“雪龍2”號(hào)：國產(chǎn)科考船極地破冰 極地海洋調(diào)查與研究的重要平臺(tái)

作為一艘智能化的極地科考船，“雪龍2”號(hào)有著多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新：搭載雙向破冰技術(shù)，可以在1.5米厚冰層中連續(xù)破冰前進(jìn)，可原地360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)，裝備各種國際先進(jìn)的海洋和考察設(shè)備，可執(zhí)行多樣化科學(xué)考察任務(wù)。

5月6日，歷經(jīng)5個(gè)多月的極地考驗(yàn)，“雪龍2”號(hào)靠泊上海外高橋港中國極地考察國內(nèi)基地碼頭，順利“回家”，這也標(biāo)志著中國第37次南極考察圓滿完成。

歷時(shí)179天、總行程3.6萬余海里，這次南極考察也是“雪龍2”號(hào)首次單船執(zhí)行環(huán)南極考察任務(wù)。

“雪龍2”號(hào)是我國第一艘自主建造的極地科學(xué)考察破冰船，也是世界上第一艘雙向破冰極地科考船。

作為一艘智能化的極地科考船，它有著多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新：搭載雙向破冰技術(shù)，可以在1.5米厚冰層中連續(xù)破冰前進(jìn)，可原地360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)，裝備各種國際先進(jìn)的海洋和考察設(shè)備，可執(zhí)行多樣化科學(xué)考察任務(wù)。

從2009年6月獲批立項(xiàng)，到2019年7月交付使用，“雪龍2”號(hào)是真正的“十年磨一劍”。

中外聯(lián)合設(shè)計(jì)結(jié)出的碩果

1993年，我國從烏克蘭購買了一艘蘇聯(lián)北冰洋運(yùn)輸補(bǔ)給船，經(jīng)多次改造，成為我國唯一一艘極地科考破冰船“雪龍”號(hào)。不過，當(dāng)時(shí)的“雪龍”號(hào)本身就是“高齡服役”，還是“半路改行”，科考與破冰能力都不足以滿足我國極地科考的需求。

中船集團(tuán)第七〇八研究所研究員、“雪龍2”號(hào)總設(shè)計(jì)師吳剛曾表示，“雪龍2”號(hào)誕生前，我國唯一一艘極地科考破冰船“雪龍”號(hào)已經(jīng)服役多年，它是由集裝箱運(yùn)輸船經(jīng)過多次改裝而成的。以“雪龍”號(hào)的破冰能力，只有等到夏季兩極冰川大面積融化時(shí)，才能到達(dá)考察位置，而且即使是夏季，也無法深入北冰洋中心區(qū)。其科考與破冰能力都不足以滿足我們極地科考的需求，我國急需一艘更強(qiáng)大的極地科考船。

“科考船除了具備抵達(dá)科考站這一運(yùn)輸功能外，它還是一個(gè)非常重要的海洋研究平臺(tái)，可以搭載很多科考設(shè)備，在海上進(jìn)行長時(shí)間觀測。這是我們一定要造一艘全新的極地科考船的原因。”吳剛說。

2009年，我國正式啟動(dòng)“雪龍2”號(hào)新建極地科考船建設(shè)項(xiàng)目。

吳剛回憶，2009年6月，“雪龍2”號(hào)獲批立項(xiàng)，有關(guān)方面選擇國內(nèi)和國外在科考及破冰方面領(lǐng)先的設(shè)計(jì)公司開展聯(lián)合設(shè)計(jì)，同時(shí)確定新船在入級(jí)中國船級(jí)社的基本前提下，再入級(jí)一個(gè)國外相關(guān)領(lǐng)域資深的船級(jí)社，獲得雙船級(jí)。雙船級(jí)意味著船舶要分別接受兩家機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)，需要滿足更多規(guī)范。

2012年7月31日，國家海洋局、中國極地研究中心、芬蘭阿克北極技術(shù)有限公司簽署了極地科學(xué)考察破冰船基本設(shè)計(jì)合同。

吳剛介紹，中船集團(tuán)第708研究所作為技術(shù)支撐單位，在需求論證、敞水性能、科考設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)，以及雙船級(jí)送審上發(fā)揮了主導(dǎo)作用，同時(shí)完成了基本設(shè)計(jì)的技術(shù)審圖，以及用于建造的最終詳細(xì)設(shè)計(jì)等。

芬蘭阿克北極技術(shù)有限公司與中方進(jìn)行了“朋友般的深度合作”。該公司在破冰船型等方面經(jīng)驗(yàn)豐富，提供了最初的概念船型，并按合同約定承擔(dān)了基本設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)建造中的重大問題咨詢和指導(dǎo)等。

“在眾多單位的通力合作下，‘雪龍2’號(hào)項(xiàng)目克服重重困難，取得了振奮人心的成果。”吳剛說。2019年7月，由江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司負(fù)責(zé)建造的“雪龍2”號(hào)在上海交付。

全球首艘雙向破冰極地科考船

“雪龍2”號(hào)總長122.5米，排水量約1.4萬噸。它的設(shè)計(jì)建造并不容易，技術(shù)難題接踵而至。比如破冰艏和側(cè)推孔帶來的氣泡下泄，可能干擾船底換能器正常工作的問題;吊艙全回轉(zhuǎn)推進(jìn)帶來的操縱安全性問題;首制船如何精準(zhǔn)控制整船重量重心的問題。

“‘雪龍2’號(hào)項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)我國業(yè)界極地船舶設(shè)計(jì)、建造、規(guī)范應(yīng)用和完善，以及極地規(guī)則在國內(nèi)有效實(shí)施方面發(fā)揮了重大推動(dòng)作用。”吳剛說，通過建造“雪龍2”號(hào)，國內(nèi)掌握了雙向破冰船型設(shè)計(jì)技術(shù)、PC3級(jí)破冰船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)、破冰船低溫防寒設(shè)計(jì)技術(shù)和破冰船建造焊接技術(shù)，逐步建立起我國自己的極地船規(guī)則規(guī)范。

其中，雙向破冰是“雪龍2”號(hào)的最大亮點(diǎn)。

所謂雙向破冰，是指船艏和船艉均可破冰。一般的破冰船是由船艏向前破冰，可一旦遇到較厚的冰脊需要轉(zhuǎn)向時(shí)，容易被冰脊卡住、難以突破。但“雪龍2”號(hào)船艉的兩個(gè)大型吊艙推進(jìn)器，能夠360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)，形成很強(qiáng)的冰層切削力，在多冰脊的海域，就可以讓船艉進(jìn)行破冰，“啃硬骨頭”。

吳剛說，通過采用全回轉(zhuǎn)吊艙電力推進(jìn)系統(tǒng)，“雪龍2”號(hào)在遇到很難“拱”的冰脊時(shí)，船艉變船艏，尾部的螺旋槳能在海面下削冰并形成抽吸作用，把10多米高的冰脊掏空，這在全球尚屬首次。

據(jù)介紹，“雪龍2”號(hào)艏向破冰能持續(xù)破1.5米冰加0.2米雪，艉向破冰可在20米當(dāng)年冰冰脊(含4米堆積層)中不被卡住。

另外，“雪龍2”號(hào)船體強(qiáng)度滿足PC3級(jí)破冰船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，能在1.5米厚度冰、0.2米厚度雪的海況下，以2—3節(jié)航速連續(xù)破冰行駛。通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，“雪龍2”號(hào)安全性大大提高，在極地的低溫環(huán)境下具有很強(qiáng)的防寒能力，同時(shí)也很環(huán)保。

這種破冰能力的突破直接帶來極地科考作業(yè)模式的改變。

目前國際上絕大多數(shù)基于考察船的極地科考工作在極地的11月到次年3月間進(jìn)行。但擁有更強(qiáng)破冰能力和抗寒能力的“雪龍2”號(hào)可以更早進(jìn)入極地，更晚離開。科考作業(yè)的范圍也一并擴(kuò)大，科學(xué)家可以選擇在以前無法設(shè)立站位的位置布放儀器，開展更充分的調(diào)查和研究。

另外，“雪龍2”號(hào)實(shí)現(xiàn)了WiFi全覆蓋，這也是吳剛眼中最為人性化的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。

“在以前的‘雪龍’號(hào)上，一到休息時(shí)間就出現(xiàn)感人一幕，大家都坐在樓梯口給家人朋友發(fā)信息，因?yàn)橹挥袠翘菘谟行盘?hào)。”吳剛說，“那時(shí)我就下決心，下一代的破冰船一定要加強(qiáng)信息通訊能力，好歹能讓大家隨時(shí)語音通話。”

“雪龍2”號(hào)真正實(shí)現(xiàn)全船WiFi覆蓋、擴(kuò)展到每個(gè)房間的收音廣播和衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)以及智能多媒體調(diào)度(會(huì)議)系統(tǒng)，在信息化建設(shè)上取得了很大進(jìn)步。

極地海洋調(diào)查與研究的重要平臺(tái)

作為探索極地的利器，“雪龍2”號(hào)的“殺手锏”還有很多。

據(jù)自然資源部中國極地研究中心“雪龍2”號(hào)船船長趙炎平介紹，“雪龍2”號(hào)內(nèi)部建造了一個(gè)大約160平方米的月池車間。

“雪龍2”號(hào)的月池系統(tǒng)，是我國科考船上配備的首套月池系統(tǒng)，技術(shù)處于國際領(lǐng)先水平。月池貫穿各層甲板，并與海水相通，科考設(shè)備可以通過月池，避開冰層直達(dá)海中。

具體來看，當(dāng)船在密集冰區(qū)活動(dòng)時(shí)，盡管完成了破冰，仍然會(huì)有大量碎冰聚集在船身周圍，很難將科考設(shè)備通過船艉或舷外下放。此時(shí)可以通過月池下放儀器，避開冰層直達(dá)海中。海域環(huán)境過于惡劣時(shí)，這樣操作還能消除大風(fēng)浪對(duì)設(shè)備和操作人員的安全威脅。此外，月池系統(tǒng)還配備了加熱除冰裝置，確保遇到意外情況時(shí)，在低溫環(huán)境下隨時(shí)可以融化冰塊。

“雪龍2”號(hào)的動(dòng)力定位系統(tǒng)也是一大亮點(diǎn)。趙炎平介紹，其配置了先進(jìn)的動(dòng)力定位系統(tǒng)，能夠讓船停得更穩(wěn)，不僅增加安全性，還有助于科學(xué)考察的順利進(jìn)行，比如有的站點(diǎn)需要數(shù)小時(shí)的停船調(diào)查時(shí)間，如果沒有動(dòng)力定位，作業(yè)過程中就容易因風(fēng)浪和海流的影響偏離原位，產(chǎn)生觀測誤差。

“雪龍2”號(hào)還裝備了國際先進(jìn)的海洋調(diào)查和觀測設(shè)備，科研人員可在船上開展極地海洋、海冰、大氣等環(huán)境的基礎(chǔ)綜合調(diào)查觀測，進(jìn)行有關(guān)氣候變化的海洋環(huán)境綜合觀測取樣。“雪龍2”號(hào)實(shí)現(xiàn)科考系統(tǒng)的高度集成，是我國開展極地海洋調(diào)查與研究的重要基礎(chǔ)平臺(tái)。

兼具中國特色和國際先進(jìn)水平

作為新一代極地科考破冰船，“雪龍2”號(hào)和它的國際“同行”相比處在什么位置?

吳剛介紹，目前國際新一代極地科考破冰船主要包括：2011年交付的俄羅斯“特列什尼科夫院士”號(hào)，航速2節(jié)時(shí)破冰厚度1.5米;2012年交付的南非“阿古哈斯Ⅱ”號(hào)和2016年交付的挪威“哈康王儲(chǔ)”號(hào)，均為航速5節(jié)時(shí)破冰厚度1.0米;2019年交付的英國“大衛(wèi)·愛登堡爵士”號(hào)，航速3節(jié)時(shí)破冰厚度1.0米;預(yù)計(jì)2020年交付的澳大利亞“新南極光”號(hào)，航速3節(jié)時(shí)破冰厚度1.65米;還有建造中的德國“極星Ⅱ”號(hào)，破冰厚度大于1.5米。

吳剛表示，“雪龍2”號(hào)在極地科考破冰船中首創(chuàng)雙向破冰和下沉式龍骨設(shè)計(jì)，首次采用智能船體和智能機(jī)艙設(shè)計(jì)，具有中國特色，也進(jìn)入世界先進(jìn)水平。

據(jù)介紹，“雪龍2”號(hào)的船體和設(shè)備上共安裝了7000多個(gè)智能感應(yīng)點(diǎn)，智能機(jī)艙能通過傳感器等設(shè)備進(jìn)行船體全壽命監(jiān)測，智能船體可以自動(dòng)進(jìn)行“健康體檢”，并收集船體鋼板與冰面的摩擦數(shù)據(jù)，為今后設(shè)計(jì)制造新船型提供參考。

“雪龍2”號(hào)的名字來自自然資源部第二海洋研究所陳大可院士。

他在命名詞中這樣寫道：“我命名你為‘雪龍2’號(hào)，愿你：承續(xù)永恒的南極精神，滿載極地人和祖國的期許，承載起極地求索的使命與擔(dān)當(dāng)，承載起興海強(qiáng)國的光榮與夢(mèng)想，面向南北兩極，劈波斬浪，破冰前行，順利平安!”

如他所言，填補(bǔ)了中國在極地科考重大裝備領(lǐng)域空白的“雪龍2”號(hào)，正承載著中國人探索極地的夢(mèng)想，破冰前行。