秀美各个野生 生物群落中的生境并不一致,它们分别有4,6,4,4,6种生境,如海洋有海滩,浅咸水湖, 珊瑚礁和海水等4种类型生物群落间均有相对独立的生态区将它们互相隔开,例如,热带草 原和沙漠间有一簇灌木丛而相对隔离为了保护各个群落不受环境胁迫,在其周围种植了耐 性强的植物,例如,热带雨林的三周围是浓密的姜科植物,从而保护内部树种免遭侧面强光照 射,而与海洋的界面间种有竹子来抵御盐分渗入

为了尽量贴近自然环境,该圈中的土壤,草皮,海水,淡水均取自外界的不同地理区间,通过 一定的人工处理再利用例如,实验用的海水是将运进来的海水和淡水按照适当比例配制而 成的

生物圈2号中选择植物的标准主要考虑动物消费者的生命保障,分类多样性,物理 参数,植物的可利用程度和美学价值为了适应达尔文的自然选择过程,植物种类开始时比 系统能支撑的要多一些,这样可以补偿物种的遗失或灭绝,并最终促进系统的持续稳定

三,研究范围与主要结果

首批8名科学家在21个月的密闭人工生态环境中按照各自的研究范围进行了广泛,细致,深 入的观察,记录,分析,研究项目包括生物地球化学,土壤,水,海洋,"全球"生物量, 农 业,遗传,生理,营养,医学,心理以及技术和工程学等内容本文仅就几个较为重要的研 究结果概括如下:

1�大气动力学与大气泄漏

在微小的闭式生态系统中生物地球化学循环速率显著加大,这是由于它缺乏地球生物圈所具有的巨大贮存作用以及有机体与无机物的比率大大增加的缘故即使在生物圈2号这样大的装置中,大气CO2的平均滞留时间仅为1～4天,而地球生物圈中则约为3年

生物圈2号中浓度为1500ppm的大气CO2(约为地球大气CO2浓度的4倍),约相 当于100kg的碳,这一数量与圈内的生物量和土壤中的有机碳相比大大降低,分别为100:1 和5000:1,而地球中的相应比例分别为1:1和2:1

生物圈2号中CO2的波动范围为700～800ppm/d,一般为500～600ppm/d,有时会更低,这与季节,昼夜循环和天气变化导致的光合作用和呼吸作用的动态消长有直 接关系当光强(光合成光通量,PPF)达到一年的最低值时(168mol·m-2d- 1),CO2的平均浓度为2466ppm;相反,当PPF达到最高值时(537mol·m-2d-1),CO2浓度则达到一年中的最低值1060ppm

为了缓冲这一系统在第一年冬季低光照时的高CO2浓度水平,利用一套CO2循环系统首 先将它通过化学反应形成CaCO3,如需要时把后者加热到950°C便可释放CO2进入大气 4个月间[DK10]约有53880mol(相当于9450ppm)的CO2通过定期使用这一物化系统以CaCO3的形式沉积下来这一沉淀可以间接说明约1%大气O2的下降(通过有机碳氧化和随后的CaCO3分离)相反,1991年12月用来补偿大气泄漏的10%外部大气的加入影响较小,CO2浓度暂时下降了200ppm,即为每天正常变化的1/3

CO2的浓度升高可导致海水酸度增加为了避免此现象发生,在海水中分期加入碳酸钠和 碳酸氢钠,这样可以保持pH值在77以上

表3, 生物圈2号一年内总的农业生产量(kg) 蔬菜: 菜豆8,甜菜叶273,甜菜根308,胡椒13,胡萝卜88,辣椒63,甘蓝83,黄瓜17,茄子155,羽衣甘蓝11,生菜90, 洋葱107,Bok choy12,雪豆1, 南瓜籽8,西葫芦287,Swiss Chard58,甘薯叶64,番茄288,冬瓜261;粮食:水稻196,高粱131,小麦113;淀粉类蔬菜: 白薯198,甘薯1335, Malanga84,薯蓣20;高脂肪豆类:花生24,大豆14;低脂肪豆类:蚕豆63,豌豆15 ;水果:苹果1,香蕉1024,无花果39,番石榴41,金柑4,柠檬10,酸橙4,柑桔6,番木瓜639;动物产品:山羊奶407,山羊肉8,猪肉35,鱼10,蛋6,鸡肉8,总计6630

氧气动力学令人困惑不解1991年9月到1992年6月间,生物圈2号中氧浓度从2051%下降到1695%,到1993年1月中旬时则为145%基于医学忠告,1992年6月后的几个星期 在圈内不断输入纯氧,使其浓度回到19%O2浓度下降主要发生在密闭后的前4个月,此时为18%,1 9 92年4月以后,O2浓度则以每月025%的线性水平下降O2浓度下降的真正原因并不十分清楚,利用几种方法的氧气动力学研究仍在进行,包括研究圈内氧同位素的分布

生物圈2号气密性非常高根据泄漏率和压力间的关系推知,年泄漏率为6%,而根据标记微量气体(SF6)逐渐稀释的测量结果证明,年泄漏率不超过10%在最初的4个月中(19 91年9～12月),大气泄漏约10%,相应的外界气体于1991年末一次性注入其它闭式人工生态系统(如肯尼迪航天中心制造的生物量生产舱)每天的泄漏率就在1%～10%之间

2,食物生产与废物处理

生物圈2号中的农业系统必须满足3个主要要求,即无污染,集约型和可持续性空间生物圈风险投资公司和其农业区的主要顾问亚利桑那大学环境研究实验室,起初试验水培和气培的种植技术,最后由于种种原因而不得不转向以土壤为基础的农艺技术原因之一就是水培必须依赖于化学营养液的输入,而这在空间是难以解决的另外一个原因是如果没有能力做堆肥或利用植物/微生物系统进行废水再生,那么促使动物和人的废物及作物不可食生物量部分等循环利用的相关问题就更难以解决此外,堆肥或沼泽废水处理系统较湿氧化或焚化等物理系统更省能

集约农业区共有50种150个品种,每轮种植约30种,主要有粮食,蔬菜,水果,此外还有饲养动 物和鱼(稻田中养殖),动物饲料包括苜蓿,象草,水风信子及各种农作物(利用其不可食生物 量),见表3和图2

图2 生物圈2号集约农业区的部分作 物生长情况

密闭后建立的农业系统平均提供8人80%的营养需要,包括谷物,豆类和蔬菜,但密闭后的前几个月需食用密闭前种植的食物(其余20%的营养需要)由于圈内缺乏紫外线辐射,因此,必须补充维生素B12和维生素D肉类很少,蛋每人每周平均一个前10个月的平均食物热量卡值限制在2000Cal/d(1Cal合418J),后来增加到2200Cal/d食用前,食物均进行了称重和记录

农业区内不使用杀虫剂,而是利用有益昆虫和喷雾器(如肥皂水和硫磺,芽孢杆菌)来控制病虫害的发生废物循环是把动物废物和植物不可食生物量做成堆肥,并利用水生植物咸水湖系统进行"进驻人员"废水处理利用"土壤床反应堆"降低微量气体的积累使用大气水分冷凝系统提供饮用水

3�物种种群的动态变化

野生区域内的植物生长旺盛,前9个月生物量就增加了60%～75%在热带雨林,树冠庞大茂 密,相连成荫,因而抑制了小型植物,尤其是肉质植物的生长沙漠中的多年生草本植物生长 迅速,这也证明干旱条件下沙土有利于多年生草本的生长

野生种数量起初有所下降,其中植物不到10%,陆地动物和昆虫不到30%,海洋种约为10%～20%当食物网更为一体化且株冠成熟后,物种遗失的数量则减慢,且许多动植物在此时期 均有不同程度的繁殖自从建立了生态系统后,人就作为主要捕食者来控制杂草和病虫害发 生并保持生物多样性如果没有人的直接干预,在生物圈2号的初期运转期间,生物 多样性必然会下降

4�生理,营养及医学试验

生物圈2号中生产的食物基本上能满足"每日推荐饮食配额"(RDA)的需要,但没有什么剩余进驻人员自从密闭后体重减轻了约10%～20%,这是对新环境初时不适应的结果1992年4月后,体重不再下降,有人甚至还胖了一些这种低脂肪,低热量,富营养的食物可以显著降低胆固醇(从平均值约195降到125),血压,白细胞数量和血糖含量以前对小鼠的试验也有类似结果,并证实因此而可以延缓衰老,增加寿命

上述下降后的氧浓度相当于海拔2900m处的O2分压,通过不断监测红细胞数量,形态及其生理生化指标和呼吸率等则可获知低O2浓度对健康产生的不良影响一旦O2浓度继续下降时,可望能适应相当于海拔4600m处的O2分压此外,在圈内的人和动物间,没有发生传染性疾病

四,结束语

大量证据表明,火星土壤和月球表土经过一定的生物和化学技术处理后可以用作潜在的植物栽培基质,这样就使得生物再生式生命保障系统在空间居住地的应用比需要地球资源的装置要经济得多但是到目前为止,在生物再生式生命保障系统中很少有以土壤为基础的技术实验 生物圈2号是第一个建成并运作的以土壤为基础的生物再生式生命保障系统因此,有关其操作性能的数据对应用于空间的类似系统是非常有用的

生物圈2号无论从规模,技术难度和复杂程度,以及所取得的效果来看,均堪称人类科学史上的一大杰作,受到国际上的普遍关注与赞赏但近来也遭到某些公众的严厉批评

引起公众非议主要是由于主客观两方面的原因:(1)商业投资造成游人络驿不绝,给人一种缺 少科学严肃性的印象;(2)遇到严重的阴雨天气和病虫害,造成欠收,开始时曾出现大气泄漏;(3)人们对他们的科学试验活动了解不多;(4)理论和实践经验不足;(5)行政管理不善,导致可以做的而没有去做

生物圈2号与其100年的设计寿命相比,现仅处于摇篮时代,出现这样那样的问题和异议均在情理之中只要不断总结经验,汲取教训,勤于实践,勇于探索,一定能够取得丰硕成果向宇宙进发可以看作是人类要生存下去不可避免的问题欲在那里建立居 民区,必 须开发生态生命保障系统,创造一个舒适的小地球样环境,从而为未来的太空人提供品种多样,营养丰富的食品以及氧气和水,并将CO2,废水和废物等再生为有效资源而重复利用 生物圈2号恰恰能够教给人们这一本领此外,通过了解其中:(1)生态系统逐渐 成熟的结果;(2)处于各种胁迫环境中的部件的稳定性;(3)遗传种群的连续性;(4)生物地球化 学的循环作用,可望为每况愈下的地球生态系统找到出路

被视为反面教材的生物圈2号现状如何 它还是"奢移的伪科学吗" 美国石油大王所投的巨资是否打了水漂

生物圈2号,你还好吗

若干年前,在美国亚利桑那州的沙漠中再造一个"迷你地球"的实验失败后,耗资2亿美元的"生物圈2号"一时间成为笑柄,甚至被斥之为"奢侈的伪科学"直到今天,生物圈2号仍然被很多人看作是藐视自然的反面教材然而,或许很少有人注意到,这些年来生物圈2号正在悄悄发生变化:它吸引了大量游客和学生,成为一个绝佳的旅游胜地和教育基地;尤其重要的是,它渐渐赢得了科学界的尊重,成为一个非常难得的关于全球气候变化效应的研究中心

"奢侈的伪科学"

曾经有人提出过一个看似天方夜谭的设想,在我们生活的地球上再造一个"迷你地球",探求人类在这个现代"南泥湾"之中自给自足,以及未来在月球或火星上建立生存空间的可能性美国得克萨斯州的石油大王爱德华·巴斯为此憧憬不已

从1984年到1991年,巴斯个人出资2亿美元,在美国亚利桑那州图森市以北的沙漠中建起了"生物圈2号"生物圈2号占地13000平方米,仿佛一个巨大的温室,雨林,沙漠,草原和海洋应有尽有"生物圈1号"是我们生活的地球,顾名思义,生物圈2号就是一个"迷你地球"

1991年9月26日,生物圈2号迎来第一批志愿者,4男4女开始了为期两年,与世隔绝的生活尽管这些居民事先花去几年时间接受了工程,农业等方面的良好培训(其中一位甚至接受了牙科训练),拥有每年耗资百万美元的技术支持,各种各样的灾难仍然接踵而来:各种动植物大量死亡,蟑螂和蚂蚁却儿孙满堂;更为糟糕的是,到了1993年1月,生物圈2号内的氧气含量从21%下降到14%,不得不从外界补充氧气,自给自足的幻想彻底破灭

实验失败了经过短暂的休整,生物圈2号又迎来了第二批居民5男2女住了个半月后,由于笑气(N2O)积累过多,在1994年9月17日被迫离开,实验再度以失败告终打那以后,再也没人在生物圈2号中过日子了

一个"乌托邦"式的科研计划宣告破产生物圈2号遭到了一些人无情的嘲笑,有人甚至斥之为"奢侈的伪科学"

当然,生物圈2号也使人们更加明白一个看似浅显的道理:"目前地球仍然是人类的惟一家园"不仅如此,它还在不经意间给人们留下了一些佳话

生物圈2号称得上是一个"小联合国",居民分别来自美国,英国,墨西哥,尼泊尔等7个国家在这个"小联合国"里,培育出了爱情之花实验结束几个月后,两批居民中分别有一对结成伉俪这或许应了一句古话:患难见真情

另外,由于粮食歉收,生物圈2号的居民不得不控制饮食结果第一批居民中的4名男性体重平均下降18%,4名女性体重平均下降10%,胆固醇的平均值由195下降到正常值125,使得这些平常为减肥而痛苦不已的人平添一份惊喜,真可谓无心插柳柳成荫当时的一位居民,加利福尼亚大学洛杉矶分校的罗伊·沃尔福德教授甚至继续维持当时的食量,"因为那样有助于健康"

走出乌托邦

痛定思痛,巴斯决心调整生物圈2号的定位于是,他求助于哥伦比亚大学的科学家,看看用2亿美元打造出来的生物圈2号到底能做些什么

1996年1月,巴斯干脆把生物圈2另交给哥伦比亚大学打理,并投入4000万美元作为今后5年的改造和运行费用经过一番考虑,哥伦比亚大学计划把生物圈2号改造为一个致力于地球系统科学的研究中心,同时请来威廉·哈里斯担任新的负责人哈里斯曾在美国国家科学基金会工作多年,是一位管理大型科研项目的高手

其实,建造生物圈2号的2亿美元并不像一些媒体所说的那样"全打了水漂"就拿容量高达378万升的人造海洋来说,无疑是研究海洋科学的一个很好的平台这大概也是哥伦比亚大学和哈里斯愿意接手烂摊子的原因之一

处于转型期的生物圈2号,首先迎来的是痛苦和迷惑关于生物圈2号究竟可以派上什么用场,科学家们就出现了分歧,有人希望把生物圈2号打造成一个生物多样性的研究中心,有人则希望着力于全球变化效应研究再加上技术方面存在的困难,转型计划一度受挫,士气因此大受影响,一些科学家先后离开了生物圈2号

有道是,峰回路转两年后,人造海洋终于"溅起了一些水花"发表在1998年2月13日美国《科学》杂志上的一篇论文称,随着生物圈2号内温室气体二氧化碳含量的增加,人造海洋中珊瑚的生存受到了威胁

这样一篇论文,对外行来说或许没什么大不了的,对生物圈2号来说却大概算得上一个转折点在全球变暖日益受到国际社会高度重视的今天,那篇论文清楚地表明:生物圈2号恰恰是研究全球变暖如何影响生态系统的一个理想平台

2001年4月,世界著名植物学家贝瑞·奥斯蒙德接替哈里斯领衔生物圈2号生物圈2号研究中心的林光辉博士告诉本报记者,目前已有多项与全球气候变化有关的研究项目正在生物圈2号开展,吸引了不少世界一流的科学家

新的梦想

生物圈2号昔日失败的阴影正在逐渐消失,全新的形象也逐渐树立起来

据林光辉博士介绍,2001年12月,在生物圈2号召开了一次有世界各国科学家和美国能源部官员参加的学术会议与会专家对生物圈2号过去5年的科学研究成果做出高度评价,也提出了未来的研究计划

如今,生物圈2号已成为哥伦比亚大学手中的一张王牌"我们的目标是,将生物圈2号发展成对地球系统的科学,政策和管理事务进行教育,研究和交流的首选"该校副校长迈克尔·克罗说与当初那个受人嘲笑的目标相比,这个目标更为务实,但同样是野心勃勃

由于生物圈2号过去5年的表现得到了各方的认可,合同期满后,哥伦比亚大学又与巴斯续签了10年哥伦比亚大学董事会决定从2001年到2005年投入2000万美元,巴斯也表示要追加3000万美元

当初曾被人讥讽为不懂科学的巴斯,对科学研究可说是"仁至义尽"在2002年1月的《科学美国人》杂志上,哥伦比亚大学的格丽特·霍洛韦撰文称,到2010年,巴斯很可能最终以象征性的100万美元,将生物圈2号及周围100公顷土地卖给哥伦比亚大学

历经风雨的生物圈2号,它究竟会给人类的生活带来什么 新的梦想会实现吗 新的努力会再次遭受失败吗 或许,洛克菲勒大学乔尔·科恩和明尼苏达大学戴维·蒂尔曼的话能给我们以信心

这两位科学家认为,生物圈2号与哈勃望远镜有某些相似之处耗资巨大的哈勃望远镜刚刚上天之时,由于所拍照片模糊不清而备受批评,但时至今日它已成为天文学研究不可或缺的重要工具同样地生物圈2号也有望在今后成为人类进一步认识地球的重要基地

在科学研究上,恐怕没有人能够保证,只要有投入就一定会有回报,古今中外都不乏数以亿计的投资有去无回的实例问题在于,我们是否明白科研计划失败的真正原因,是否真正理解"失败是成功之母"生物圈2号的今昔,为我们提供了一个极好的范本

　在生活中，高压共轨柴油机使用很广泛，为保障高压共轨柴油机的正常运行，如果出现了故障就要对其进行维修处理，那么该怎么修理呢以下是我为你整理的高压共轨柴油机的故障维修，希望能帮到你。

高压共轨柴油机的故障维修

　在目前普遍使用的高压共轨柴油系统中，在没有显示警报记录的状况发生时，例如发动机无力或加不起速，需首先分析是气路还是油路出问题，对燃油和滤清器进行检查，假若发现燃油和滤清器都是脏的，则可判定故障产生的缘由在于此;而对由于电路问题造成的故障，系统电脑会自动进行故障记录(注意事项：在进行检修时不允许擅自对高压油管进行拆卸，如若拆开则必须对高压油管进行更换，避免出现因高压油管损坏而产生更为严重的影响);。

　在检修过程中首先需检查油路、气路是否存在堵塞、脏污现象和检测机器电瓶是否正常，在确认没有问题后可以先停止试车，然后根据不同机型设定的不同回油泄漏量对喷油器进行相应的检测和数据比对[1]。检测过程中结合利用专用电脑数据进行记录与比对[2]。当检测数据显示为无泄漏量时，则表示发动机没有得到规定的供油量，此时需对高压供油泵和输油泵新系统进行检查;当检测数据中的显示数值超过原先设定的数值，则表示发动机因启动油量不足而无法正常启动，则可尝试更换高压燃油泵来进行调试(此类状况较少)[3]。这类情况的判断和处理往往是维修人员在积累专用电脑经验后，在没有配备电脑的情况下进行的简单故障判断。

　油路中最关键的喷油器在制造过程中往往存在一定量的误差，为满足规定要求，需在每次更换喷油器之后通过采用专用诊断电脑来进行软件刷新，以保证喷油器的参数在正常范围内，来确保喷油器的正常运行[4]。对于目前使用的绝大部分喷油器中对应的喷油量的设定对发动机的启动运行并不存在太大的影响，因此，没必要进行实时性的刷新。

电控发动机故障检修注意事项

　1不论发动机是否在运转，只要点火开关接通(ON)，决不可断开ECU，传感器及执行器，由于任何一线圈的自感作用，都会产生很高的瞬时电压，使ECU及传感器严重受损。因此，应养成在关闭点火开关(OFF)的状态下，拔、插ECU与传感器、执行器和插接件的习惯，否则往往会带来老的故障没有排除，而新的故障接踵而来的后果。

　而且在发动机运转或点火开关接通(ON)时拔下任何传感器连接器插接件，还会使ECU中出现人为的故障代码(假码的一种)，从而干扰维修人员正确地判断和排除故障。

　2在对装有电控系统的汽车进行电弧焊时，应断开电脑供电电源线，避免电弧焊接时的高压电造成电脑的损坏。为此，在电焊时，应提前将蓄电池总的搭铁线拆卸。

　3在靠近ECU或传感器的地方进行车身修理作业时，应特别小心，以免碰坏这些电子元件。

　4拆开任何油路部分，应首先对燃油系统进行卸压。检修油路系统时，千万不能吸烟，并要远离明火。由于电控高压共轨燃料喷射系统内燃油压力极高，因此在检查发动机故障时，绝对不允许用拆卸喷油器接头的方法来实现“断缸”，否则喷出的高压燃油会直接造成人身的伤害。

　5拆下蓄电池负极搭铁线后，电脑内所储存的所有故障信息(代码)都会被清除，因此，如有必要，应在拆下蓄电池负菜搭铁线前，读取电脑内的故障信息。

　6在对蓄电池进行拆卸与安装时，务必使点火开关和其他用电设备开关均置于关断位置。

　7切记电控汽车车上所采用的供电系统均为负极搭铁，安装蓄电池时，要特别注意正、负极不可接反。

　8车上不宜装功率超过8W的无线电台，如必须装时，天线应尽量远离ECU，否则会损坏ECU中的电路和部件。

　9在装上或取下ECU时，操作人员应先使自己搭铁(接触车身)，否则，身体上的静电会损坏ECU电路。

　10对电控系统进行检修时，应避免电控系统由于过载而损坏。电控系统中，ECU与传感器的工作电流通常都比较小，因此，与之相应的电路元器件的负载能力也比较小。

电控发动机故障排查和维修的错误做法

　1没有读取电控单元(ECU)记录的故障代码之前便拆除蓄电池连接线

　电控汽车的电控单元(ECU)都具有记忆功能。当电控系统出现故障时，ECU会存储其对应的故障代码。维修人员便可从故障自诊断系统中读取故障代码，进而查找故障原因和故障部位。若在读取故障代码之前冒然拆下蓄电池连接线(或拔掉电源熔丝)，由于中断了ECU的电源，存储其内的故障代码便会自动消除。再想获得故障信息(故障代码)，就必须重复(再现)故障发生时的工作状况和环境条件(譬如：特定范围的发动机转速及负荷、发动机的某种水温、某种进气温度以及有关传感器的某种工况等)，显然，这是非常麻烦和费时间的。因此，在维修电控汽车之前应按要求先读取并记录故障代码，然后才能进行其他的维修作业，以免不慎丢失故障代码。

　2点火开关处于接通(ON)位置时就拆除蓄电池连接线

　当点火开关处于接通(ON)位置时，无论发动机是否正在运转，此时绝不可拆下蓄电池连接线或熔丝。因为突然断电将会使电路中的线圈产生自感电动势而出现很高的瞬间电压(有时高达近万伏)，从而使ECU及相关传感器等微电子器件严重受损。

　必须引起注意的是：除蓄电池连接线外，其他凡是与蓄电池电压相同的电气装置的导线，当点火开关处于接通(ON)位置时，也都不能拆除。否则，也同样会使相关的线圈产生自感而烧坏ECU的传感器。

　这些电气装置包括：ECU的可编程只读存贮器(PROM)，喷油器，空调及其他电磁离合器，还有ECU某些连接线等。

　3检修燃油系统前不拆蓄电池连接线

　在对电控发动机燃料系统进行检查作业之前，应拆下蓄电池的连接线(或熔丝)，以免发生火灾。即在拆卸油路之前应先关闭点火开关(置OFF)，再拆下蓄电池连接线或熔丝。由于供油系统中残存一定的压力，故还得对燃油系统“卸压”。较简单的方法是在拆卸油路的接头处裹上布条或棉纱，并在其下面放一油盆，然后慢慢松动接头将燃油导入盆内，以防飞溅。当燃油检测装置(如油压表)接入管路后，若需用蓄电池电源对其测试，也必须先关闭点火开关，再接蓄电池连接线，然后打开点火开关。

　特别要指出的是：当燃油系统检查完毕后，在拆卸检测装置之前，同样必须先关闭点火开关，然后拆下蓄电池连接线，方可执行燃料系的作业。

　4采用拆除蓄电池连接线的方法清除故障代码

　发动机维修妥善后，需清除掉ECU中的原故障代码。对大多数电喷发动机而言，拆下蓄电池连接线或拆下通往ECU的熔丝，保持断电30S即可清除掉ECU中的故障代码。但是，个别发动机则不适用这种拆卸电源的办法，否则将会使其石英钟和音响等附属设备的内存(包括防盗码)一起被消除掉。

　5“没有故障代码输出,电控系统就肯定没有故障”的认识是不准确的

　自诊断系统也有显示不出来的传感器故障ECU在对传感器信号进行检测时,只能接收其内设范围以外的(传感器)超常信号,从而判别传感器有无故障一般在解读故障代码后,只要对相应的传感器、导线连接器、导线进行检查，找到并排除断路、短路的故障点，即告成功。但是，若因某种原因使传感器的灵敏度下降(虽在ECU设定的范围之内，但反应迟钝、输出特性偏移等)，则自诊断系统就检测不出来了。尽管发动机油故障表现，但自诊断系统却输出了表示无故障的正常代码，这时就应该根据发动机的故障征兆进行分析判断，继而对传感器单体进行针对性的检测，以找到并排除传感器故障。

　例如，当发动机怠速不稳并伴有行驶中发动机运转失调，系统又无故障代码输出时，首先值得考虑(怀疑)的便是进行气管(真空)压力传感器和油门踏板传感器出了故障。因为这两个传感器性能的好坏直接影响到基本燃油喷射量，尽管此时没有显示相应的故障代码，也应该对他们进行检查。

　6“某个元器件的故障代码，就说明该元器件坏了”的认识也是简单片面的

　这是维修中最常见的一种错误认识和最多的一种错误做法。目前许多维修人员普遍认为故障代码是值得某个元器件损坏了，只要换件就行了，这时大错特错的。殊不知，故障代码的含义不是具体再某一具体元件，而是代表的故障系统。只依据故障代码，采用换件维修的方法，是不能真正排除电控系统故障的，调出故障代码后，一定要进行深入诊断，确定具体的故障部位后，再采取相应的维修措施。

　7“只要有故障代码显示，代码所指系统就一定有故障”的认识也是不准确的

　这里须特别提醒的是，电控汽车故障自诊断有可能显示错误的故障代码，这种情况多数是由于工况信号失误而引起的假故障代码，情况较多也较复杂，应视具体情况分析。总之，当故障代码出现后，应与发动机的实际故障征兆相对比分析，以得到合理的判断，不应把故障代码奉为唯一的依据。也就是说故障代码所指示的信号系统也不一定有故障。

　8随便插拔线路连接器的插接件，也会记录并显示故障代码

　目前在修理中，经常出现一次调出许多故障代码的情况，有时甚至多达十几个。这便是有些人不太懂电脑系统，特别是驾驶人员，当车辆有故障、故障指示灯点亮时，便在点火开关打开，甚至在发动机运转过程中，便将一些元件的导线插头拔下再插上，殊不知，这样每做一次或每拔一个传感器的插头，ECU便会记录一个故障代码。有些维修人员在维修中，当怀疑某个元件有故障时，也往往采用断开其插头的方法试验，这样插接一次接头也会记录故障代码。这些故障代码我们称为人为故障代码。在维修中要注意区分。另外。若上一次对电喷汽车修理后，由于操作不当而未能完成消除旧的故障代码，那么在本次读码时，那些残存的旧码仍然要重复显示，给维修工作带来混乱及困难。

　9故障排除了，故障代码不一定很快消除

　这是一种认识上的错误。电控汽车故障排除后，必须利用专门的程序清除电脑中记录的故障代码。否则，故障代码将仍然存在ECU中，直到若干个启动循环，该处不再发生故障后，故障代码才自动清除。只要ECU中记录有故障代码，无论该故障是否存在，仪表板上的故障指示灯便会点亮以示报警，这样驾驶人员便以为仍有故障。若在故障代码自动清除之前，又有新故障出现，一是不易及时发现新的故障，二是在故障排除中，旧码会干扰维修人员的“视线”，给维修工作带来混乱及困难。因此在对电控发动机实施维修后，必须按照特定的程序或用专用解码器清除故障代码。不清除故障代码就说明维修工作没有结束。这时我们实际工作中，碰到的又一类“假故障代码” '

　10电控发动机的故障不一定是电控系统引起的

　电控发动机油故障并不一定都是电控系统不正常造成的，因为电控发动机其他部分照样会发生故障。

　①在ECU自诊断系统上正常的前提下，若发动机有故障征兆而故障警示灯未亮(即无故障代码出现)，这些故障往往与电喷控制系统无关。此时，应按传统发动机故障的判断步骤进行排查;切记不要盲目检查电控系统的执行器、传感器和电路，否则不仅徒劳无功，稍有不慎反会损坏与ECU相关的某些器件。

　②电控发动机控制系统的工作可靠性很高，使用中出现的故障机率很小。故在一般的检修中不要随便拆检其器件或无意识地拆除其连接器或导线(尤其是ECU的有关部分)。

　③即便是电控控制系统本身的故障，往往也是以一般的机械故障形式出现。如接线不良、喷油器或滤清器脏污堵塞、进气道有积碳等。

　因此，在对ECU自诊断系统所显示的故障进行检查时，也应首先从简单的机械故障查起。尤其是显示“进气系统故障”时，应特别注意进气系统相配零件是否松脱，进气歧管压力传感器的真空软件是否破裂或密封不严甚至脱落等。

　11检修电控发动机燃油系统之前不卸压

　电控发动机在发动机熄火后，燃油管路内仍保持着较高的燃油压力。因此在对电控发动机燃油系统进行维修时，特别是在拆卸燃油管道，进行检修或更换喷油器等部件时，应该先释放掉燃油管道内的油压，以免松开油管接头时大量燃油高速喷出，造成人身伤害或火灾。所以，进行燃油系统检修前必须先对燃油系统卸压。

　12严禁采用“划火法”检查电控系统电路

　在传统汽车线路系统故障排除中，常用“划火法”来试电路是否通电，在现代修理中，如果仍采用“划火法”那在划火过程中，由于过电压，或过电流容易损坏点火系统中的电子元件，甚至损坏电控单元(ECU)

　13不要随意使用更换ECU的方法来判断故障

　在电控车维修中普遍采用的换件法来查找故障，这种方法的具体操作是：当怀疑某个元件有故障时，用一个新件或用另一同型号车上的相同部件进行换件验证。目前多是将新件或别的车上的元件装在故障车上试验故障是否消失来判断故障的部位。但这种方法并不是对所有元件都可行。传感器、执行器等可采用这种方法，但是电控单元(ECU即电脑)则不能采用此法，只能采用将故障车ECU换到其他同类型车(非故障车)上试验其是否仍有同样故障的方法来判断ECU是否存有故障。这是因为ECU的故障多是由外部元件或线路损坏造成的，在没有排除外围故障的情况下，将新ECU或别的车上拆下的ECU装在故障车上实验，有可能因故障车的故障而导致新换上的ECU损坏。这一点在维修当中没有引起注意，并已造成过许多损失。

　14在没拆下ECU(或没有切断其电源)的情况下，便在车上实施电焊

普通原子弹空中爆炸时释放的能量大致是以下面的比例转化成杀伤力的：冲击波占50%、光辐射35%、贯穿核辐射5%、放射性沾染10%。

不同量级的核弹空爆时各种因素对地面暴露人员的杀伤（指立即死亡或丧失战斗力）半径表（单位是公里）：

核冲击波 光辐射 贯穿核辐射

1千吨级： 018 016 071

1万吨级： 045 057 100

十万吨级： 115 187 148

百万吨级： 287 560 198

经测算实验，一枚百万吨级核弹地面爆炸时冲击波对地下设施破坏半径为4．8千米。

由此可见，小当量核弹的贯穿核辐射杀伤力最大，而大当量核弹的光辐射最厉害。

上述不同杀伤作用是同时作用于人体的，所以核弹的综合性杀伤半径要比上表所列大一些。大家最关心的不同当量核弹对不同状态人员的杀伤半径数据如下(单位是公里)：

1千吨级： 085； 1万吨级： 15；

十万吨级： 31； 百万吨级： 63；

千万吨级： 12

核弹的威力与杀伤半径不是呈正比增长的。可从上表中发现核弹威力增长的规律，大致上每增加一个数量级（X10），杀伤半径才增加一倍。也就是说，1000万吨的巨型核弹的杀伤半径只是10万吨级核弹的4倍，杀伤面积也不过是它的16倍。

一、百万吨级的核弹威力是个什么概念

核冲击波 光辐射 贯穿核辐射

百万吨级： 287 公里 560公里 198公里

对人员的杀伤半径为 63公里：

以100万吨级核弹为例，它对不同隐蔽物后的人员的杀伤半径如下（单位公里）：

暴露人员： 63

堑壕内人员： 36

坦克内人员： 28

避弹所内人员： 12

永备工事内人员：076

因而在城市里，百万吨级的核弹空爆后，正好在坚固建筑后的人员在4公里外不会送命，而地铁内人员只要在8—900米外就能躲过一劫。

百万吨级的核武器空爆发生在超大级的现代化大都市会是个什么情景：

最初几秒的强烈光辐射和贯穿核幅射让63公里内与炸点直视范围内的暴露人群立即死亡，五光十色的镜面玻璃墙围的反射作用会让躲藏在大楼背面的人们在光辐射下暴露无余，无数建筑在高温下开始起火燃烧；接踵而至的冲击波将所有玻璃幕墙会化为无数的玻璃霰弹横扫大街小巷，满载汽油的上百万辆汽车带着烈焰飞到数个街区外传播火种。

核爆炸引发的火灾以及摩天大楼倒塌，它造成的伤亡可能会超过核爆本身。除此之外还有核武器的第四种杀伤效应——放射性沾染，在一切结束之后，它还要纠缠数年，其杀伤范围在很大程度上取决于风力风向等气象因素，更取决于事后消洗作业和医疗救护工作的效率。

当然大城市不光是放大核弹的二次效应，它也不是没有好处：地铁里的人群的生存概率很高，钢筋水泥的森林对遮挡光辐射和减弱冲击波作用不小，稍微厚实点的砖墙或几十厘米厚的土层便能挡住致命的贯穿核辐射，迷宫般的建筑让救护人员消洗放射性沾染争取了时间。

在爆炸当量为100万吨级或更大威力的核爆炸中，核尘埃将升入同温层，抵达29公里的高空。核爆炸产生的尘埃究竟能上升多高取决于核弹的大小。

一颗当量为100万吨级的核弹爆炸，能炸出一个直径为数百码的坑，抛出的碎石达几百万吨，其中1万至3万吨极小的核尘埃微粒将上升到同温层。

1963年部分禁止核试验条约签订之前所进行的大气层氢弹

试验。这些试验表明，当量为100万吨级的核弹在地爆时所产

生的蘑菇云中含有1～6吨尘埃。同时，它还显示出核尘埃典型

粒度是十分之几微米（1微米为1／1000毫米）。

根据对一场核战争所产生的核烟尘数量的估算，TTAPS科学

小组的专家们估计：一颗核弹在一个城市上空爆炸后，每百万吨

的核爆炸可造成100平方英里以上的火区，而一般说来，烈火

在农村蔓延的区域则要小一些。在城市火区，每平方英里的大火

大约会产生200吨核烟尘，而农村的大火大约只产生70吨左

右的烟尘。

五角大楼模拟印巴核战：

模拟显示，巴基斯坦为阻止印军进攻，在巴控克什米尔首府引爆一枚10千吨级核弹，将杀死超过3400名平民和数千名印军

假如巴基斯坦向印度边境城市阿姆里萨尔投射一枚10千吨级的核弹，会造成一个直径达168英里的爆炸区，会造成112280人在短时间内死亡，另外还有数万人受到致命的核辐射。

如果印度发动报复袭击，向巴第二大城市拉合尔投射12千吨级核弹，会造成直径175英里的爆炸区，致使122000人死亡，还会形成一条1英里宽、63英里长的非常危险的辐射尘埃区，该区的死亡率会达到90%左右。如果风力变大，还会有数百万平民受到致命的核辐射威胁。

二、如果这样一枚核弹落在北京二环之内（假设300m高度空爆），那么在房山、门头沟、密云会是什么情况（人员、建筑、地貌等）？在天津、保定、唐山又会是什么情况，在更远一点的秦皇岛和张家口呢？

几年前的《兵器知识》曾发表一篇核战争的文章，文中模拟对美国洛杉矶发动核攻击，三枚五十万吨级别的氢弹，炸点合适，可以彻底摧毁这座超级大城市。

大洛杉矶地区包括洛杉矶县和奥兰治、文图拉两县的一部分，以及贝弗利希尔斯、帕萨迪纳、长滩等80余个大小城镇，总面积10567平方公里，人口360万。

北京市国土资源管理局新公布数据为1641054平方千米， 2004年年末，全市常住人口（在京居住半年以上人口）14927万人，全市户籍人口11629万人。目前城区面积为600多平方千米，而北京市城区规划面积1042平方千米。

北京市面积比大洛杉矶地区大一半，人口为洛杉矶市的四倍。

因而可以预计，百万吨级的核武器空爆，半径在63公里的暴露人员死亡，核爆中心区域外的人员死亡率按核爆威力递减。核爆中心区域约近一百平方公里（占现有城区总面积的6—8分之一）建筑物和人员毁损、杀伤。

人口的八分之一（一百多万人口）立即死亡或受到核辐射的致命杀伤，或是在日后的医院里痛苦的死亡。上千万人口受到核辐射的影响。

房山、门头沟、密云会是什么情况（人员、建筑、地貌等）？

由于北京市周边山体对核武器杀伤的衰减作用，房山、门头沟、密云区域如不是被核武器直接命中，短期内受到的影响并不大。

距核爆炸心半径25公里以外的地区，除事后受到放射性核沾染的作用外，其它的影响并不大。核冲击波在半径12公里以外即衰竭，房山、门头沟、密云地区会有震感，建筑物部分受损，并随之产生一定的人员伤亡。

在更远一点的秦皇岛和张家口呢？

稍有震感，如风向指向上述两座城市，会受到相应的放射性核沾染。

三、如果换成是4百万吨级的核弹那又是什么情况

核弹的威力与杀伤半径不是呈正比增长的。可从上表中发现核弹威力增长的规律，大致上每增加一个数量级（X10），杀伤半径才增加一倍。也就是说，1000万吨的巨型核弹的杀伤半径只是10万吨级核弹的4倍，杀伤面积也不过是它的16倍。

换成是4百万吨级的核弹，摧毁面积和杀伤人员的效应只比百万吨级的核弹增加50%左右。

附：1945年8月9日，人类的第三枚原子弹——‘胖子’在日本长崎市起爆产生的磨菇云。（胖子”是一颗钚弹，长约3．6米，直径1．5米，重约4．9吨，梯恩梯（TNT）当量为2．2万吨，爆高503米。“胖子”采用复杂的“内爆法”引爆系统，由气压、定时、雷达和冲击4个不同引信组成。轰炸造成长崎市23万人口中的86万余人当日伤亡和失踪，城市60％的建筑物被毁。长崎市共14万人受原子弹伤害死亡或陆续死亡。）