“雪龙”船前船长：极地航行探秘（中国新建极地科学考察 ...

http://epaper.oceanol.com/shtml/zghyb/20140108/67672.shtml


中国新建极地科学考察船

　　最近一段时间，“雪龙”船在南极救援俄罗斯船的行动受到从国家领导到普通百姓的极大关注，此事一方面说明在极地海区作业还存在较大的风险。另一方面也说明中国开展30年的南北极考察在国人心目中已留下很深的印象。俄船被困南极及“雪龙”船的救援行动，让不少人对破冰船的工作方式和破冰能力产生了兴趣。本报特请相关专家撰写此文，以满足读者的求知欲望。

■沈权

极地航线如何制定

　　一般商船根据自己航行任务的不同会提前制定好航线，和日常所需的油、淡水、食品。绝大部分的商业航线都会选择经济航线，即航海上常用的大圆航线（地球面上两点间最短距离是通过两点间大圆的劣弧，在球心投影中任何大圆投影后成为直线，因此可用于编制航海图。在航海中，运用此特性而走最短距离的航线就叫大圆航线）。

　　而南北极地区的航线除商船制定的航线外，更多的是考虑海冰对航线的影响。除特殊情况须进入浮冰区航行外，一般会选择在浮冰区的边缘航行，以确保航行速度不受太大影响，当遇到大风浪来袭时还可以较快进入到浮冰区避让大风大涌。南北极的冬季由于漫长的极夜和恶劣的暴风雪天气很难开展工作，所以在南北极作业的大部分船舶只能选择在当地的夏季进行科考或旅游。

船舶受困的主要因素

　　随着夏季的到来，海冰的消融速度加快，科考船只有在这个季节才能接近到岸边或是在冰架附近开展相关的调查研究。这个时候岸边和冰架附近会有一定数量的浮冰、冰山，在部分区域还有陆缘冰存在。

　　当出现较长时间同一方向的强风时，如果上游方向存在大量的浮冰，这些浮冰会随风快速聚集。同样，如果在某些海区出现较强的海流时，浮冰也会随着强流快速移动聚集。如果值班驾驶员或是船长没有意识到有被堆积冰困住的危险，没有及时调整航线往上风方向或其他清水区域移动，后果就会很严重。

　　极地大陆特别是沿岸附近的天气变化莫测，有时从所收集到的气象资料上看，本应没有强风的天气，也会突然出现9级~10级的大风，对于在此区域航行的船舶安全产生较大的威胁。俄罗斯科考船“绍卡利斯基院士”号受困南极或许有以上这些原因。

　　大风作用下的冰挤压会限制船只的行动，船冲撞破冰时也常常会被冰卡住。如果同时发生较深积雪覆盖浮冰的情况，船舶的行动会更加困难。遇到这种情况，除了借助其他更高等级的破冰船帮忙外，唯一能做的就是等待天气出现较有利的变化。

　　从以往发生的冰困船舶事件以及本人的经验来看，受困船舶主要处于南极大陆近岸浮冰区。由于受到岸形以及周边冰架的影响，受困船舶所在水域一旦出现较大的东向大风，上游大量的浮冰就会被挤进湾里，海冰在大风作用下会很快挤满船周边的水域，形成一层层叠起的堆积冰（也称为冰脊冰）。这种堆积冰对于有强大破冰能力的船而言，前行也难度极大。

普通破冰船难以脱困

　　普通破冰船（是指轴系螺旋桨推进方式的船，如“雪龙”船）主要破冰方式为连续破冰作业、冲撞破冰。连续破冰作业是指在冰厚小于该船设计的破冰厚度时，运用强大的动力、破冰线型以及破冰船自身的重量缓慢起伏式向前破冰前进。而当冰厚超过破冰船设计的最大破冰厚度，或在堆积冰中以及在更困难的条件下，船舶不得不采用冲撞方式向前推进，这种方式对于普通破冰船是唯一的通过方式。

　　冲撞破冰时，船要先倒车一到两个船的长度，然后加速进行有力的冲撞，有时为了通过厚冰区或冰脊冰还必须反复冲撞。在“雪龙”船执行南极任务期间，曾多次遇到过这种情况。最严重的一次，“雪龙”船用了约半个月的时间才通过特别严重的冰脊区。

　　冲撞破冰最容易出现的问题就是船被冰卡住，由于高速冲撞的巨大惯性会将船深深插入到冰中，若此时螺旋桨倒车的推力不够大的话，船就难以退出（主要是因为现代柴油机的主机特性，决定了船的倒车功率只有正车额定功率的70%左右）。此时，船只能通过进、倒车，用舵的转向力来扭动船体使船脱身。而舵的转向力很小，这样做很难脱困。

哪些破冰船能自行脱困

　　那么，在这种情况下，有没有除核动力破冰船以外的破冰船可以脱困？答案是肯定的。随着技术的发展，全回转推进器的出现，以及双动型船、双向破冰型船的出现，使这种可能性成为现实。

　　目前，我国新建破冰船项目正处在科研阶段，新建破冰船由国际上拥有丰富破冰船设计经验的著名破冰船设计公司——芬兰阿克北极公司进行设计。设计中的破冰船拟采用国际先进的电力推进系统，船舶结构强度更高，具备艏向和艉向都能在极区海冰中以2节~3节速度连续破冰（厚度不低于1.5米加0.2米雪）航行的能力，以及艉向航行时能确保在20米当年冰冰脊（含4米堆积冰）加0.2米雪层中不被卡住的能力。

　　艉向破冰概念的出现，主要是因为全回转推进技术的日益成熟和广泛应用。用靠近船艉的全回转推进器的转动，利用强大的水流有效松动冰脊冰，可以使船在冰脊冰中破出一个宽的碎冰水道。由于冰层较厚，船在艉向航行时速度会相当缓慢。推进器来回转动，螺旋桨移走、粉碎和带动水流冲洗其范围内的所有海冰。待螺旋桨掏空冰脊下部的海冰后，最终使冰脊倒塌，然后继续破冰。不停地转动推进器冲刷艉部区域对船艉的前后左右移动大有帮助，这样能使破碎的冰道变宽，使破冰船在冰脊中转向成为可能。经大量实践证明，艉向破冰对于破冰脊冰效果显著。

　　当冰情严重到不适合艏向破冰航行时，双向破冰船可以转向，进行艉向破冰。如果船舶已经卡在冰中，最有力的逃脱方法是使用全回转推进系统，艉向航行可以使其轻易再次获得自由航行的可能。

　　（作者曾任“雪龙”船船长，现为中国新建极地科学考察船项目部副总工程师）http://epaper.oceanol.com/shtml/zghyb/20140108/67672.shtml


中国新建极地科学考察船

　　最近一段时间，“雪龙”船在南极救援俄罗斯船的行动受到从国家领导到普通百姓的极大关注，此事一方面说明在极地海区作业还存在较大的风险。另一方面也说明中国开展30年的南北极考察在国人心目中已留下很深的印象。俄船被困南极及“雪龙”船的救援行动，让不少人对破冰船的工作方式和破冰能力产生了兴趣。本报特请相关专家撰写此文，以满足读者的求知欲望。

■沈权

极地航线如何制定

　　一般商船根据自己航行任务的不同会提前制定好航线，和日常所需的油、淡水、食品。绝大部分的商业航线都会选择经济航线，即航海上常用的大圆航线（地球面上两点间最短距离是通过两点间大圆的劣弧，在球心投影中任何大圆投影后成为直线，因此可用于编制航海图。在航海中，运用此特性而走最短距离的航线就叫大圆航线）。

　　而南北极地区的航线除商船制定的航线外，更多的是考虑海冰对航线的影响。除特殊情况须进入浮冰区航行外，一般会选择在浮冰区的边缘航行，以确保航行速度不受太大影响，当遇到大风浪来袭时还可以较快进入到浮冰区避让大风大涌。南北极的冬季由于漫长的极夜和恶劣的暴风雪天气很难开展工作，所以在南北极作业的大部分船舶只能选择在当地的夏季进行科考或旅游。

船舶受困的主要因素

　　随着夏季的到来，海冰的消融速度加快，科考船只有在这个季节才能接近到岸边或是在冰架附近开展相关的调查研究。这个时候岸边和冰架附近会有一定数量的浮冰、冰山，在部分区域还有陆缘冰存在。

　　当出现较长时间同一方向的强风时，如果上游方向存在大量的浮冰，这些浮冰会随风快速聚集。同样，如果在某些海区出现较强的海流时，浮冰也会随着强流快速移动聚集。如果值班驾驶员或是船长没有意识到有被堆积冰困住的危险，没有及时调整航线往上风方向或其他清水区域移动，后果就会很严重。

　　极地大陆特别是沿岸附近的天气变化莫测，有时从所收集到的气象资料上看，本应没有强风的天气，也会突然出现9级~10级的大风，对于在此区域航行的船舶安全产生较大的威胁。俄罗斯科考船“绍卡利斯基院士”号受困南极或许有以上这些原因。

　　大风作用下的冰挤压会限制船只的行动，船冲撞破冰时也常常会被冰卡住。如果同时发生较深积雪覆盖浮冰的情况，船舶的行动会更加困难。遇到这种情况，除了借助其他更高等级的破冰船帮忙外，唯一能做的就是等待天气出现较有利的变化。

　　从以往发生的冰困船舶事件以及本人的经验来看，受困船舶主要处于南极大陆近岸浮冰区。由于受到岸形以及周边冰架的影响，受困船舶所在水域一旦出现较大的东向大风，上游大量的浮冰就会被挤进湾里，海冰在大风作用下会很快挤满船周边的水域，形成一层层叠起的堆积冰（也称为冰脊冰）。这种堆积冰对于有强大破冰能力的船而言，前行也难度极大。

普通破冰船难以脱困

　　普通破冰船（是指轴系螺旋桨推进方式的船，如“雪龙”船）主要破冰方式为连续破冰作业、冲撞破冰。连续破冰作业是指在冰厚小于该船设计的破冰厚度时，运用强大的动力、破冰线型以及破冰船自身的重量缓慢起伏式向前破冰前进。而当冰厚超过破冰船设计的最大破冰厚度，或在堆积冰中以及在更困难的条件下，船舶不得不采用冲撞方式向前推进，这种方式对于普通破冰船是唯一的通过方式。

　　冲撞破冰时，船要先倒车一到两个船的长度，然后加速进行有力的冲撞，有时为了通过厚冰区或冰脊冰还必须反复冲撞。在“雪龙”船执行南极任务期间，曾多次遇到过这种情况。最严重的一次，“雪龙”船用了约半个月的时间才通过特别严重的冰脊区。

　　冲撞破冰最容易出现的问题就是船被冰卡住，由于高速冲撞的巨大惯性会将船深深插入到冰中，若此时螺旋桨倒车的推力不够大的话，船就难以退出（主要是因为现代柴油机的主机特性，决定了船的倒车功率只有正车额定功率的70%左右）。此时，船只能通过进、倒车，用舵的转向力来扭动船体使船脱身。而舵的转向力很小，这样做很难脱困。

哪些破冰船能自行脱困

　　那么，在这种情况下，有没有除核动力破冰船以外的破冰船可以脱困？答案是肯定的。随着技术的发展，全回转推进器的出现，以及双动型船、双向破冰型船的出现，使这种可能性成为现实。

　　目前，我国新建破冰船项目正处在科研阶段，新建破冰船由国际上拥有丰富破冰船设计经验的著名破冰船设计公司——芬兰阿克北极公司进行设计。设计中的破冰船拟采用国际先进的电力推进系统，船舶结构强度更高，具备艏向和艉向都能在极区海冰中以2节~3节速度连续破冰（厚度不低于1.5米加0.2米雪）航行的能力，以及艉向航行时能确保在20米当年冰冰脊（含4米堆积冰）加0.2米雪层中不被卡住的能力。

　　艉向破冰概念的出现，主要是因为全回转推进技术的日益成熟和广泛应用。用靠近船艉的全回转推进器的转动，利用强大的水流有效松动冰脊冰，可以使船在冰脊冰中破出一个宽的碎冰水道。由于冰层较厚，船在艉向航行时速度会相当缓慢。推进器来回转动，螺旋桨移走、粉碎和带动水流冲洗其范围内的所有海冰。待螺旋桨掏空冰脊下部的海冰后，最终使冰脊倒塌，然后继续破冰。不停地转动推进器冲刷艉部区域对船艉的前后左右移动大有帮助，这样能使破碎的冰道变宽，使破冰船在冰脊中转向成为可能。经大量实践证明，艉向破冰对于破冰脊冰效果显著。

　　当冰情严重到不适合艏向破冰航行时，双向破冰船可以转向，进行艉向破冰。如果船舶已经卡在冰中，最有力的逃脱方法是使用全回转推进系统，艉向航行可以使其轻易再次获得自由航行的可能。

　　（作者曾任“雪龙”船船长，现为中国新建极地科学考察船项目部副总工程师）