極地科學及技術學科布局與發展的探索與研究

薛彥卓 狄少丞 倪寶玉 鞠磊

【摘要】面向“冰上絲綢之路”建設的國家戰略需求，充分借助和發揮哈爾濱工程大學在極地船舶設計制造領域的雄厚技術儲備，開展極地科學與技術學科布局與發展的探索與研究，為我國極地戰略的開展提供技術支撐。

【關鍵詞】極地科學及技術 ?極地學科 ?極地發展

【基金項目】哈爾濱工程大學教改立項《極地科學及技術學科布局與發展的探索與研究》（JG10217Y02）。

【中圖分類號】G64 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）09-0254-02

1.引言

隨著全球氣候變暖，北極冰蓋逐漸融化，北極航線的開通可能性大大提高。北極航道是連接太平洋北部與大西洋北部最短的航線，極大縮短了同處于北半球的歐洲、北美和東亞之間的海上航線距離;北極地區藏有豐富的資源，包括礦產資源和可再生資源，豐富油氣資源使北極地區被稱為“第二個中東”。

2013年5月15日，中國正式成為北極理事會“永久觀察員國”，這不但意味著北極理事會成員國已經理解和認可了中國在北極的活動和相關主張，也預示著中國在北極事務中將擁有更大發言權和扮演更重要角色，在北極資源勘探開發、航線開辟及科考等方面將擁有更大的運作空間。2016年7月，國務院發布《“十三五”國家科技創新規劃》，明確提出：發展深地、極地關鍵核心技術等內容?！吨袊圃?025》中明確提出“重點開展適用不同冰級要求的極地油船、集裝箱船等船舶研制，重點研究PC3、PC4冰級的船舶，實現安全、經濟、環保特征處于國際先進水平”。 2017年7月3日，國家主席習近平與俄羅斯總統普京提出要開展北極航道合作，共同打造“冰上絲綢之路”。2018年1月，《中國的北極政策》白皮書正式發布，明確表達了“中國是北極的利益攸關方”這一立場。

極地科學及技術學科布局與發展的探索與研究是為了對標“十三五”國家科技創新規劃、“中國制造2025”、“冰上絲綢之路”等國家戰略，滿足國家和行業對北極航道和極地資源開發中裝備制造能力和關鍵技術問題的迫切需求，充分借助哈爾濱工程大學高緯度地理位置和發揮哈爾濱工程大學在極地船舶領域的雄厚技術儲備。依托學?，F有的學科優勢和基礎，重點梳理了極地船型開發與設計技術、極地導航、極地通信、極地聲學、極地甲板機械、極地動力、極地材料等研究方向， 對推動我國極地科學與技術領域的學科布局與發展具有積極的促進作用。

2.國內現狀

國內對于極地領域的研究重點多集中在極地科學領域，主要包括：極地環境與氣候、極地生態與微生物、極地地質等，多屬于地球科學，對于工程與裝備領域的研究較少，也沒有相對完整的體系，缺少綜合性、集成性的學科布局。

中國科學院的低溫工程學重點實驗室是我國唯一綜合性的低溫工程科學技術研究單位，是中國制冷學會制冷與低溫專業委員會的主任單位，圍繞低溫工程學的重要基礎問題和關鍵核心技術研究。中國科學院的冰凍圈科學國家重點實驗室圍繞冰凍圈過程、機理及冰凍圈與其它圈層相互作用等科學前沿問題開展大量的研究工作。國家海洋局的中國極地研究中心是我國開展極地科學研究的重要依托平臺，主要實施考察、標本搜集整理、極地考察裝備研制，觀察極地雪冰-海洋與全球變化，研究極區電離層-磁層耦合與天氣和極地生態環境及生命科學等。大連海事大學的北極海事研究中心立足北極海事、服務國家航運主要開展北極通航立法、北極戰略和政策研究、北極地區氣候和水文氣象和北極自然資源和環境保護的研究。大連理工大學主要開展了海冰厚度和融池、冰下海水溫度變化、海冰表面形態特征等研究。

3.極地學科群

圍繞“冰上絲綢之路”的建設和極地資源的開發利用的重大需求，開展極地科學與技術學科布局與發展的探索與研究，重點圍繞極地船型開發與設計技術、極地導航、極地通信、極地聲學、極地甲板機械、極地動力、極地材料等研究方向， 對推動我國極地科學與技術領域的學科布局與發展具有積極的促進作用。各學科的主要內容總結如下：

（1）極地船型開發與設計技術

極地船型開發與設計技術研究主要包括極地船舶結構性能和運動性能研究、極地船舶與海洋平臺設計方法、冰池實驗技術等。其中極地船舶結構性能包含冰載荷的理論模型與數值方法、海冰-結構碰撞的模型實驗技術、不同破冰模式下船舶結構強度校核、不同破冰模式下船舶疲勞強度校核、船舶碰撞海冰破損后剩余強度研究、船冰碰撞過程結構響應分析和船舶冰激振動和艙室沖擊噪聲傳播規律等子方向。

（2）極地導航

極地導航研究內容主要包括極區高精度組合導航理論與技術、極區智能安全航海方法、極區多元海洋環境信息獲取、集成與服務技術和極區精密測繪方法等。其中極區高精度組合導航理論與技術包含極區典型環境條件下導航傳感器測試方法與研究、極區環境下多傳感器信息融合理論與方法、組合導航系統的極區導航體系和極區導航綜合模擬測試理論與方法等子方向。

（3）極地通信

極地通信技術主要包括極地多源遙感海冰監測技術和極地高可靠通信系統技術等。其中極地多源遙感海冰監測技術包含面向極地海冰監測的多源遙感影像預處理技術、面向極地海域精確分類的光譜特征選擇技術、基于高光譜影像極地海域分類技術、基于高分辨率光學影像的浮冰檢測和分布形態鑒別技術和基于多時相影像的浮冰形態變化檢測及評估技術等子方向。

（4）極地聲學

極地聲學技術主要包括冰下聲學物理特性研究、冰下水聲技術研究和極地水聲設備與系統研發等。其中冰下聲學物理特性研究包含冰層散射及混響特性研究與建模、冰下水聲信道特性研究與建模、極地噪聲場監測技術與特性研究、冰體內聲傳播特性研究和冰-水、冰-空氣、冰-雪界面聲學特性研究等子方向。

（5）極地甲板機械

極地甲板機械主要包括極地船舶上層建筑結構防覆冰/雪設計、極地環境長期服役防冰/疏冰涂層技術和極地船舶除冰技術及設備研發技術等。其中極地船舶上層建筑結構防覆冰/雪設計包含結構表面形冰過程模擬及覆冰預報、霜-霾-冰形成機制及上層建筑防霜霾流場設計和上層建筑防濺淋構造及防冰/除冰一體化設計等子方向。

（6）極地動力

極地動力主要包括極地環境下發動機工作適應能力研究、極地環境下動力系統集成匹配技術研究和極地環境下超清潔發動機技術研究等。其中極地環境下發動機工作適應能力研究包含低溫進排氣問題、極地環境對動力系統影響規律和低溫啟動、冷卻問題等子方向。

（7）極地材料

極地材料主要包括極地用耐低溫高性能鋼、復合板及評價技術、極地用寬溫域耐低溫阻尼高分子材料和極地船舶分區涂層防護體系研究等。其中極地用耐低溫高性能鋼、復合板及評價技術包含50mm厚 -60°C以下極地用355MPa和500MPa鋼、極地用不銹鋼復合板、極地環境對材料性能變化的影響研究、極地環境下材料性能評價和極地船舶工程示范應用等子方向。

4.總結

極地蘊含的巨大政治、經濟、科技、軍事利益，正越來越成為國際爭奪的重要目標和新的戰略要地。我國在地緣上雖不屬于環極地國家，但國際間急劇升溫的北極戰略利益的博弈，與我國的戰略利益和長遠發展密切相關。本文充分借助哈爾濱工程大學高緯度地理位置和發揮哈爾濱工程大學在極地船舶領域的雄厚技術儲備，提出了極地科學及技術學科布局與發展的探索與研究，總結了極地學科群建設及發展中的主要內容，對推動我國極地科學與技術領域的學科布局與發展具有積極的促進作用。

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