高悅

2018年9月10日，我國首艘自主建造的極地科考破冰船“雪龍2”號建成下水，標(biāo)志著我國極地考察現(xiàn)場保障和支撐能力取得新突破。按照計(jì)劃，“雪龍2”號將于2019年上半年交船并加入我國極地考察船隊(duì)，執(zhí)行極地考察任務(wù)。下面，就讓我們來全面了解一下“雪龍2”號吧！

“為什么我們不能自己造一艘新破冰船呢？”

在“雪龍2”號交付使用前，“雪龍”號極地考察船一直承擔(dān)著我國南、北極考察的后勤物資運(yùn)輸、人員輸送和海洋科學(xué)考察任務(wù)。該船于1993年購自烏克蘭，原船設(shè)計(jì)為極區(qū)破冰運(yùn)輸船，經(jīng)過兩次改造升級后，成為我國唯一一艘極地科學(xué)考察船。然而，由于“雪龍”船破冰能力不足，極大地限制了我國極地考察的時(shí)間和范圍。添置一艘破冰能力強(qiáng)、科考手段豐富的新破冰船，成為我國極地考察的迫切需求。

早在2008年11月，國家海洋局全面分析了我國極地科學(xué)考察事業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，啟動了添置極地考察破冰船的調(diào)研論證。一開始本打算從俄羅斯買一艘舊的破冰船，然后進(jìn)行改造。這樣做的好處是，交船時(shí)間快、價(jià)格適中，可以在短時(shí)間入列服役。后經(jīng)過實(shí)地調(diào)研，了解到費(fèi)用大概需要3億元人民幣，其中購買舊船需要1億元，改造要花2億元，而且這艘船也不是當(dāng)時(shí)先進(jìn)的電推船，破冰能力和科考功能均不理想。2009年3月，芬蘭有一艘舊的極地科考船要出售，報(bào)價(jià)7億元人民幣。由于價(jià)格太高，最終只能放棄。當(dāng)時(shí)，挪威也在造一艘新的極地科考船，造價(jià)約10億元。

后來在一次會議上，有專家提出：“為什么我們不能自己造一艘新船呢？”經(jīng)過多方咨詢考察，2009年4月，國家海洋局向國務(wù)院提出了建造極地考察破冰船的建議。兩個(gè)月后，國務(wù)院批準(zhǔn)立項(xiàng)并確立原則。2011年7月，國家發(fā)展和改革委員會批復(fù)立項(xiàng)，要求“聯(lián)合設(shè)計(jì)，國內(nèi)建造”。2016年12月20日，我國第一艘自行建造的極地考察破冰船正式開工建造，新船由芬蘭阿克北極技術(shù)有限公司負(fù)責(zé)基本設(shè)計(jì)，中船集團(tuán)第七。八研究所負(fù)責(zé)詳細(xì)設(shè)計(jì)，江南造船廠建造。

由于極地考察破冰船對船舶的設(shè)計(jì)和建造都有很高的技術(shù)要求，此類船舶的建造在我國造船史上還是空白，因此，建造團(tuán)隊(duì)提出了“國際一流，中國第一”的高目標(biāo)。針對建造特點(diǎn)及難點(diǎn)，建造團(tuán)隊(duì)編制確定了17項(xiàng)攻關(guān)項(xiàng)目，開展了全回轉(zhuǎn)吊艙、重量重心控制、智能船舶等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的研究及應(yīng)用。除主要設(shè)計(jì)院所和造船廠外，來自船東（新船建造的出資方）、中國船級社、英國勞氏船級社、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的專家也加入建造過程中，從設(shè)計(jì)、采購到生產(chǎn)計(jì)劃等，每個(gè)環(huán)節(jié)一起參與，既保證了船舶質(zhì)量、進(jìn)度，又滿足了船檢規(guī)范要求。

2018年的夏天是新船建造的關(guān)鍵期。建造團(tuán)隊(duì)的所有人放棄了高溫假，完成了114個(gè)分段制作以及11個(gè)船體總段合攏，全船無損探傷檢測等各項(xiàng)指標(biāo)一次合格率達(dá)到97%，船舶舾裝率達(dá)到73%，全船92%的設(shè)備安裝結(jié)束，45個(gè)液艙密性全部完成，達(dá)到完整性出塢狀態(tài)，生產(chǎn)狀態(tài)整體可控。建造過程中，建造團(tuán)隊(duì)始終精益求精，采用了雙向不銹鋼施工、低溫特種油漆涂裝等舾裝工藝，一流的建造技術(shù)確保了先進(jìn)設(shè)計(jì)理念的“落地”。

艏艉皆可破冰

極地破冰船一共有7個(gè)破冰等級。如果將破冰等級按照金字塔狀劃分，“雪龍”號的破冰等級為PC6，位于金字塔的下層，“雪龍2”號的破冰等級則是PC3，位于金字塔上層。

作為我國首艘自主建造的破冰船，“雪龍2”號在冰區(qū)航行的能力大有乾坤——它采用了先進(jìn)的雙向破冰新技術(shù)，也就是說船頭船尾均可破冰，是世界上第一艘采用雙向破冰技術(shù)的極地科考船。、

一般破冰船的破冰“武器”集中在船頭，在船用力向前沖的時(shí)候，借助堅(jiān)固的船頭以及鋒利的冰刀把冰攪碎、壓碎。當(dāng)遇到厚厚的冰脊時(shí)，這種方式就“力不從心”了，而且南、北極海冰形態(tài)各異，厚度不同，稍有不慎，船就會被海冰圍困。

“雪龍2”號的雙向破冰技術(shù)，不但可以讓它在厚達(dá)1.5米的冰層上破冰前行，還能在遇到特殊情況時(shí)直接“倒車”破冰，確保船在10米到15米厚的冰脊中不被卡住，極大地增強(qiáng)了船的安全性。

靈活的“大個(gè)子”

同學(xué)們都知道，開車時(shí)如果熄火了，車子就會停在原地。但船不一樣，一旦關(guān)掉了動力，船就會隨風(fēng)和洋流漂移。對于科考船來說，如果在海上可以長時(shí)間將船體位置固定，將會大大有助于精確觀測和定點(diǎn)取樣作業(yè)。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，就要靠動力定位系統(tǒng)了。動力定位系統(tǒng)開啟時(shí)，船上的電力推進(jìn)器、舵、艏艉側(cè)推協(xié)調(diào)配合，使船首根據(jù)海上風(fēng)向和海水流向選擇合適的角度，利用自身動力抵消海風(fēng)和洋流的影響，從而實(shí)現(xiàn)“原地立定”。

“雪龍2”號就配備了這一系統(tǒng)，在4級海況下可滿足大型科考設(shè)備的定位收放要求：在6級風(fēng)、1.5節(jié)流時(shí)能滿足漂泊調(diào)查作業(yè)要求。同時(shí)，“雪龍2”號還采用被動可控式減搖水艙以改善船的耐波性，這樣一來，在極區(qū)較常見的“小回旋空間、大風(fēng)浪海況”的情況下，新船作業(yè)時(shí)的安全性就得到了提高。在“求穩(wěn)”的同時(shí)，“雪龍2”號還是個(gè)靈活的“大個(gè)子”，它具有的全回轉(zhuǎn)電力推進(jìn)功能，可實(shí)現(xiàn)船體在極區(qū)原地360度自由轉(zhuǎn)動，使船的機(jī)動能力大幅提升。

“十八般武藝”助力科考

“雪龍2”號裝備了國際先進(jìn)的海洋調(diào)查和觀測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了科考系統(tǒng)的高度集成和自洽，將成為我國開展極地海洋環(huán)境與資源研究的重要基礎(chǔ)平臺?？蒲腥藛T可在船上開展極地海洋、海冰、大氣等環(huán)境基礎(chǔ)綜合調(diào)查觀測和取樣，在極地冰區(qū)海洋開展海底地形、生物資源調(diào)查。下面讓我們來看看“雪龍2”號有哪些“真功夫”。

極地大氣與海冰觀測系統(tǒng)

在南、北極地區(qū)監(jiān)測大氣要素變化是研究全球氣候變化的重要內(nèi)容?！把?”號裝備了先進(jìn)的極地大氣與海冰觀測系統(tǒng)，主要包括氣象遙感衛(wèi)星接收系統(tǒng)、船基自動氣象觀測系統(tǒng)、海/冰一氣界面湍流通量觀測系統(tǒng)、船基海冰微波散射計(jì)等，滿足未來極地大氣和海冰綜合調(diào)查的需求。

水體環(huán)境調(diào)查系統(tǒng)

南大洋約占全球大洋面積的20%，在全球大洋環(huán)流、碳循環(huán)和生態(tài)環(huán)境等方面有著重要的研究價(jià)值?！把?”號配備的水體環(huán)境調(diào)查系統(tǒng)主要由物理海洋多參數(shù)理化數(shù)據(jù)采集與探測系統(tǒng)、走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀、表層海水連續(xù)采集及基礎(chǔ)參數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)、拖曳式多參數(shù)剖面測量系統(tǒng)等設(shè)備組成，能夠?qū)崿F(xiàn)在科學(xué)調(diào)查航行和定點(diǎn)觀測中，自動完成海洋表面隨時(shí)隨地的多要素連續(xù)自動測定，具備實(shí)時(shí)原位測量、實(shí)時(shí)顯示、自動記錄處理的功能。

海底沉積采樣系統(tǒng)

對海底沉積物的取樣是海洋沉積學(xué)研究的重要前提和基礎(chǔ)?！把?”號海底沉積物采樣系統(tǒng)包括箱式采泥器、多管采泥器和長柱狀沉積物取樣器、沉積物捕獲器、電視抓斗等，將為我國極地海洋科學(xué)家提供可靠的實(shí)驗(yàn)材料。“雪龍2”號配置的約4500米深型電視抓斗，標(biāo)志著我國極地海底調(diào)查將進(jìn)入可視化時(shí)代。

240道地震勘探系統(tǒng)

海洋地震勘探是海洋地球物理勘探方法之一，是研究海底地層學(xué)、構(gòu)造學(xué)和海底沉積的有效工具?！把?”號配置了一套能夠進(jìn)行完整極區(qū)地質(zhì)構(gòu)造解析能力的240道地震勘探系統(tǒng)，將極大地推動對南極周邊海域海底地質(zhì)研究，加強(qiáng)對南極周邊海域資源分布的認(rèn)識。

有纜/無纜水下機(jī)器人

南極冰架的平均厚度為475米，面積達(dá)140萬平方千米。冰架對南極深層水的形成及生物種類分布等都有很大的影響。多年來，由于技術(shù)裝備的限制，我國缺乏獲取南極冰架下水體環(huán)境參數(shù)的手段?！把?”號配備的有纜水下機(jī)器人和無纜水下機(jī)器人將有效地解決此類問題。

能夠“自學(xué)成才”的智能船舶

在“雪龍2”號上，你不需要房門鑰匙，一款腕帶式裝置便是你的門卡，它還記錄了你的身體健康狀況等信息。除此之外，這款便攜裝置自帶定位系統(tǒng)，即使在船上迷路了也能很快被找到。

長122.5米，寬22.3米的“雪龍2”號是個(gè)名副其實(shí)的“大塊頭”——在沒有乘客和貨物的情況下就有1.07萬噸重，這相當(dāng)于1000多頭成年大象的重量。別看“雪龍2”號“身材魁梧”，但“頭腦”可一點(diǎn)兒都不簡單，相反，它還是一艘真正意義上的“智能船舶”——擁有一套集智能航行、智能能效、智能機(jī)艙、智能船體為一體的綜合平臺，這就相當(dāng)于船舶的“大腦”，控制著整個(gè)船體系統(tǒng)。

在“雪龍2”號的船體和設(shè)備上，共安裝設(shè)置了7000多個(gè)智能感應(yīng)點(diǎn)，相當(dāng)于船的“神經(jīng)系統(tǒng)”，可以對內(nèi)、對外收集各種信息，豐富數(shù)據(jù)庫并繼續(xù)“學(xué)習(xí)”以優(yōu)化船體功能，也可以使其在復(fù)雜的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)自動駕駛。

據(jù)了解，船舶智能航行系統(tǒng)主要由兩個(gè)子系統(tǒng)組成，即惡劣海況航行分析系統(tǒng)及航線優(yōu)化系統(tǒng)。惡劣海況航行分析系統(tǒng)基于對當(dāng)前航路航行風(fēng)險(xiǎn)的評估，在超過臨界點(diǎn)時(shí)采用航線優(yōu)化功能，選擇替代方案，最終交由船員選擇航路。

“雪龍2”號還建有機(jī)艙智能化集成平臺，可以對主柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)、電力推進(jìn)艙、輔助設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析評估，為船舶操作提供決策建議。

從建造之初，“雪龍2”號的每塊鋼板都有自己的數(shù)據(jù)檔案庫。通過這種全船電子歸檔管理，可以實(shí)現(xiàn)船體在設(shè)計(jì)、建造和營運(yùn)等全生命周期各階段數(shù)據(jù)的融合，為船體全生命周期內(nèi)的安全和結(jié)構(gòu)維修、保養(yǎng)提供輔助決策。此外，船上的智能感應(yīng)點(diǎn)能夠提前發(fā)現(xiàn)船體潛在的安全隱患等問題，實(shí)現(xiàn)對冰載荷的反演計(jì)算和報(bào)警功能。

“雪龍2”號交船后，將與“雪龍”船組成極地科學(xué)考察破冰船隊(duì)，以更強(qiáng)健的身姿挺進(jìn)南、北極，為推動我國極地考察事業(yè)邁上新臺階發(fā)揮不可替代的作用。