中国自主建造的第一艘极地科考破冰船示意图。国家海洋局中国极地研究中心供图
近日，我国自主建造的第一艘极地科考破冰船(以下简称“新船”)在江南造船厂切割车间完成第一块钢材点火切割，拉开了新船工程开工建造的序幕。我国已有“雪龙”号破冰船，为何还要建新船？新船“牛”在哪儿？能为科考带来哪些改变？
可双向破冰
船艏和船艉均可破冰，既能往前开，也能往后开，同时还能原地转圈
地球的两极终年被皑皑冰雪覆盖，科考船在极地冰海行驶时，如果破冰能力不足，即使不远处就是开阔水域，也只能困在冰里干着急。
“新船能在1.5米厚冰、0.2米厚雪的环境中，以2—3节航速连续破冰行驶，还具备全回转电力推进功能和冲撞破冰能力，满足全球无限航区航行需求。”中国船舶工业集团第708研究所的新船总设计师吴刚说，相比“雪龙”船，新船破冰能力有望提升三到四个级别。
据他介绍，双向破冰，即船艏和船艉均可破冰，是新船的最大亮点。“一般破冰船由船艏破冰，持续向前。可一旦遇到较厚的冰脊，很难突破，‘雪龙’船在使用中经常遇到被冰脊卡住的情况。”吴刚说，新船的船尾推进器装有两个大型吊舱，能原地360度自由转动，形成很强的冰层切削力。“必要时，船体转动180度，让船尾朝前，尾部螺旋桨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’。”
除了危急时刻“开道”，船尾还能变船头。“就像开车，后备厢突然变成了驾驶座。”吴刚打比方道，新船驾驶室为360度视野设计，船既能往前开，也能往后开，同时还能原地转圈。“这种机动性和灵活性使船更能适应极地环境。”
新船的抗寒性也大幅提高，更重视低温环境下作业的防护。“比如，室外作业和脱险通道的防滑和加热处理、影响视线的窗户和室外摄像头的除冰防雨水功能，还有防冰海水门、液舱加热、管道加热、机舱通风、保温处理和冷凝水排放等设计。”吴刚说。
极地纯净无瑕，生态也极其脆弱。“新船可能是世界上采用最严苛环境保护技术的极地破冰科考船。”吴刚说，不论烟囱排气、污水和垃圾排放控制，还是空调、采暖实时调节，对装备小型化和材料轻质化的研制，以及环保无污染涂料的应用，都使新船足够“绿色环保”。“新船采用了燃用轻质柴油的全电力推进系统，也满足国际上对氮氧化物的排放最高限值要求。”
“将来新船在海上作业，应该会更有‘定力’。”据吴刚介绍，新船的动力定位系统使船舶能够在符合环境条件的无冰海域实现动力定位，即使是前后各有一个推进器发生损坏。
据了解，从2017年1月1日起国际上开始实施最新的《极地规则》。“新船的设计和建造完全符合最新规则要求，无论从稳性安全、结构强度还是机电设备等方面都达到国际先进水平。”
改变极地科考作业模式
可延长科考作业的时间窗口，科考调查设备和手段均为国际先进
“之所以要建造新船，是因为现有的极地破冰船难以满足快速增长的科考需求。”国家海洋局中国极地研究中心船舶处处长徐宁说，我国极地考察工作始于上世纪80年代初，迄今已成功组织了33次南极考察、7次北极科学考察，已建成长城站、中山站、昆仑站、泰山站和北极黄河站。
“我国目前是一船多站的运营模式，每个航次‘雪龙’船除了承担极地科学考察的任务外，还需承担给各科学考察站运送建站物资、人员、补给等重要任务。”南北极夏季短暂，一艘船却要同时兼顾南、北极多项任务，海洋科考时间被大量压缩和挤占。“‘雪龙’船单独运行、长期疲劳作业和缺乏现代化地球物理和海洋生物资源调查装备，无法适应我国对两极冰区海洋的战略新需求。”
“新船的出现，将改变我国极地科考的作业模式。首先体现在延长科考作业的时间窗口。”徐宁告诉记者，目前国际上绝大多数基于考察船的极地科考工作是在极地的11月到下一年的3月之间进行，新船拥有更强的破冰能力和抗寒能力，就可以更早进入极地，更晚离开。延长的作业周期无疑能使科学家开展更充分的研究实验，取得更丰硕的成果。
另一方面，新船装备了目前国际先进的海洋环境和地球物理调查装备，还将配备国际先进的极地海洋科学综合调查手段。在环境调查方面，能够承担极地海洋、海冰、大气等环境基础综合调查观测研究任务。在地球物理调查方面，能够在极地冰区海洋开展油气、生物等调查，促进极地科学跨越式发展。“新船进行了模块化设计，科学调查功能是合理的动态组合，能根据不同的航次需求重新配置科学任务。”吴刚说。
以海洋水体环境调查为例，海洋科学研究中的重大发现几乎都是从长期观测中获得的，大洋环流、厄尔尼诺现象等发现都是建立在长期大量广泛的海洋现场观测资料基础之上。长期以来，有关物理、化学、生物、生态指标都是采用在调查现场定点取样和实验室分析的方法，但劳动强度高、取样点少，而且容易受自然环境变化影响。据专家介绍，新船配备的相关系统，不需要专门的工作时间来安排和投放工作，而是自动完成海表面的随时随地的多要素连续自动测定，实现原位测量、实时显示和自动记录处理。
再拿海底测绘来说，欧美发达国家早已开始了北冰洋和南大洋大比例尺海底测绘工作，而我国之前和现有极地考察船均没有配备相关设备，在极地的实际地形测绘和地质构造调查方面几乎是空白。新船上配备了万米测深仪、深水多波束、浅水多波束、深海浅剖等先进探测设备，将有效弥补这一缺陷，为后续保障我国极地权益提供关键技术手段。
“新建破冰船从实际出发，充分考虑了我国极地考察面临的艰巨任务，是从根本上增强我国极地考察水平的战略选择。”中国极地研究中心主任、新建极地考察破冰船建造工程负责人杨惠根说，“它的建造标志着我国极地考察现场保障和支撑能力实现新突破，将极大促进我国极地考察事业发展，加快极地考察强国的建设进程。”
“雪龙”船不会退役
它将和新船结伴而行，共赴南北两极开展科考
新船的出现，并不意味着“雪龙”船要退出历史舞台。据了解，新船预计2019年建成，将与“雪龙”船组成极地科考破冰船队。
“雪龙”船为我国的极地科考做出了巨大贡献。该船是我国于1993年从乌克兰购入的一条货船，后经改造成为我国唯一一艘从事极地冰区航行的极地科学考察供应船，并于1994年、2007年及2013年进行了三次大规模的改造，整体性延长了使用年限，进一步满足了极地考察和海洋调查的需要。
“将通过专业定位和分工，实现新船和‘雪龙’船之间功能互补、优势倍增的目标。”徐宁说，“雪龙”船将充分发挥其强大的后勤补给能力，以后勤保障支撑为主，主要承担南、北极考察站的物资和人员输送，兼顾走航综合观测调查和数据采样。而新船将发挥其独特的综合极区海洋调查能力，以极区海洋科考调查作业为主，同时以其高等级的破冰能力和冰区操纵性能，为包括“雪龙”船在内的极地考察船舶，提供冰区作业支持和救援能力。依靠这支船队的合理分工，使两极海洋调查切实满足环境资源科学调查的需求，也可以承担两极海洋资源调查国家重大专项任务，深入到冰区开展大范围、长时间的调查作业。
另一方面，新船项目采用“联合设计、国内建造”的模式，由国内特种船设计的顶尖研究所第708研究所与国外著名破冰船设计公司阿克北极设计公司开展了长期的联合设计，国内江南造船厂进行自主建造。“破冰新船是我国在同类船舶中的首制船舶，我国船舶工业尚无设计建造此类船舶的技术和经验。”徐宁说，这种模式有助于引进和消化国外先进的破冰船设计理念、技术和经验，掌握建造技术、工艺和标准，提高我国船舶工业的核心技术竞争能力。
据专家介绍，我国极地工作实际需要工作的船舶应该不少于美俄两国，否则将永远无法与国际先进同步。因此，我国极地工作的理想常态是，极地破冰船保用量应该是5到6艘。“未来，国家还要建设破冰能力更强的破冰船，最好能全年航行在冰区里，从而提供更多的应急救援和极地管理功能。”吴刚说。
