海洋科考船與“中山大學”號

花栗鼠

人類從事海洋科考已有100多年歷史，雖然只完成不到5%探索，但算上3.61億平方千米的地球海洋面積，整個探索的工作量還是很可觀的。工欲善其事，必先利其器，而人類探索海洋的“器”，就是海洋科考船。前不久，我國最大的海洋綜合科考實習船“中山大學”號在上海長興島下水。我們就來談談關于它的故事。

海洋科考船的歷史

海洋科考的開端

1872年12月21日，英國“挑戰者”號（HMS Challenger）從樸次茅斯啟程，歷時713天，航行了近7萬海里，進行了492次深海探測，133次海底挖掘，263次水溫測定，發現了超過4000種先前未知的物種，這在當時堪稱“對我們星球的了解上最偉大的進步”，也是海洋科考的發端。然而當時的“挑戰者”號卻只是條經過改造，增加了若干實驗室的舊軍艦。事實上，直到第二次世界大戰結束，科學家們都是將其他類型船舶改造后用于海洋科考。

不止于“船”

隨著海洋科考的發展，海洋科考者們開始意識到他們所需要的不僅是一艘“船”那么簡單。專業的海洋科考船應該是一個綜合的海上科學平臺，它需要可以對特定海區的水文、地質，生物、氣象等進行連續的觀測以及實驗，改裝的舊船已難以滿足海洋科考的需求。世界上許多國家在20世紀50年代末，都開始設計制造專門的海洋科考船。英國的“發現”，德國的“太陽”，我國的“科學”和“向陽紅”，都是這一時期開始設計建造并入役的，它們共同承擔了50～80年代間海洋科考的重任。

新一代的科考船

近年來隨著海洋科考工作進一步發展，研究內容包括了諸如海洋在全球氣候變化中的回饋交互作用這樣的復雜課題，大型電腦、浮標平臺、衛星、無人機、深潛艇等新技術成為科考標配手段。但早期科考船在這諸多方面都有所欠缺，以我國早期的科考船為例，船速偏快，動力機組油耗大，減振降噪措施有限，實驗設備探測深度和范圍較小，制約了遠洋科考的數據探測。而缺乏數據處理、整合和傳輸能力，使得很多實驗需要返航后在陸上實驗室才能完成，嚴重影響了實驗的精度和效率。在這種情況下，我國20世紀80年代后開始了新一代科考船的設計與建造，而“中山大學”號，便是我國新一代科考船序列中的最新銳產品。

“中山大學”號有啥不同

綜合參數更適合科考

下面是我國自行設計并建造的第一艘專業遠洋科考船“向陽紅09”（1978年出廠/2006年改造）與“中山大學”號的一些參數對比。

如表格中所示，“中山大學”號在噸位以及續航力方面都全面領先老前輩。而考慮到減噪的目的，偏快的航速也被降了下來（作為對照，美國的“羅納德布朗”號相關參數是12節/15節）。至于顯著加寬的船體，使得“中山大學”號的可用空間也明顯優于老前輩。

除此之外，根據目前披露的消息，“中山大學”號將搭載大氣觀測、海洋生物采集、地質調查設備，利用無人機與無人艇的集群式作業，實現海陸空一體化移動探測。船上的固定實驗室便有760平方米，艉甲板還有610平方米的作業平臺，可搭載十余個移動集裝箱式實驗模塊。這樣的資源配置明顯優于只有一干一濕兩個實驗室，且大量實驗儀器設備需要科研人員自行攜帶的“向陽紅09”。

搭配多項新銳技術

“中山大學”號在建造過程中，還采用了諸多先進技術。其中被公開報道出來的包括以下幾個：

L型全回轉低噪推進器

常見的船舶推進器是Z型推進器，其主要結構是安裝在水平面上，靠兩級錐齒輪傳動連接的螺旋槳。而L型推進器，則是將傳動軸排成L型垂直安裝，還可以進行360°全方向驅動。這種結構移除了額外的機械傳動齒輪組和傳動軸，構造更加緊湊，傳動效率高于傳統的Z型結構，工作時也會更加安靜。

輪緣永磁側推

該技術將驅動螺旋槳電機集成在環形導管內，把軸向驅動改成徑向驅動，使永磁電機定子固定在環形罩殼上，槳葉（轉子）則通過滑動軸承安裝在環形罩殼內部。這不僅提升了傳動效率，也避免了電機工作時產生空泡、漩渦以及艙室振動噪音，降低了對科考船測量工作產生的干擾。

直流母排+儲能蓄電池

它解決的是推進器電機組的聯動問題。用銅排母線形式，將電機組在變頻器里相互關聯，形成直流電公共母線驅動系統，并接入儲能蓄電池來充分利用能量。因此不僅盡可能避免多電機傳動產生的能量浪費，提高了系統用電效率，還提升了船舶操縱穩定性與安全性。

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“中山大學”號在艏部安裝兩套輪緣永磁側推裝置，艉部則有兩套L型全回轉推進器，驅動這些推進器的電機組大多數時間處于不同的工作狀態。

全航速主動式減搖鰭

傳統固定式減搖鰭①一般對船舶航速有較高要求，其原理是和飛機機翼一致，一旦喪失速度就無法產生升力，因此無法在零航速條件下生效。而全航速減搖鰭可以在任意航速下實現減搖效果。“中山大學”號安裝的是哈工大自主研發的全航速收放式減搖鰭，能在最大五級海況（浪高2.5～4米的高海況）下實現船體全航速減搖。

①減搖鰭

安裝在船舶上的主動式減搖裝置。可以減少90%以上的船舶橫向搖晃，保持船身穩定。

“中山大學”號的誕生，不僅為海洋科學事業添磚加瓦，也為國家海疆的安全出力。中山大學從2016年（南海仲裁案發生的時間）開始實施了“南海科學考察”的綜合計劃，現在已經完成了8個航次，累計航行13000余海里，未來也將繼續深入研究南海及周邊的氣象與地質問題。而“中山大學”號將成為中大海洋學者手中的一把神兵，在科學考察與海洋戰略方面兩開花。畢竟在這個陸地資源已經接近過度開發的時代，海洋的未來就是全人類的未來，而南海的未來，也必將與我國的未來牢不可分。