中國自主建造的第一艘極地科考破冰船示意圖。國家海洋局中國極地研究中心供圖
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?？梢坏┯龅捷^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、保溫處理和冷凝水排放等設計。”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)構強度還是機電設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’船除了承擔極地科學考察的任務外，還需承擔給各科學考察站運送建站物資、人員、補給等重要任務。”南北極夏季短暫，一艘船卻要同時兼顧南、北極多項任務，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綜合調(diào)查手段。在環(huán)境調(diào)查方面，能夠承擔極地海洋、海冰、大氣等環(huán)境基礎綜合調(diào)查觀測研究任務。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，促進極地科學跨越式發(fā)展。“新船進行了模塊化設計，科學調(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任務。”吳剛說。
以海洋水體環(huán)境調(diào)查為例，海洋科學研究中的重大發(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)場觀測資料基礎之上。長期以來，有關物理、化學、生物、生態(tài)指標都是采用在調(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設備，在極地的實際地形測繪和地質(zhì)構造調(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備，將有效彌補這一缺陷，為后續(xù)保障我國極地權益提供關鍵技術手段。
“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，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人楊惠根說，“它的建造標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)航行的極地科學考察供應船，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。”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)境資源科學調(diào)查的需求，也可以承擔兩極海洋資源調(diào)查國家重大專項任務，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)合設計、國內(nèi)建造”的模式，由國內(nèi)特種船設計的頂尖研究所第708研究所與國外著名破冰船設計公司阿克北極設計公司開展了長期的聯(lián)合設計，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)尚無設計建造此類船舶的技術和經(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計理念、技術和經(jīng)驗，掌握建造技術、工藝和標準，提高我國船舶工業(yè)的核心技術競爭能力。
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該是5到6艘。“未來，國家還要建設破冰能力更強的破冰船，最好能全年航行在冰區(qū)里，從而提供更多的應急救援和極地管理功能。”吳剛說。
