中国极地科考破冰船航行实践和未来极地船型发展建议_黄嵘.pdf

72中国极地科考破冰船航行实践和未来极地船型发展建议黄 嵘（中国极地研究中心 上海 2 0 1 2 0 9）摘 要：随着世界各国对于南北两极地区资源与权益活动的争夺进一步升温，极地越发成为关注热点。中国“十四五规划”及国家新的极地战略方针，对新的极地装备提出了迫切需求。文中介绍了“雪龙”号和“雪龙 2”号极地科考破冰船近几年的航行情况，并结合我国南北极考察使用需求，提出了我国亟须建设极地重型破冰船的迫切要求；同时选取国外典型极地重型破冰船，分析了最新动力推进系统配置特点，提出对我国重型破冰船的破冰能力、防寒能力及动力形式建设的建议。关键词：重型破冰船；破冰能力；防寒能力；推进形式中图分类号：U674.81；U675.5+7 文献标志码：A DOI：10.19423/ki.31-1561/u.2023.01.072Sailing Practice of Chinese Polar Icebreakers and Suggestions on the Development of Polar Ship Types in the FutureHUANG Rong(Polar Research Institute of China,Shanghai 200136,China)Abstract:With more and more heated resource and rights activities in the Antarctic and Arctic regions around the world,the polar regions have become a hot spot.Chinas 14th Five-year Plan and the new national polar strategy have put forward an urgent demand for new polar equipment.In this paper,the navigation of“Xuelong”and“Xuelong 2”polar icebreakers in recent years was introduced,and the urgent need to build Chinas polar heavy icebreakers according to the needs of Chinas exploration in the Antarctic and Arctic regions is put forward.In addition,the configuration characteristics of the latest power propulsion system are analyzed based on typical heavy polar icebreakers abroad,and the capacity,cold resistance capacity and power type of heavy icebreakers in China are also discussed in the paper.Keywords:heavy icebreaker,ice-breaking ability,cold-resistant ability,power propulsion form收稿日期：2022-11-21；修回日期：2023-01-05作者简介：黄 嵘（1976-），男，本科，正高级轮机长。研究方向：极地船舶动力配置研究。0 引 言两极地区（北纬 66 以北，南纬 60 以南）的陆地面积约 2 200 万 km2，其中南极洲面积约为 1 400 万 km2，是全球纬度最高的大陆，绝大部分地区常年被冰雪覆盖1。海洋面积约 3 300 万 km2，海洋约占两极地区总面积的 60%。随着北极海冰的迅速融化、两极大陆架油气资源的高度预期2，以及冰区海洋生物资源商业捕捞可能性的增加，两极海洋作为极地战略目标区域的重要地位日益凸显，刺激和引导各极地考察国家战略投资的方向朝向这片冰封的海洋及其洋底的大陆架区域。近年来，极地资源与权益的纷争暗流涌动，约6 000 万 km2无明确主权归属的陆地和海洋蕴藏的丰73黄 嵘：中国极地科考破冰船航行实践和未来极地船型发展建议2023年第1期总第202 期专题三富战略资源对人类未来的可持续发展影响至关重要。世界主要的国家（如美国、德国和澳大利亚等）3-5近年来在较高的极地考察能力基础上进一步加强了对于极地的投入力度，我国作为世界上第二大经济体，在新一轮的极地多元化考察和资源探索中也应有所作为。面对国际上对南北极潜在利益争夺进一步升温的态势，我国除在政策、法规和科研等领域加强对极地的深度研究之外，非常有必要进一步加强我国的极地考察平台建设6，全面提升目前主要依赖于站基的南北极考察能力，努力建设一支可周年性活动在极地区域的极地破冰船队，有效拓展极地考察的空间地理范围和考察时间尺度。有关主权权益的调查活动具有明显的紧迫性，因为这类活动总是表现出历史单向性和唯一性。如有关主权权益的调查活动需要超过10 年以上的时间才能完成，将会直接影响维权决策的科学性和时效性。按照上述思路考虑，我国极地工作实际需要的工作船舶应该不少于美俄两国的规模，否则将永远无法与国际先进的极地工作同步。因此，我国极地工作的理想常态为极地破冰船保用量 5 6 艘，从而更好地以国家战略为先导、以科学考察为载体、以船基的长时间大范围考察方式为基础，为我国在极地区域主权、资源和科学方面取得必需的成果。无论未来国际局势如何变幻，我们将以雄厚的实力全面提升我国在国际极地事务上的发言权和影响力，为我国取得更多更大的极地权益，成为一支重要的力量，助推中华民族在 21 世纪中叶迎来伟大复兴。1 我国极地科学考察船现状我国的极地考察任务由中国极地研究中心承担。中国极地研究中心是中国唯一专门从事极地考察的科学研究和保障业务中心，现有“雪龙”号7和“雪龙 2”号8共 2 艘极地科考破冰船，以及 4个南极考察站和 2 个北极考察站。目前每年由 2 艘雪龙系列的极地科考破冰船为南极考察站提供物资保障，同时进行极地冰区和大洋考察任务。“雪龙”号是我国于 1993 年从乌克兰购买的 1艘北极多用途船，原属乌克兰赫尔松船厂，破冰等级为PC6。该船自1994年购入后，已历经数次改装，从原先的北冰洋多用途船改装成为兼备极地科考和货运的极地科考船，到目前为止一共承担了 24 次南极考察和 9 次北极考察任务。“雪龙”号最近一次改装于 2004 年启动论证，至 2013 年完成（两期改装）。改装工程进行了总布置优化及设备更新换代，融合了船舶平台、科考平台、物流平台、绿色节能、航空保障、极地救援、通信指挥、适航性、操纵性、舒适性、安全性和电气自动化的提升，并挖掘改进破冰潜能，使“雪龙”号转变为 1 艘兼具敞水、极地科学考察功能，可为极地考察站提供物资运输保障的极地破冰科学考察船。该船目前概况如图 19所示。图 1 “雪龙”号船舶概况图“雪龙 2”号极地科考船是中国首艘自主建造的极地科学考察破冰船，于 2019 年 7 月交付使用。该船还是全球首艘采用船首和船尾双向破冰技术的极地科考破冰船，实船照片如下页图 2 所示。74图 2 “雪龙 2”号实船图（摄于 2019 年 11 月）“雪龙 2”号能够在 1.5 m 厚冰+0.2 m 雪中连续破冰航行，填补了中国在极地科考重大装备领域的空白。该船由国外公司完成基本设计，国内由中国船舶与海洋工程设计研究院完成详细设计，江南造船厂实现建造。其总长122.5 m、排水量约1.4万t、破冰等级为 PC3，满足包括极区在内的无限航区航行和作业需求，艏向破冰时能以 2 3 kn 航速连续破 1.5 m 厚的冰+0.2 m 的雪；艉向破冰可在 20 m当年冰的冰脊中（含 4 m 堆积层）不被卡住，且可实现冰区快速掉头10。综合上述，我国现有考察船的总体情况为最大破冰能力 PC3，根据船舶的现有能力，在每年北半球夏季时进行北极考察任务，在南半球夏季时进行南极考察任务。2 近 3年中国极地考察航行情况自 2019 年“雪龙 2”号交付使用后，我国的极地考察能力实现大幅提升，为我国的极地考察和大洋科考注入了新的活力，近几年的极地考察任务得到加强扩充。2.1 中国第3 6 次南极考察“雪龙 2”号于 2019 年 10 月 15 日启航首航南极，与“雪龙”号一起展开“双龙探极”，形成中国南极考察新格局。两船于 11 月 15 日到达中山站外围浮冰区，期间曾发生 2 次“雪龙”号在普里兹湾九层浮冰区中被卡后无法动弹，随后靠“雪龙 2”号掉头解救的情况，如图 3 所示。图 3 “雪龙 2”号在浮冰区中解救“雪龙”号11 月 21 日中午，“雪龙 2”号正式开始第 1次对中山站外陆缘冰进行破冰作业，破冰照片如 图 4 所示。当年冰情良好，整体冰厚 1.35 1.55 m、雪厚 40 80 cm，“雪龙 2”号穿越冰山群，共计花费 11 h 左右，破固定冰超过 14 n mile（25.928 km），到达了神州湾北部区域，距离中山站约 10 km。图 4 “雪龙 2”号中山站外首次破陆缘冰“雪龙”号跟航“雪龙 2”号开辟的航道，得以挺进中山站陆缘冰纵深，很大程度上缩短了运货距离，大大提高了中山站物资的卸货效率。本次考察双龙船队在 11 月份距离中山站约 10 km，是我国极地考察船装备在南极考察季前期，首次较近距离接近中山站，大大缩短了物资装备和油料补给的运输距离，同时节省了物资装卸时间，为考察船队执行考察任务延长了时间窗口期。“雪龙 2”号的首航极大地鼓舞了极地考察工作人员的士气，凸显了我国极地装备能力的提升。2.2 中国第3 7 次南极考察“雪龙 2”号于 2020 年 11 月 10 日从上海起航，奔赴南极执行科学考察任务，本次为“雪龙 2”号单船航行。2020 年 12 月 19 日 2100，“雪龙 2”75黄 嵘：中国极地科考破冰船航行实践和未来极地船型发展建议2023年第1期总第202 期专题三号穿过普里兹湾冰间湖到达固定冰外浮冰区。浮冰区北面边缘为南纬 6838，浮冰区密度 9 10 层，冰厚约1.2 m，积雪约50 cm。经过9 h的浮冰区航行，其中冲撞破冰 4 次（破冰记录如表 1 所示），于 12月 20 日 0600 到达中山站外固定冰外缘，外缘位置位于南纬 6902 附近。表 1 第 3 7次南极考察“雪龙 2”号中山站外固定冰破冰数据记录起 点止 点冰厚/m积雪/cm破冰时长/h破冰/km6901.6S 07618.8E6903.2S 07617.8E1.3 1.450 801636903.2S 07617.8E6904S 07616.5E1.2 1.540 501.21.76904S 07616.5E6905.7S 7617.4E1.3 1.5 乱冰夹杂冰脊50 100243.26905.7S 07617.4E6906.6S 07618.2E1.2 1.560 806.52当年冰情不理想，整个固定冰区域以乱冰为主且存在较多冰脊，其中较大的冰脊多呈东北-西南向，普里兹湾东侧传统破冰路线上多为乱冰，并分布较多冰脊及冰山。图 5 为 2020 年 12 月 20 日所测得的中山站附近冰情图。图 5 2020 年 12 月 20 日中山站附近冰情图从海冰服务专题信息和实际探冰情况来看，无论哪个方向进入固定冰都较为困难。经过综合评判规划，确定了相对较好的破冰路线后，“雪龙 2”号在中山站外固定冰区域开始破冰。当时由于冰厚 1.2 1.5 m、积雪 40 100 cm，且间断性夹杂多年冰脊等原因破冰受阻，此次破冰共进行了 5 d，最后船舶停航位置距离中山站约 27 km，开始使用直升机从船上远距离吊运物资至中山站。“雪龙 2”号无法到达距离中山站更近的位置，使我们认识到了现有极地装备