世界先進科考船圖譜

中國船舶工業集團公司第七○八所 孫鳳鳴 劉方琦

海洋覆蓋了全球71%的面積，而人類對海洋的認識還不到5%。隨著經濟的發展，世界各國逐漸開始意識到海上資源開發、發展海洋經濟、保護海洋生態環境的重要性，加強對海洋進行探索，科考船作為人類調查和研究海洋的重要載體工具也有了新的需求和發展。

科考船發展概況

廣義上說，科考船既包括由政府或研究機構建造運營的用于水文測量、海洋科學研究、極地研究、漁業調查的科考船，也包括由油氣公司建造運營的用于油氣探測的地球物理地震調查船。根據美國聯邦海洋學設施委員會（FOFC）的海洋科考船分級規則，按照船的大小、續航力、及調查能力一般可分為全球級（Global）、大洋級（Ocean）、區域級（Regional）和近岸級（Coastal）。

從科考船隊規模來看，美國、歐盟、日本、俄羅斯等世界主要經濟體的科考船船隊規模遠大于中國。據統計，目前美國的各類科考船船隊規模超過約250艘，歐盟總計302艘，俄羅斯和日本也分別超過100艘。我國自2012年開始組建國家海洋調查船隊，通過不斷發展壯大，船隊數量已從最初的19艘增至50艘。

顯然我國科考船隊的規模要滿足全球海洋調查常態化、業務化和廣泛開展海洋調查國際合作的需求，這些船舶數量和功能還遠遠不夠，因此近年來我國逐漸加大了對科考船的投入，從而催生了一輪新建科考船熱潮。截至2017年8月，我國正在設計或建造的海洋科考船約10艘，新建、在建數量均居世界首位。

科考船技術發展趨勢

不同調查需求都對應著各自獨特的調查手段，這就要求船舶這一平臺應當具備適應各種調查能力的航行狀態。科考船根據其調查能力的需求對船舶通常有如下幾方面的特定技術要求：

1、動力定位能力。科考船通常具有海洋生物、海洋地質等調查作業能力，需要釋放水下機器人，或者各種取樣設備、測量設備等，這些作業對船舶的定位能力和定位精度有一定的要求，根據不同的作業能力要求船舶能夠保持一定的位置或一定的航向，在作業狀態下不可偏離水下儀器釋放位置太遠，因此通常海洋科學考察船會要求具備動力定位能力。

2、靈活的操作性能。科考船攜帶的多種科考儀器及設備，需要操縱船舶在調查取樣結束后需要順利回收，因此要求船舶應當具有靈活的操縱性能。

3、航速航行性能。具有海洋地球物理調查系統、深海環境探測系統等調查能力的科考船要求具有較好的低速航行性能。比如在約5節航速下進行地震勘測氣爆測量、深海拖曳操作等。

4、電站的冗余度。科考船上配置的科考設備要正常工作，需要船上提供足夠電力負荷，因此，科考船需要電站有一定的冗余度。

5、低噪聲、低振動性能。科考船攜帶大量探測設備，對船舶自身噪聲要求比較高。為了不影響船舶探測設備的測量精度，故科考船要盡可能地從船型設計、結構設計及選用低振動、低噪聲的設備等方面考慮，降低船舶的自身噪聲。

國內外先進科考船

——美國“Sikuliaq”號極地科考船

為了推進北極地區研究，阿拉斯加費爾班克大學在美國國家科學基金的支持下建造了一艘在阿拉斯加地區運行的科考船，并命名為“Sikuliaq”號，意為年輕的海冰。

圖1：美國“Sikuliaq”號極地科考船

該 船 長79．6m， 寬15．85m，深8．5m，滿載吃水5．715m，可搭載24名科學家和20名船員。采用柴電推進，配備2臺MTU 16V-4000和2臺MTU 12V-4000柴 油發動機，總功率6220KW，推進系統為2臺Wartsila Icepod2500吊艙推進器。為提高低航速時的操縱性能，該船還配備了艏側推器。靜水下的最大航速為14．2kn，在2kn的時速下可緩慢通過0．76m（2．5 ft）厚的一年冰，破冰等級為PC5。自持力為45天，最大航程為18000nm（10kn航速下）。

圖2：英國“RRS Sir David Attenborough”號極地科考船

船上首尾均配有起重機，采用DPS1動力定位系統，并安裝了冰級加強多波束聲納系統和聲學多普勒流速剖面儀（75kHz和150kHz），具有較長的取芯能力。該船噪音小，便于開展魚類研究，且十分堅固，適合航行于充滿浮冰的北極海域。船上配備有1萬米長纜線的現代化絞車，包括深海牽引絞車、溫鹽深測控絞車、水文絞車。研究人員可以從海底直接采集樣本，遠程操控一套軟管式絞車，來升降科研設備，操縱研究儀器以探查水柱和海底，還可以向全球各地的教室實時傳送信息。

—— 英 國“RRS Sir David Attenborough”號極地科考船

英國南極調查局目前正在英國Cammell Laird 船廠建造一艘新型極地科考船“RRS Sir David Attenborough”號，用以接替“RRS Ernest Shackleton” 號和“RRS James Clark Ross”號在南、北極的工作，預計將于2019年交付，船舶造價約為2億英鎊。

該船由羅·羅設計，船長128m，寬24m，自持力為60天（極區），可搭載30名以上船員和60名科學家。采用柴電推進，主機 由2臺Bergen B33：45L6A和2臺Bergen B33：45L9A柴 油 發電機組成，并配備2組2500kW電池，螺旋槳為雙軸槳葉調距槳，艏艉各有兩個推進器。最大航速為17．2kn，13kn航速下的最大航程為19000nm，超過英國到羅瑟拉科考站的往返距離或繞南極大陸兩圈。3kn航速下可破1m厚冰，破冰等級為PC4（推進系統為PC5）。

船上裝備了大量專業科考設備和儀器，且擁有先進的實驗室，可以進行海洋、海底和大氣研究。通過水下機器人和水下滑翔機收集海洋環境和生物數據，并將數據傳送到船上的實驗室中，同時空中機器人和船載環境監測系統可提供詳細的極地環境信息。為滿足日益發展的科研需求，實驗室空間被設計為可重構，并為集裝箱式的實驗室模塊設計擴展位。

圖3：德國“Atair II”號LNG燃料科考船

——德國“Atair II”號LNG燃料科考船

圖4：瑞典“Svea”號科考調查船

“Atair II”號是德國海事與水文管理局建造的全球首艘以LNG為燃料的科考船，預計2020年交付，代替服役已超過30年的“Atair”號科考船。該船將主要用于水文調查和沉船搜索，并將在北海和波羅的海進行海洋環境觀察，同時還承擔導航和雷達系統的技術測試平臺。

康士伯格獲得該船的總包合同，其中水文調查設備系統包、動力定位系統、綜合船橋系統、布放回收系統、推進系統以及導航系統等由康士伯格提供，船體優化、設計以及調查設備和系統布置工作由一家名為Technolog Services的公司負責，目前在德國Fassmer船廠進行建造。船長74m，船寬17m，吃水為5m，可為18名船員和15名科學家提供膳宿。該船入級DNV GL，并將獲得SILENT R船級符號。由于設計環境友好，“Atair II”號幾乎不會對海洋環境產生影響，同時聲吶設備工作也將不受主機噪音干擾，為船上的科考工作提供了理想的環境。為應用LNG燃料，“Atair II”號配備了2臺1110Kw的Wartsila 20DF主機，1臺6缸 Wartsila 20柴油機，及2套廢氣清潔系統，同時采用Wartsila LNGPac燃 料 系 統。燃料艙儲氣量為130m3，可滿足10天左右的燃氣消耗量。

——瑞典“Svea”號科考調查船

瑞典農業科學大學正在建造的“Svea”號科考調查船，主要用于魚群調查及水質監測，其他用途還包括收集環境變化影響相關數據、研究海洋生物多樣性、研究海洋富營養化、研究CO2對海水酸化的影響、研究海水氧化和脫氧等，預計2019年4月可建成交付。

船長為69．5m，寬15．8m，吃水5．4m，可搭載15名船員和13名科學家。該船采用Skipsteknisk AS 公司的ST367型設計，滿足ICES 209水下輻射噪聲標準。為將對環境的影響降到最低，該船將使用可再生燃料（一種氫化植物油）。設置2個升降鰭板（Drop Keel）儀器艙，用于布置多波束/單波束回聲測深儀和聲納。

圖5：日本“Kaimei”號海洋調查船

——日本“Kaimei”號海洋調查船

圖6：海洋地質八號三維物探船

“Kaimei”號是日本海洋科學技術中心目前最新的海洋調查船，該船由三菱重工下關造船廠建造，于2016年3月完工交付，建造費用207億日元。

該 船 船 長100．5m， 型 寬20．5m，型深9m，吃水6m，總噸位5747t，航速12kn，續航力9000nm，定員65人，其中科研人員38人，裝備DPS動力定位系統，采用綜合電力推進方式，設有兩臺主發電機，兩臺輔助發電機，兩臺功率2400kW的電動機分別驅動尾部兩臺全回轉舵槳，船首設有一臺可伸縮式全回轉推進器和首側推。

“Kaimei”號上裝備了3000米4纜三維地震測量系統，高分辨率300米20纜三維地震測量系統，12000米二維地震測量系統；裝備了多種海底資源取樣裝置，包括海底巖芯取樣鉆機（BMS），適用水深為3000m、鉆深能力為30m，以及海底抓斗，鉆孔直徑為60mm，適用水深6000m，容量為1m3。還裝備了12000米CTD采水裝置，3000米級ROV，多波束聲吶測深系統（MBES），流速流向儀，海洋大氣觀測系統，重力儀，磁力儀等調查設備。設有5個實驗室。可以完成海底資源分布，生成環境的調查；大氣及海洋環境變化的調查和古環境變動的解釋；海底地殼結構探測，以及對地震海嘯防災、減災研究。

——“海洋地質八號”三維物探船

“海洋地質八號”是國內第一艘完全擁有自主知識產權的三維物探調查船。該船采用電力推進系統、雙導管可調螺距槳和全船雙殼體設計。配備6根地震電纜，并可根據用戶需求方便地擴展至8纜。設計引入先進的環保理念，滿足中國船級社（CCS）關于環保的CLEAN船級符號的要求，具有CCS舒適性船級符號COMF（NOISE 3）和COMF（VIB 3)。該船于2017年10月14日完成試航，于2017年11月28日交付。

“海洋地質八號”總長88m，寬20．4m，型深8m，結構吃水6．2m，最大航速15．4kn，在經濟航速12．1kn下續航力為16000nm。該船的整個電站采用“四臺主發電機+一臺停泊發電機組”模式，系統性能可靠穩定，可保障船舶在任何航行條件、工況下的用電需求。五臺發電機組均采用雙層隔振技術，實船測試效果振動數據均低于船級社設定的舒適性標準COMF（NOISE 3）和 COMF（VIB 3）。

“海洋地質八號”適用于全球海域，冰區加強B級。這是世界第一艘六纜高精度短道距地震電纜三維物探船，引進了國際最先進的高分辨短道距三維地震測量系統，實現了6纜（可拓展為8纜）高精度短道距地震電纜三維（四維）地震作業能力；同時，通過配置配套國際先進地球物理裝備，使該船整體調查與勘探能力，可以滿足全海域水合物調查、區域地質調查和重點海域油氣資源調查等任務的需要。

圖7：雪龍2號效果圖

——“雪龍2號”極地破冰船

圖8：“嘉庚號”科考船

“雪龍2號”為中國新一代極地科考船。船舶總長122．5m、型寬22．3m、結構吃水8．3m，裝載能力約為4500t，最大航速16．8kn。可搭載科考人員和船員共90人，續航力為20000nm，自持力在額定人員編制情況下可達60天。

“雪龍2號”融合了國際新一代考察船的技術、功能需求和綠色環保理念，采用國際先進的船艏船艉雙向破冰船型設計，并具備全回轉電力推進系統，DP-2動力定位系統和沖撞破冰能力，可實現極區原地360°自由轉動，并可突破極區20米當年冰冰脊，船舶機動能力大幅提升，能夠滿足全球無限航區航行需求。結構強度滿足PC3要求，艏向能在覆蓋有0．2米厚積雪的1．5米厚冰層上以2～3節的速度連續破冰。同時，全船發電機組均配備了廢氣清洗系統，注重對極地環境的保護。

“雪龍2號”將加裝智能機艙，這是我國首次在科學考察船上配套智能機艙系統，也是我國首次在電力推進船舶中加裝智能機艙。智能機艙加裝主要包括柴油機健康管理、電力推進健康管理、輔助系統健康管理和智能機艙集成平臺四部分。旨在交船時獲得CCS智能機艙（i-ship M）標志，通過感知平臺建設、數據分析實現智能化機艙，為船員提供機艙狀態、健康情況、輔助決策，降低船員勞動強度，提高船舶運營效能。

——“嘉庚號”科學考察船

“嘉庚號”為廣船國際有限公司為廈門大學建造的全球頂級科考船。船長77．7m，型寬16．24m，設計吃水5．2m，滿載排水量3450t，最大航速不小于14kn，續航力不小于10000nm，載員為54人。

“嘉庚號”在動力推進方面配置AFE有源前端驅動的綜合電力推進系統，設雙軸雙定距槳、雙襟翼舵、1臺艏側推、2臺艉側推，具備DP1級動力定位能力。在水下輻射噪聲控制方面，滿足DNV GL的SILENT A+S指標。為控制噪聲，通過低噪螺旋槳設計、低速超靜音推進電機選型，以及低噪音變頻風機、專業消音器及消音百葉窗的三重控制，使得振動滿足CCS最高的振動舒適度等級要求，全船80%的船員住艙空氣噪聲僅45分貝左右，并配備了聲吶自噪聲監控系統。

在科考方面設置專屬潔凈實驗室，實現集成采水器、絞車和集裝箱式實驗室的可移式船載痕量金屬潔凈水樣采集及分析測試系統，在國際上首次采用升降鰭板上設置走航超潔凈（痕量金屬無沾污）海水采集系統。

伴隨著“一帶一路”倡議的提出，科考船項目將成為我國“十三五”期間的一大亮點。未來5年，我國將大力發展深海探測、大洋鉆探、海底資源開發利用、海上作業保障等裝備、系統；推動深海空間站、大型浮式作業結構物開發和工程化；突破“龍宮一號”深海試驗平臺建造關鍵技術，在北極合作新建岸基觀測站，在南極新建科考站，新建破冰船；逐步形成全球海洋立體觀測系統。同時，國家海洋調查船隊正在組織開展“海洋調查船分類與分級”行業標準編制工作，統一海洋調查船術語及定義、分類方法、分級方法， 預計海洋調查船的需求將呈現序列化的發展趨勢，而不是點狀發展。

隨著人類對海洋的認識不斷加深，我們已經迎來了“大科考時代”，裝備更高端、更先進；對海洋的研究向深海和極地拓展；平臺融合、數據融合正在促進海洋科學研究的產出。因而，新一代的科考船將向著平臺通用化、系統智能化、裝備專業化發展，使海洋調查船隊結構配置不斷完善和提升。基于此，國外船廠、設計公司已經著手研發系列化的科考船設計，如達門船廠提出了多功能輔助船概念，旨在為海洋調查、潛水支援、魚雷回收、ROV和UAV布放回收、海上搜救及其他海岸警衛隊職能提供一個統一的平臺。我國也應在這方面加強研究，在對船體基本性能和技術的研究基礎上，構建完善的科考船平臺、設備和系統體系。