我國(guó)自主建造的第一艘極地科考破冰船開(kāi)工

劉詩(shī)瑤

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

我國(guó)已有“雪龍”號(hào)破冰船，為何還要建新船？新船“牛”在哪兒？能為科考帶來(lái)哪些改變？

可雙向破冰

船艏和船艉均可破冰，既能往前開(kāi)，也能往后開(kāi)，同時(shí)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(shí)，如果破冰能力不足，即使不遠(yuǎn)處就是開(kāi)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(jìn)功能和沖撞破冰能力，滿足全球無(wú)限航區(qū)航行需求。”中國(guó)船舶工業(yè)集團(tuán)第708研究所的新船總設(shè)計(jì)師吳剛說(shuō)，相比“雪龍”船，新船破冰能力有望提升三到四個(gè)級(jí)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(diǎn)。“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(shuō)，新船的船尾推進(jìn)器裝有兩個(gè)大型吊艙，能原地360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)，形成很強(qiáng)的冰層切削力。“必要時(shí)，船體轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)刻“開(kāi)道”，船尾還能變船頭。“就像開(kāi)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(jì)，船既能往前開(kāi)，也能往后開(kāi)，同時(shí)還能原地轉(zhuǎn)圈。“這種機(jī)動(dòng)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(hù)。“比如，室外作業(yè)和脫險(xiǎn)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(jī)艙通風(fēng)、保溫處理和冷凝水排放等設(shè)計(jì)。”吳剛說(shuō)。

極地純凈無(wú)瑕，生態(tài)也極其脆弱。“新船可能是世界上采用最嚴(yán)苛環(huán)境保護(hù)技術(shù)的極地破冰科考船。”吳剛說(shuō)，不論煙囪排氣、污水和垃圾排放控制，還是空調(diào)、采暖實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，對(duì)裝備小型化和材料輕質(zhì)化的研制，以及環(huán)保無(wú)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(jìn)系統(tǒng)，也滿足國(guó)際上對(duì)氮氧化物的排放最高限值要求。”

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

據(jù)了解，從2017年1月1日起國(guó)際上開(kāi)始實(shí)施最新的《極地規(guī)則》。“新船的設(shè)計(jì)和建造完全符合最新規(guī)則要求，無(wú)論從穩(wěn)性安全、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還是機(jī)電設(shè)備等方面都達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。”

改變極地科考作業(yè)模式

可延長(zhǎng)科考作業(yè)的時(shí)間窗口，科考調(diào)查設(shè)備和手段均為國(guó)際先進(jìn)

“之所以要建造新船，是因?yàn)楝F(xiàn)有的極地破冰船難以滿足快速增長(zhǎng)的科考需求。”國(guó)家海洋局中國(guó)極地研究中心船舶處處長(zhǎng)徐寧說(shuō)，我國(guó)極地考察工作始于上世紀(jì)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(zhǎng)城站、中山站、昆侖站、泰山站和北極黃河站。

“我國(guó)目前是一船多站的運(yùn)營(yíng)模式，每個(gè)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(yùn)送建站物資、人員、補(bǔ)給等重要任務(wù)。”南北極夏季短暫，一艘船卻要同時(shí)兼顧南、北極多項(xiàng)任務(wù)，海洋科考時(shí)間被大量壓縮和擠占。“‘雪龍船單獨(dú)運(yùn)行、長(zhǎng)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(wú)法適應(yīng)我國(guó)對(duì)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(guó)極地科考的作業(yè)模式。首先體現(xiàn)在延長(zhǎng)科考作業(yè)的時(shí)間窗口。”徐寧告訴記者，目前國(guó)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(jìn)行，新船擁有更強(qiáng)的破冰能力和抗寒能力，就可以更早進(jìn)入極地，更晚離開(kāi)。延長(zhǎng)的作業(yè)周期無(wú)疑能使科學(xué)家開(kāi)展更充分的研究實(shí)驗(yàn)，取得更豐碩的成果。

另一方面，新船裝備了目前國(guó)際先進(jìn)的海洋環(huán)境和地球物理調(diào)查裝備，還將配備國(guó)際先進(jìn)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(cè)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(kāi)展油氣、生物等調(diào)查，促進(jìn)極地科學(xué)跨越式發(fā)展。“新船進(jìn)行了模塊化設(shè)計(jì)，科學(xué)調(diào)查功能是合理的動(dòng)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(shuō)。

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(zhǎng)期觀測(cè)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(zhǎng)期大量廣泛的海洋現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料基礎(chǔ)之上。長(zhǎng)期以來(lái)，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(chǎng)定點(diǎn)取樣和實(shí)驗(yàn)室分析的方法，但勞動(dòng)強(qiáng)度高、取樣點(diǎn)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(shí)間來(lái)安排和投放工作，而是自動(dòng)完成海表面的隨時(shí)隨地的多要素連續(xù)自動(dòng)測(cè)定，實(shí)現(xiàn)原位測(cè)量、實(shí)時(shí)顯示和自動(dòng)記錄處理。

再拿海底測(cè)繪來(lái)說(shuō)，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家早已開(kāi)始了北冰洋和南大洋大比例尺海底測(cè)繪工作，而我國(guó)之前和現(xiàn)有極地考察船均沒(méi)有配備相關(guān)設(shè)備，在極地的實(shí)際地形測(cè)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(wàn)米測(cè)深儀、深水多波束、淺水多波束、深海淺剖等先進(jìn)探測(cè)設(shè)備，將有效彌補(bǔ)這一缺陷，為后續(xù)保障我國(guó)極地權(quán)益提供關(guān)鍵技術(shù)手段。

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

“雪龍”船不會(huì)退役

它將和新船結(jié)伴而行，共赴南北兩極開(kāi)展科考

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

“雪龍”船為我國(guó)的極地科考做出了巨大貢獻(xiàn)。該船是我國(guó)于1993年從烏克蘭購(gòu)入的一條貨船，后經(jīng)改造成為我國(guó)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(jìn)行了三次大規(guī)模的改造，整體性延長(zhǎng)了使用年限，進(jìn)一步滿足了極地考察和海洋調(diào)查的需要。

“將通過(guò)專業(yè)定位和分工，實(shí)現(xiàn)新船和‘雪龍船之間功能互補(bǔ)、優(yōu)勢(shì)倍增的目標(biāo)。”徐寧說(shuō)，“雪龍”船將充分發(fā)揮其強(qiáng)大的后勤補(bǔ)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(cè)調(diào)查和數(shù)據(jù)采樣。而新船將發(fā)揮其獨(dú)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(shí)以其高等級(jí)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(duì)的合理分工，使兩極海洋調(diào)查切實(shí)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(guó)家重大專項(xiàng)任務(wù)，深入到冰區(qū)開(kāi)展大范圍、長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)查作業(yè)。

另一方面，新船項(xiàng)目采用“聯(lián)合設(shè)計(jì)、國(guó)內(nèi)建造”的模式，由國(guó)內(nèi)特種船設(shè)計(jì)的頂尖研究所第708研究所與國(guó)外著名破冰船設(shè)計(jì)公司阿克北極設(shè)計(jì)公司開(kāi)展了長(zhǎng)期的聯(lián)合設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)江南造船廠進(jìn)行自主建造。“破冰新船是我國(guó)在同類船舶中的首制船舶，我國(guó)船舶工業(yè)尚無(wú)設(shè)計(jì)建造此類船舶的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)。”徐寧說(shuō)，這種模式有助于引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)的破冰船設(shè)計(jì)理念、技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，掌握建造技術(shù)、工藝和標(biāo)準(zhǔn)，提高我國(guó)船舶工業(yè)的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)能力。

據(jù)專家介紹，我國(guó)極地工作實(shí)際需要工作的船舶應(yīng)該不少于美俄兩國(guó)，否則將永遠(yuǎn)無(wú)法與國(guó)際先進(jìn)同步。因此，我國(guó)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(lái)，國(guó)家還要建設(shè)破冰能力更強(qiáng)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(shuō)。