极致严寒

节录自欧米茄杂志《Lifetime•冬季号》


原文:ROBERT RYAN
摄影:ANDY BARTER


在低于零度的条件下运行及测试时,电子设备往往会反应缓慢甚至停止响应;然而,一款欧米茄机械腕表,却仍能在严寒中精准地记录时间的分分秒秒。

就在10多年前,一支英国探险队和一支挪威探险队试图再现罗伯特•斯科特(Robert Scott)与罗尔德•阿蒙森(Roald Amundsen)之间那场著名的“极地竞赛”。

为了确保比赛结果的可靠性,两支探险队均穿着相同的服饰,配备相同的装备,甚至和当年的勇士一样采用笨重的雪橇作为交通工具——1910年的探险队正是使用雪橇向南去到那片白色大陆的,并在次年晚些时候征服了它。不过有一点与那场探险完全不同,那就是竞赛场地。因为雪橇犬已被禁足南极,本次探险最终选择在格陵兰岛开辟一条与前次探险类似的路线。两支探险队在对待竞赛的态度上有着显著的差别。出发前一晚,挪威人检查装备,喂养哈士奇,重新修整雪橇上的滑板,然后早早躺下睡觉;而英国人则在酒吧打发时光。根据前英国领队布鲁斯•帕里(Bruce Parry)的回忆,他们在很大程度上是依靠罗里•奥•康纳(Rory O'Connor)医生那只古董表来确保按时起床的。“我们基本都是靠罗里那只1911年的闹钟叫醒的,铃声可以持续10秒钟。实际竞赛在早晨8点开始,我们设定了5点的闹钟,以便能在比赛开始前完全准备就绪。但是,比赛当日我们误点了,因为罗里的闹钟在凌晨12点10分时冻住停走了。”英国队睡过了头,刺骨的寒冷头一回战胜了人类,而这也绝不会是最后一次(顺便提一下,最终挪威人再一次赢得了比赛)。这一事件充分说明了极地(或者任何冬季雪地和极端纬度下的)探险家和冒险者在信赖机械装置时所要面临的风险——哪怕只是一枚不起眼的、未充分考虑到低温应用环境的时钟。 如果英国探险队使用的是数字化时钟,比如一枚石英表,那这种故障就很容易理解了。因为,电子电路极易受到寒冷环境的影响。相机、计算机和移动电话往往都会因为不期而遇的低温出现故障,因为即使在单个电路中,组成一系列复杂组件的不同材质也都有着不同的膨胀和收缩率,从而会产生相应的压力;此外,某些部件——包括锂离子电池——的阻力也会随着温度的下降而变得愈发显著。一块在27°C/80°F下的满容量电池,在-18°C/0°F环境里往往只能达到50%的电量输出。 2013-2014年,极地探险家本•桑德斯(Ben Saunders)沿着斯科特的南极路线行进,他很快就发现电子产品并不是严寒环境里的理想选择。 “极地地区条件极端,大多数电子设备都不十分可靠,特别是那种配有LCD液晶屏幕的装置,”他说道,“在最冷的那几天里,连我们的GPS全球定位装置也出了问题。”

“部分原因在于电路中使用的大多数半导体都具有所谓的‘冻结’温度,低于这个温度,这些零件便无法运作。”

智能手机、便携式计算机和全球定位装置的组件可能会受到永久性损坏,甚至可能出现物理破损(塑料在低温条件下会变得极易开裂)。这些设备一旦遭遇大幅温度变化就很容易出现冷凝现象,这对设备的正常运行有着致命的影响。这就是为什么移动电话公司规定了手机的建议使用温度:三星手机的适宜工作温度在-20°C/-4°F至50°C/122°F之间,而苹果iPad的适宜温度区间则为0-35°C/32-95°F。部分原因是电路中采用的大多数半导体是有“冻结”温度的,一旦低于该温度就无法运行。根据网站extremetemperatureelectronics.com(该网站面向在极端温度环境下工作的工程师/技术人员)的研究,此时拆解半导体材料也同样具有风险,可能会导致不可逆的组件损坏。 那么是否传统的上链时计就会有更好的表现呢?当时在英国探险队帐篷里的低温条件下,时钟是不是因为机芯润滑油黏滞才停走的呢?毕竟,机油润滑部位是腕表机芯中最脆弱的部件:大多数腕表机油的冻结温度为-30°C/-22°F,但众所周知的是,高稠度机油在-20°C/-4°F的温度区间就会冻结。这正是欧米茄特别版腕表采用特殊润滑油的原因,这种润滑油只有在超出-40°C/-40°F至-55°C/-67°F的温度范围时才会冷凝。另一个可能是,金属组件的收缩也会导致其变形——轮齿以较低扭矩转动时比大扭矩更容易停转。无论何种原因,正如布鲁斯•帕里当年所遭遇的情形一样,停摆的钟表无异于一场灾难。

为此,欧米茄杂志《Lifetime》开展了一项测试,将一枚欧米茄腕表以每5摄氏度的频率逐渐递减至-70°C/-94°F,随后再回到室温环境中查看是否出现损坏。选中进行测试的腕表是海马系列海洋宇宙600米至臻天文台表。

为了契合“至臻天文台表”这一称号,该款腕表必须经历由瑞士联邦计量研究院(METAS)设定的一系列严苛测试。时计将经历包括磁场、温度、防水性以及平均日走时精确性在内的多项考验。而在此之前的内部审核中,机芯会被置于-20°C/-4°F的温度环境中接受测试。通过METAS认证测试之后,这枚海马系列腕表立即被放入一个特制的冷藏室内,从室温以每5摄氏度的递减频率将下调至-70°C/-94°F。一只扩音器与表冠相连,用以监控温度下降过程中的功能变化。在-70°C/-94°F温度下持续4小时后,腕表被带回室温环境。不出意外,腕表在极端低温的情况下停止了运转。就像大家预料的那样,润滑油凝固了,并在降至-70°C/-94°F前完全冻结(截止发稿时详细数据仍在分析处理中)。 但研究人员还是希望了解,这种非自然低温状态对腕表的影响是否可逆。研究结果确认,腕表中所使用的润滑油在回到建议使用温度范围后并未出现性能衰退,且能依然正常运行。此外,即便腕表经历了这样的极端环境,回到正常温度后仍能顺利通过METAS的所有测试。另一块海马系列的至臻天文台表重复了相同的试验步骤后,结果仍然一致,冷冻箱测试并未对机械结构造成永久性损坏。据我们所知,这在电子系统上是不可能实现的。机械性能再次胜出。但这并非是欧米茄首次进行此类尝试。多年来品牌一直在开展一项秘密低温测试项目,数十年来秘而不宣。这就是“阿拉斯加计划”(Alaska Project),堪称是钟表制造业的绝密51区。

多年来欧米茄一直在开展一项秘密低温测试项目,数十年来秘而不宣。这就是“阿拉斯加计划”(Alaska Project),堪称是钟表制造业的绝密51区。

航空认证

1964年,任职于美国国家航空航天局(NASA)的年轻航天工程师詹姆斯•H•拉根(James H. Ragan),奉命为一系列腕表设计一项测试计划,以验证它们在航天飞行(以及最终登月)极限条件下的性能表现。拉根请求多家公司提供计时码表,其中包括通过美国经销商联系到的欧米茄。

拉根的腕表验证测试涵盖了一系列的“环境测试条件”,包括将时计置于高温、极限压力、高湿度、全氧大气、冲击、加速度、降压至真空、振动和噪音,以及低温(通常还伴有高压)等条件下。而低温测试需要让腕表持续4小时处于-18°C/0°F的温度环境,随后再恢复正常温度并进行测试和重复检查(与上述欧米茄杂志《Lifetime》所开展的严苛测试有些不同)。 -18°C/0°F与欧米茄杂志《Lifetime》的测试温度相比,或许并不能算得上是低温。毕竟,月球表面的温度可能低至-200°C/-328°F;在火星赤道位置,温度可能低至-90°C/-130°F(极地温度为-125°C/-193°F);而沿轨道运行的太空船,其阴影一侧的温度甚至可能低至-100°C/-148°F。作为对比,历史上南极洲的最低气温记录为-89.2°C/-128.56°F;而每年1月,西伯利亚维尔霍扬斯克(Verkhoyansk)居民忍受的彻骨寒温平均是-45°C/-49°F;同月,喜马拉雅山巅峰的平均气温为-36°C/-33°F,但也可能会低至-60°C/-76°F(虽然实际生活中的腕表不可能经历这样的极致低温,但身体的热量和衣着的变化的确会改变环境条件。因此即便温度下降,腕表的温度仍可能较高)。事实上, 在当时超霸系列腕表已经展现出了耐受-18°C/0°F的非凡能力。1956年,加拿大太平洋航空(Canadian Pacific Air line)的Douglas DC-6B飞机从埃德蒙顿(Edmonton)出发,途径阿姆斯特丹(Amsterdam)沿极地航线飞行时,就外挂了一枚超霸腕表。在高达5,300米(17,500英尺)的高度承受多种高空环境因素(包括低于-18°C/0°F的温度)考验9小时后,该枚腕表经史基浦(Schiphol)国际机场机长和地勤人员检查,确认其工作状态完美极佳。我们差不多在次年才知晓NASA测试低温参数的选择,当时欧米茄和美国史密森尼博物院(Smithsonian)公布了他们对于六十年代初期的前沿腕表的测试研究结果。可以确定的是,只有欧米茄超霸系列腕表以卓越的成绩通过了拉根的所有项目考验,并于1965年3月1日被正式指定为NASA官方认证的载人航天飞行任务专用腕表。

有趣的是,NASA从未委托定制过太空探险表,他们只是购买了之后被人们称为“月球表”的现成商品——与公众能买到的款型毫无二致。

1969年阿波罗11号登陆月球时,尼尔•阿姆斯特朗(Neil Armstrong)和巴兹•奥尔德林(Buzz Aldrin)佩戴的就是欧米茄超霸腕表。早在这之前,欧米茄就决定在NASA官方腕表的基础上更进一步,打造一枚终极的太空时计。为此,欧米茄与詹姆斯•H•拉根(在NASA负责所有认证程序及测试工作的工程师)合作,开启了最高机密的“阿拉斯加计划”。 多年来,该项目的名称一直令人困惑不解。的确,太空和阿拉斯加都非常寒冷,但这并非命名的真正来源。这只是欧米茄当时内部使用的一个代码(针对所有秘密项目,甚至远远超出NASA无的范畴),旨在确保项目的完全保密。避免竞争对手(特别是那些美国品牌)知晓欧米茄正与NASA合作多个特别项目,尤其是正在打造专属的太空腕表,这一点至关重要。 此外,“阿拉斯加计划”并非只是一项单独的计划,而是一系列始于1969年的、编号从1到4的秘密项目。第一阶段在月球常规登录(以及NASA心心念念的宏大愿景——在月球极远的暗面着陆)期间启动,并由此打造出世界首款采用抛光钛合金表壳的腕表。1970年,一款根据超霸专业太空表原型升级的全新表款诞生了,采用超大号红色铝制“甜甜圈”护盖。导热系数低的铝材质被用来作为腕表在低温和高温条件下的保护屏障,而红色的运用则旨在抵御特殊波长的辐射。这款采用拱形设计的腕表可以承受-148°C/-234.4°F至260°C/500°F的环境温度,运行温度区间达到了令人惊叹的逾400摄氏度。腕表同时采用可反射辐射热量的白色表盘,搭配白色尼龙粘扣表带,将腕表牢牢固定于臃肿的太空服外。

但公众对于月球的兴趣还是日渐消退了。1970年12月,NASA因为预算受限取消了阿波罗18-20号的飞行任务,这意味着不再需要登陆“月之暗面”的腕表,研发项目就此搁置。因此,欧米茄超霸系列“月球表”成为了唯一获得太空认证的腕表。

不过在2008年,欧米茄还是推出了搭载1861机芯的超霸系列“阿拉斯加计划”专业月球表,限量1,970枚,旨在纪念其设计年代。与原款腕表一样,该限量版腕表也同样采用红色表壳和加长白色表带,现已成为收藏家们竞相渴求的青睐之选。当时,NASA还有一系列需要配备精准计时的新任务,其中包括回望地球计划。作为首座轨道空间站,“天空实验室”(Skylab,1973-79年)的科学使命之一便是携带ETC(地球地形摄影机)绕地飞行。该设备采用单架高精度相机,配备5英寸胶片和1个18英寸的焦距镜头,用于拍摄我们这座星球的黑白、彩色及红外影像。NASA与欧米茄的这次后续合作——后来被命名为“阿拉斯加2号计划”(1972年开始),涉及到特殊欧米茄计时装置的设计和严苛测试,这种装置采用机械音叉机芯,用于对ETC影像进行时间编码。事实上,你可以在所有ETC官方照片的叠印钟上发现欧米茄的品牌标识。同时,以超霸系列专业腕表为蓝本的太空腕表的改进工作也从未停止。 最终,“天空实验室”空间站被可重复使用的航天飞机所取代,实际上,欧米茄也参与了那次的航天计划。毕竟,对于航空项目而言,EVA或称之为舱外太空行走,已成为例行操作的一部分。对于宇航员来说,一枚准确且易于识别及操作的计时码表是不可或缺的,因此欧米茄为NASA打造了另一批创新表款,其中包括曾在ETC中使用过的、搭载音叉计时表机芯的腕表。在“阿拉斯加4号计划”开展期间,欧米茄对超霸系列进行了升级,新增了LCD显示屏,并一次性提交给NASA 12枚编号为ST186.0004且经“太空验证”的超霸系列专业石英腕表,用于航天飞机的训练测试。NASA对超霸系列专业腕表进行了重新评估,而超霸再一次证明了自己的无懈可击。经过航天飞机再次认证后,最初的56枚腕表于1978年末交付NASA。要升级改进一个神话般的经典之作,这的确并非易事。

"NASA还有一系列需要配备精准计时的新任务,其中包括回望地球计划。"

但困难并不代表无法达成, 研发工作还在一直继续。1998年,欧米茄推出了搭载石英机芯的钛金属超霸系列X-33腕表,时至今日,这款腕表仍然是国际空间站的常客,其设计理念和技术正是直接源于阿拉斯加1-4号计划。刚刚推出时,这款腕表被冠以“火星表”的昵称,登录火星正是NASA的下一个宏大目标。经过多年的太空旅行,超霸系列专业腕表目前仍然是唯一获得NASA认证的舱外作业腕表。这并不意味着X-33或其同类腕表就无需面对火星表面高达110°C/198°F 的温差变化(日间20°C /68°F , 晚间-90°C/-130°F的情形并不鲜见)和狂暴的沙尘暴了。最初NASA测试团队的负责人詹姆斯•H•拉根(也正是他设立的测试成就了月球表的无上荣耀)表示:“我认为未来所有的载人飞行任务都需要给个人配备计时码表。我还相信,当首位宇航员踏足火星地面时,一定是戴着欧米茄腕表。”拉根就是当年选择超霸腕表参与太空探索的人,他的说法更加可信。