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10年磨一剑,中国又一件自主制造重器

2019年7月11日,上海江南造船厂船坞边人头攒动。

在过去3年里,这些工人的任务,就是攻克一个又一个技术难题,让这艘船能最终问世。今天,她被精心装点着,交付自然资源部中国极地研究中心使用。在他们看来,这和自己的女儿出嫁一般无二。

一声汽笛长鸣,交付仪式完成,人们仍然不愿离去,痴痴地望着这艘美丽的大船。他们都在心里默念着她的名字:“雪龙2”号——中国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船。

10年磨一剑,中国又一件自主制造重器 | 地球知识局

“雪龙2”号

这是36年中国极地梦的新里程碑。

去南极,可不只是看企鹅

时光倒回1983年夏天,我国驻美大使章文晋向美国政府递交了一份意义非凡的申请书,表达了我国加入《南极条约》的意愿。

那是上世纪50年代末在美苏两大超级大国主持下指定的国际协议,对世界各国考察、开发、保护南极做出了指导性的规定。条约保存在美国,受理了中国的加入申请之后,中国也成为了《南极条约》的缔约国,标志着我国有了参与南极事务的国际资格。

南极条约体系

(图片来自Wikipeda)

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但成为了缔约国,并不代表就直接拥有了在南极进行考察的条件。在当时的历史背景下,中国科考队面临的首要难题,就是如何把人员和设备运到南极,建设自己的考察站,并维持考察站的运行。

南极位于高纬度高寒地带,即使在南半球的夏天,周围海面上也漂浮着大量浮冰。这些浮冰,轻则阻碍船只前进,重则划伤船只,一般的远洋船只根本无法平安渡过这样的海域,必须有吨位大、推力足、装甲厚的专业破冰船才行。

(图片来自pixabay)

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但破冰船的技术要求和建设费用都很高,对于刚刚改革开放不久,还没有完全解决吃饭问题的中国来说,无论是自主建造还是进口采购破冰船都是一件太过奢侈的事情。科考队在没有选择的情况下,做出了一个冒险的决定——直接启用“向阳红10”号登陆南极。

爷爷辈的极地科考船“向阳红10”号

难以想象那时候的科考队在船上

过的是什么日子

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“向阳红10”号是一艘远洋考察船,在一般海面航行有余,破冰实在是力有不逮。在南极冰区航行时,船员们只能仗着“向阳红10”号吨位大,用“莽劲”尽量往南极方向靠。但就是靠着这样一艘不专业的船只,我们成功地把第一批科学家送上了南极大陆。

后来人们又找到了一艘更结实的“极地”号替补。它是一艘芬兰造货轮,原设计目的只是走通北欧的少量浮冰路线,并非硬闯冰块密集的南极海域。遇到冰密度稍微大一点的浮冰区,“极地”号也是束手无策。

(图片来自中国数字科技馆)

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直到加入《南极条约》后的第十年,1993年,我们才从苏联解体后的乌克兰那里买到了一艘可用于北冰洋运输的船,经过多次改造,成为现在大名鼎鼎的“雪龙”号极地科考破冰船,也是目前国内唯一一艘执行我国极地科考任务的破冰船。

从1994年开始,她搭载着中国科学考察队先后执行了22次南极考察任务和9次北极考察任务。随着服役年限增长,坚强的“雪龙”号也逐渐显出疲态。

“雪龙”号极地考察船航行在普里兹湾

(图片来自新华社@刘诗平)

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首先,“雪龙”号毕竟是前苏联技术的产物,放在现在看能力实属有限,仅能在1.5节航速下冲破1.2米厚的冰层(含0.2米雪),在靠近南极大陆的厚浮冰面前也无能为力。

就在今年1月初,第35次南极科考队从“雪龙”号卸运至南极中山站和内陆出发基地的货物,由于船只无法靠岸,队员们把货物在冰面上运输了44公里才到达目的地。南极行车不比寻常,车速只能在10迈以下,还常见冰缝隙坑洼,气候喜怒无常,长距离陆上运输风险极大。

一辆满载物资的雪地车向南极中山站驶去

(图片来自新华社@刘诗平)

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其次,“雪龙”号缺乏侧推能力。而在南极海面,常见的情况是刚被破开的冰面在低温下又冻结在船只两侧,没有侧推能力就意味着难以转弯掉头,只能往前开,大大降低了水域选择的可能性。

比如2013年底~2014年初,“雪龙”号营救被南极海冰困住的俄罗斯考察船“绍卡利斯基院士号”,结果在顺利解救全部被困人员后,“雪龙”号自己也被浮冰困住了好几天,只能等到天气好转时才脱困离开。

种种迹象表明,中国需要一艘更先进的极地考察破冰船。

联合设计,国内建造

说起造破冰船,世界上大概没有人比俄罗斯人的经验更丰富。漫长的北冰洋航线,让俄罗斯人积累了丰富的破冰技术经验,成为了世界上破冰船技术最为先进、数量最多的国家。

2015年世界各国主要破冰船的数量

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所以2008年,当我国意识到“雪龙”号的短板,想要添置极地考察破冰船时,本想向俄罗斯购买一艘破冰船。但因为要价过高,提案最终作罢。既然别人靠不住,我们就自己动手丰衣足食,新破冰船成为了国家立项的重点攻关课题。

然而,新船自立项开始,却迟迟没有动工,而是在反复地调查论证,因为难处实在是太多了。

我国没有极地海岸线,在商业使用上完全没有建造极地恶劣环境下也能作业的特种船舶的经验,建造极地考察船属于另起炉灶。而从上海出发,向南极航行的过程中,船只将遇到咆哮的西风带、复杂的极地浮冰海域、临近大陆时还会有巨型浮冰挡道,对船体强度的要求极高。

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另外,建造一艘极地破冰考察船所费不菲,短时间内没有再造一艘的必要,这就要求这艘新船不仅能完成一次两次任务,更要极为经久耐用,承担接下来多年里的极地考察任务。这对船体的耐久度又提出了要求。

从零开始就要直接拿冠军,很多专家都怀疑我国的造船行业能否胜任这项工作。

事实证明,我国造船行业完全可以

(图片来自akerarctic.fi)

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所以为稳妥起见,经过反复研究,我国决定吸收国外先进的破冰船设计理念、技术和经验,结合我国的实际情况进行改进,建造一艘“国际一流,国内第一”的极地考察破冰船。

就这样,新的极地考察破冰船直到2016年底才完成设计,开工建造。

历经10年的论证、设计、建造,“雪龙2”号终现真身。

大国重器,人性与科技的完美结合

“雪龙2”号作为国际先进的极地考察和海洋科学研究的移动平台,处处闪耀着人性与科技的光芒。

首先要说的是她独一无二的破冰与定位能力。“雪龙2”号为了满足无限航区航行的需求,特别采用2台7.5MW破冰型吊舱推进器,同时也是全球第一艘采用船艏、船艉双向破冰的极地科考破冰船。

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与“雪龙”号的“笨拙”不同,“雪龙2”号在船艏配备了2台2000kW槽道式侧向推进器,可以让船舶可以灵活转身,精准定位,极大提高了在恶劣海况下的安全性和调查作业精度。

今年1月,“雪龙”号在南极阿蒙森海航行时,因为浓雾导致船与冰山相撞,所幸没有造成严重影响。而新建造的“雪龙2”号装了全向声呐系统,可以提前5公里左右探测到前方冰山,及早规避因船员反应不及而造成的损失。

南极周边海域

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其次,“雪龙2”号拥有强大的科考能力。

“雪龙2”号在建造过程中专门针对极地海区科考作业的特点,在甲板的主通道和物流通道进行了防寒设计,用防冻液、加热电缆、加热盘管等确保船员在船上的行动安全。

船艉作业甲板

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在船舯,“雪龙2”号设有160平方米的作业月池车间,车间内同时设有一个边长3.2米的方形“井”及科考设备收放系统,用于在完全冰区或恶劣海况下的科考作业。通过这口“井”,可以不经过船舷,从车间直接下放科考设备进行作业并回收,防止在极地严寒环境下,昂贵的科考设备刚一拉出水面就冻结,也让科学家们有一个更舒适方便的作业环境。

月池升降装置

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破冰是保证,科考才是目的。在设计“雪龙2”号时,最大程度地保证科考作业的顺利进行和科考成果的准确是设计师们苦苦追求的目标。

为此,“雪龙2”号采用了独一无二的艏部船底箱型龙骨设计,确保了声学换能器免受气泡和碎冰的影响,同时保证了船舶航行的经济性。

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以上种种“神技”,已经让“雪龙2”号站在了国际先进水平的行列中。但中国极地研究中心和江南造船集团并不满足于此。

前文提到,由于中国相对南极的地理位置,我国南极科学考察队注定会经历长时间的远航,并且经受南半球西风带的考验。

在经过西风带时,受强烈气旋影响,船只会发生剧烈摇晃,严重时倾斜角度最大可超过35度,不仅对船上设备的稳定性和安全性造成威胁,也会引起队员身体的极度不适。同时,由于船只容积有限,淡水储量也相对受限,在船人员用水有着严格控制,生活上存在一定的不便。

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而“雪龙2”号专门针对这两种情况进行了独特的设计改进。

在原来能满足在10级大风的海况中航行的设计基础上,“雪龙2”号最终提升到了可以在12级大风里航行的强度。同时配备了先进的减摇水舱系统,可以减轻船只的摇摆幅度,让船上人员在经历恶劣海况时减少不适。

(图片来自akerarctic.fi)

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在水源方面,在原有淡水储量之外,又增加了400~600吨额外的淡水容量,这样就可以保证“雪龙2”号拥有充足的淡水在路上使用。

而在体现对船员和科学家的人文关怀方面,“雪龙2”号也尽一切可能地安排了健身房、阅览室、浴池、桑拿房等娱乐设施,极大地丰富了船上人员的业余生活。最重要的可能是全船WIFI覆盖,远行的游子们能够通过网络联系家人、朋友,排解思乡的情绪。

“雪龙2”号内部健身房

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2020年,“雪龙2”号将与德国极地考察的旗舰——德国极地海洋研究所的“极星”号以及俄罗斯极地考察的旗舰——俄罗斯南北极研究所的“费奥多罗夫院士”号一起承担国际北极理事会开展的一个大型国际合作计划。

“长风破浪会有时,直挂云帆济沧海”,“雪龙2”号十年磨一剑,将要在我国的极地事业中一展身手。

她问世的背后,是无数这些年来为“雪龙2”号争取过、奋斗过、雕琢过的人们的默默付出。他们有的历经10年,亲手把“雪龙2”号从一张白纸变成了钢铁巨轮;有的在建造过程中工作调动离开岗位;更有人早已不在人世。

但无疑,所有这些人都为“雪龙2”号的诞生感到骄傲。她的服役将显著提升我国在极地科学研究中的水平,为我国进一步认识、保护和利用极地提供关键手段和支撑。

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