我國自主建造的第一艘極地科考破冰船開工

劉詩瑤

近日，我國自主建造的第一艘極地科考破冰船（以下簡稱“新船”）在江南造船廠切割車間完成第一塊鋼材點火切割，拉開了新船工程開工建造的序幕。

我國已有“雪龍”號破冰船，為何還要建新船？新船“牛”在哪兒？能為科考帶來哪些改變？

可雙向破冰

船艏和船艉均可破冰，既能往前開，也能往后開，同時還能原地轉(zhuǎn)圈

地球的兩極終年被皚皚冰雪覆蓋，科考船在極地冰海行駛時，如果破冰能力不足，即使不遠處就是開闊水域，也只能困在冰里干著急。

“新船能在1.5米厚冰、0.2米厚雪的環(huán)境中，以2—3節(jié)航速連續(xù)破冰行駛，還具備全回轉(zhuǎn)電力推進功能和沖撞破冰能力，滿足全球無限航區(qū)航行需求。”中國船舶工業(yè)集團第708研究所的新船總設(shè)計師吳剛說，相比“雪龍”船，新船破冰能力有望提升三到四個級別。

據(jù)他介紹，雙向破冰，即船艏和船艉均可破冰，是新船的最大亮點。“一般破冰船由船艏破冰，持續(xù)向前。可一旦遇到較厚的冰脊，很難突破，‘雪龍船在使用中經(jīng)常遇到被冰脊卡住的情況。”吳剛說，新船的船尾推進器裝有兩個大型吊艙，能原地360度自由轉(zhuǎn)動，形成很強的冰層切削力。“必要時，船體轉(zhuǎn)動180度，讓船尾朝前，尾部螺旋槳在海面下削冰并形成抽吸作用，直到把20多米厚的冰脊‘掏空。”

除了危急時刻“開道”，船尾還能變船頭。“就像開車，后備廂突然變成了駕駛座。”吳剛打比方道，新船駕駛室為360度視野設(shè)計，船既能往前開，也能往后開，同時還能原地轉(zhuǎn)圈。“這種機動性和靈活性使船更能適應(yīng)極地環(huán)境。”

新船的抗寒性也大幅提高，更重視低溫環(huán)境下作業(yè)的防護。“比如，室外作業(yè)和脫險通道的防滑和加熱處理、影響視線的窗戶和室外攝像頭的除冰防雨水功能，還有防冰海水門、液艙加熱、管道加熱、機艙通風(fēng)、保溫處理和冷凝水排放等設(shè)計。”吳剛說。

極地純凈無瑕，生態(tài)也極其脆弱。“新船可能是世界上采用最嚴苛環(huán)境保護技術(shù)的極地破冰科考船。”吳剛說，不論煙囪排氣、污水和垃圾排放控制，還是空調(diào)、采暖實時調(diào)節(jié)，對裝備小型化和材料輕質(zhì)化的研制，以及環(huán)保無污染涂料的應(yīng)用，都使新船足夠“綠色環(huán)保”。“新船采用了燃用輕質(zhì)柴油的全電力推進系統(tǒng)，也滿足國際上對氮氧化物的排放最高限值要求。”

“將來新船在海上作業(yè)，應(yīng)該會更有‘定力。”據(jù)吳剛介紹，新船的動力定位系統(tǒng)使船舶能夠在符合環(huán)境條件的無冰海域?qū)崿F(xiàn)動力定位，即使是前后各有一個推進器發(fā)生損壞。

據(jù)了解，從2017年1月1日起國際上開始實施最新的《極地規(guī)則》。“新船的設(shè)計和建造完全符合最新規(guī)則要求，無論從穩(wěn)性安全、結(jié)構(gòu)強度還是機電設(shè)備等方面都達到國際先進水平。”

改變極地科考作業(yè)模式

可延長科考作業(yè)的時間窗口，科考調(diào)查設(shè)備和手段均為國際先進

“之所以要建造新船，是因為現(xiàn)有的極地破冰船難以滿足快速增長的科考需求。”國家海洋局中國極地研究中心船舶處處長徐寧說，我國極地考察工作始于上世紀80年代初，迄今已成功組織了33次南極考察、7次北極科學(xué)考察，已建成長城站、中山站、昆侖站、泰山站和北極黃河站。

“我國目前是一船多站的運營模式，每個航次‘雪龍船除了承擔(dān)極地科學(xué)考察的任務(wù)外，還需承擔(dān)給各科學(xué)考察站運送建站物資、人員、補給等重要任務(wù)。”南北極夏季短暫，一艘船卻要同時兼顧南、北極多項任務(wù)，海洋科考時間被大量壓縮和擠占。“‘雪龍船單獨運行、長期疲勞作業(yè)和缺乏現(xiàn)代化地球物理和海洋生物資源調(diào)查裝備，無法適應(yīng)我國對兩極冰區(qū)海洋的戰(zhàn)略新需求。”

“新船的出現(xiàn)，將改變我國極地科考的作業(yè)模式。首先體現(xiàn)在延長科考作業(yè)的時間窗口。”徐寧告訴記者，目前國際上絕大多數(shù)基于考察船的極地科考工作是在極地的11月到下一年的3月之間進行，新船擁有更強的破冰能力和抗寒能力，就可以更早進入極地，更晚離開。延長的作業(yè)周期無疑能使科學(xué)家開展更充分的研究實驗，取得更豐碩的成果。

另一方面，新船裝備了目前國際先進的海洋環(huán)境和地球物理調(diào)查裝備，還將配備國際先進的極地海洋科學(xué)綜合調(diào)查手段。在環(huán)境調(diào)查方面，能夠承擔(dān)極地海洋、海冰、大氣等環(huán)境基礎(chǔ)綜合調(diào)查觀測研究任務(wù)。在地球物理調(diào)查方面，能夠在極地冰區(qū)海洋開展油氣、生物等調(diào)查，促進極地科學(xué)跨越式發(fā)展。“新船進行了模塊化設(shè)計，科學(xué)調(diào)查功能是合理的動態(tài)組合，能根據(jù)不同的航次需求重新配置科學(xué)任務(wù)。”吳剛說。

以海洋水體環(huán)境調(diào)查為例，海洋科學(xué)研究中的重大發(fā)現(xiàn)幾乎都是從長期觀測中獲得的，大洋環(huán)流、厄爾尼諾現(xiàn)象等發(fā)現(xiàn)都是建立在長期大量廣泛的海洋現(xiàn)場觀測資料基礎(chǔ)之上。長期以來，有關(guān)物理、化學(xué)、生物、生態(tài)指標(biāo)都是采用在調(diào)查現(xiàn)場定點取樣和實驗室分析的方法，但勞動強度高、取樣點少，而且容易受自然環(huán)境變化影響。據(jù)專家介紹，新船配備的相關(guān)系統(tǒng)，不需要專門的工作時間來安排和投放工作，而是自動完成海表面的隨時隨地的多要素連續(xù)自動測定，實現(xiàn)原位測量、實時顯示和自動記錄處理。

再拿海底測繪來說，歐美發(fā)達國家早已開始了北冰洋和南大洋大比例尺海底測繪工作，而我國之前和現(xiàn)有極地考察船均沒有配備相關(guān)設(shè)備，在極地的實際地形測繪和地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查方面幾乎是空白。新船上配備了萬米測深儀、深水多波束、淺水多波束、深海淺剖等先進探測設(shè)備，將有效彌補這一缺陷，為后續(xù)保障我國極地權(quán)益提供關(guān)鍵技術(shù)手段。

“新建破冰船從實際出發(fā)，充分考慮了我國極地考察面臨的艱巨任務(wù)，是從根本上增強我國極地考察水平的戰(zhàn)略選擇。”中國極地研究中心主任、新建極地考察破冰船建造工程負責(zé)人楊惠根說，“它的建造標(biāo)志著我國極地考察現(xiàn)場保障和支撐能力實現(xiàn)新突破，將極大促進我國極地考察事業(yè)發(fā)展，加快極地考察強國的建設(shè)進程。”

“雪龍”船不會退役

它將和新船結(jié)伴而行，共赴南北兩極開展科考

新船的出現(xiàn)，并不意味著“雪龍”船要退出歷史舞臺。據(jù)了解，新船預(yù)計2019年建成，將與“雪龍”船組成極地科考破冰船隊。

“雪龍”船為我國的極地科考做出了巨大貢獻。該船是我國于1993年從烏克蘭購入的一條貨船，后經(jīng)改造成為我國唯一一艘從事極地冰區(qū)航行的極地科學(xué)考察供應(yīng)船，并于1994年、 2007年及2013年進行了三次大規(guī)模的改造，整體性延長了使用年限，進一步滿足了極地考察和海洋調(diào)查的需要。

“將通過專業(yè)定位和分工，實現(xiàn)新船和‘雪龍船之間功能互補、優(yōu)勢倍增的目標(biāo)。”徐寧說，“雪龍”船將充分發(fā)揮其強大的后勤補給能力，以后勤保障支撐為主，主要承擔(dān)南、北極考察站的物資和人員輸送，兼顧走航綜合觀測調(diào)查和數(shù)據(jù)采樣。而新船將發(fā)揮其獨特的綜合極區(qū)海洋調(diào)查能力，以極區(qū)海洋科考調(diào)查作業(yè)為主，同時以其高等級的破冰能力和冰區(qū)操縱性能，為包括“雪龍”船在內(nèi)的極地考察船舶，提供冰區(qū)作業(yè)支持和救援能力。依靠這支船隊的合理分工，使兩極海洋調(diào)查切實滿足環(huán)境資源科學(xué)調(diào)查的需求，也可以承擔(dān)兩極海洋資源調(diào)查國家重大專項任務(wù)，深入到冰區(qū)開展大范圍、長時間的調(diào)查作業(yè)。

另一方面，新船項目采用“聯(lián)合設(shè)計、國內(nèi)建造”的模式，由國內(nèi)特種船設(shè)計的頂尖研究所第708研究所與國外著名破冰船設(shè)計公司阿克北極設(shè)計公司開展了長期的聯(lián)合設(shè)計，國內(nèi)江南造船廠進行自主建造。“破冰新船是我國在同類船舶中的首制船舶，我國船舶工業(yè)尚無設(shè)計建造此類船舶的技術(shù)和經(jīng)驗。”徐寧說，這種模式有助于引進和消化國外先進的破冰船設(shè)計理念、技術(shù)和經(jīng)驗，掌握建造技術(shù)、工藝和標(biāo)準(zhǔn)，提高我國船舶工業(yè)的核心技術(shù)競爭能力。

據(jù)專家介紹，我國極地工作實際需要工作的船舶應(yīng)該不少于美俄兩國，否則將永遠無法與國際先進同步。因此，我國極地工作的理想常態(tài)是，極地破冰船保用量應(yīng)該是5到6艘。“未來，國家還要建設(shè)破冰能力更強的破冰船，最好能全年航行在冰區(qū)里，從而提供更多的應(yīng)急救援和極地管理功能。”吳剛說。