中船重工第七一四研究所 胡琳琳

隨著全球氣候變暖，北冰洋海冰加速融化，北極地區(qū)蘊藏的豐富資源和極具戰(zhàn)略價值的航道，都從潛在利益變成了現(xiàn)實利益，世界各國對該地區(qū)的爭奪日益升溫。而在低溫多冰、氣候極其惡劣的北極地區(qū)進行資源勘探、開發(fā)、運輸及商業(yè)航行則需要冰區(qū)船舶這一重要裝備。冰區(qū)船熱不斷升溫。

北極航道促冰區(qū)船升溫

北極航道包括西北航道和東北航道。西北航道東起美國和加拿大東海岸，向西穿過加拿大北極群島，經波弗特海、白令海峽抵達美加太平洋港口；東北航道西起西歐和北歐港口，穿過西伯利亞沿岸海域，繞過白令海峽到達中國或日本港口。

世界發(fā)達國家大多處于北緯30度以北地區(qū)，這個地帶生產了當今世界80%的工業(yè)產品，占據(jù)70%的國際貿易。如果北冰洋航線暢通，這些地區(qū)的國際貿易航線將會縮短大約6000～8000公里的航程，節(jié)省40%的航運成本。屆時，國際航運的重心必將轉向北極，大量的貨物將會通過該航線運輸，這將會對船舶的需求產生重大改變。原來航行于熱帶和溫帶的船舶因為無法在低溫多冰的北極地區(qū)航行，冰區(qū)船舶將在世界船舶訂單中占有一席之地。

冰區(qū)船舶泛指航行于冰區(qū)的船舶，成員中主要有冰區(qū)運輸船舶、冰區(qū)海洋工程船和破冰船等。冰區(qū)運輸船舶和冰區(qū)海洋工程船主要是對船體結構、主機、軸系、齒輪箱、螺旋槳、起動裝置與冷卻水系統(tǒng)等采取了強化措施，以適應在冰區(qū)航行的需要。而破冰船則是用于為其它冰區(qū)船舶開辟航道的專用船舶。

據(jù)克拉克松報道，近年來在冰區(qū)級船舶建造方面已投入約80億美元，用于建造203艘1230萬噸的破冰船。冰區(qū)船隊的規(guī)模也隨之不斷擴大，如冰區(qū)油船船隊（載重噸）在1992年僅占世界油船船隊（載重噸）的3%，而到2008年，這一比重增加到10%，大約1800萬載重噸?？梢灶A見，隨著北極油氣資源開發(fā)不斷深入和未來北冰洋航線的暢通，冰區(qū)船舶需求將會逐年增加。

近年來，冰區(qū)運輸船舶逐漸向具有自破冰功能的方向發(fā)展。2006年，三星重工開發(fā)成功了世界首創(chuàng)的“極地用前后雙向破冰船”技術，并將其運用到了為俄羅斯商船公司建造的3艘7萬噸級油船中，該油船無需破冰船的幫助，可以獨立在1.57米冰厚的海域內以時速3節(jié)航行。

在冰區(qū)作業(yè)的海洋工程船舶均需具有一定的抗冰性能，目前，能夠在極地海域進行作業(yè)的冰區(qū)海洋工程船舶基本被韓國所壟斷。2007年，韓國三星重工建成了世界上首艘能工作于極地海域、鉆井深度達11000米的“斯特納·鉆探機之最”號鉆井船，并交付瑞典斯特納散貨海運公司使用。2008年5月，三星重工從蘇格蘭Stena鉆探公司接獲一份價值9.42億美元的鉆井船訂單，是世界首艘可穩(wěn)定用于北極浮冰海域的鉆井船，耐極端低溫達-40℃，預計將于2011年底交付用于北海水域。2009年4月2日，大宇造船海洋在墨西哥灣成功交付了世界最大油田開發(fā)鉆井船舶公司美國Transocean 公司于2006年訂造的極地深海油田開發(fā)鉆井船。

造船強國角逐冰區(qū)船舶

作為世界造船強國之一的韓國在冰區(qū)船舶設計建造方面搖搖領先，并頻頻接獲訂單。其中，全球冰區(qū)船舶建造領域最為著名的公司三星重工，在2008年4月至2009年4月，就交付了66艘冰區(qū)船舶，包括24艘集裝箱船，17艘阿芙拉型油船、20艘蘇伊士型油船和3艘穿梭油船等。目前，三星重工已將冰區(qū)船舶作為其新技術研發(fā)的重要方向，大力開發(fā)北極鉆井船、破冰LNG船、破冰集裝箱船，還將FPSO的石油開采生產和存儲設備搬到破冰船上，開發(fā)出破冰FPSO等新概念船。

韓國STX集團也于今年宣布，開發(fā)大型冰級集裝箱船和極地破冰穿梭LNG船。這種破冰穿梭LNG船可破冰層1.5米，并采用DAS系統(tǒng)（Double Acting System），可實現(xiàn)船首船尾雙向航行，專為俄羅斯Yamal的LNG項目設計研發(fā)。同時，針對北極航道的顯現(xiàn)，開發(fā)大型冰級集裝箱船。

韓國大宇造船與海洋工程公司也制定了“F1”戰(zhàn)略，將破冰油船和北極鉆井船等冰區(qū)船舶作為重點高技術產品進行研發(fā)。

而另一造船強國日本則耗資380億日元打造了繼“宗谷”號、“富士”號和老“白瀨”號之后的日本第四代極地考察船新“白瀨”號。

雖然歐美國家已經放棄了普通船舶的制造，但其仍然繼續(xù)加強冰區(qū)船舶的研發(fā)能力，擴充冰區(qū)船隊。如美國計劃到2015年更新“極星”號與“極?！碧?艘現(xiàn)役破冰船，并新建2艘破冰船，使服役的破冰船達到6艘。

歐洲不僅重視冰區(qū)船舶的建造，而且還注重相關配套設備和相關標準的制定。如歐盟正投資6.5億歐元設計建造新一代集科學鉆探與多功能研究平臺為一體的重型破冰船“北極光”(Aurora Borealis)。瑞典阿法拉伐公司開發(fā)了適用于北極鉆探船的PureBallast2500壓載水處理設備。挪威船級社開發(fā)了冰載荷監(jiān)測系統(tǒng)，能為船舶操縱人員提供有關冰載荷對船體影響的實時信息，并能將冰層的衛(wèi)星信息整合成電子航行地圖，此外挪威船級社還聯(lián)合八個國家的十五家組織啟動了北極地區(qū)海洋工程裝置最佳實踐標準的制定工作。

而擁有20艘破冰船的俄羅斯2015前還將建造5艘核動力破冰船。此外，俄工業(yè)和能源部長赫利斯堅科表示，為了進一步勘探開發(fā)其北極海域內儲存的石油和天然氣，今后20年，俄將建造各型船舶1000多艘。

作為世界船舶工業(yè)的后起之秀的越南也染指該領域，承接了6艘冰區(qū)加強支線集裝箱船。

我國冰區(qū)船舶研發(fā)建議

面對北極地區(qū)戰(zhàn)略地位的日益提升，各主要國家紛紛加強冰區(qū)船舶研制的現(xiàn)狀，我國船廠也積極應對，并承接了部分冰區(qū)船舶訂單。同時有關技術研發(fā)單位還做了大型冰級船舶技術的預研開發(fā)，為我國進一步發(fā)展自主冰區(qū)船舶奠定了一定的基礎。

但是，我國冰區(qū)船舶的建造技術相當薄弱，高等級冰區(qū)船舶制造從未涉及，自破冰型運輸船舶還處于技術空白。為此，我國有必要針對以下關鍵技術展開研究，為北極開發(fā)提供堅強的裝備保障。

一是材料制造加工技術的研究。為了在低溫條件下保證船舶的安全，冰區(qū)船舶必須采用比普通船舶更高等級的鋼材和非金屬材料，如何制造這些冰區(qū)級材料，并且將其加工焊接成性能良好的船體構件是首先需要掌握的技術。

二是基礎試驗技術研究。與普通船舶一樣，在實船建造前，需要進行模型試驗。所不同的是普通船舶是在水池中進行試驗，而冰區(qū)船舶需要在“冰槽”中進行試驗。冰槽是一個冷凍水池，能夠模擬現(xiàn)實中包括冰載荷在內的各種載荷。雖然我國建造了多個大型試驗水池，但缺乏用于冰區(qū)船舶試驗的冰槽。

三是船型設計技術研究。在冰層厚度達1米的冰區(qū)，最高等級冰區(qū)船舶的最大航速可達20節(jié)，在普通船舶上進行簡單的加強并不能滿足安全性和經濟性要求。其型線需要特殊設計，特別是艏部型線，以便更好的適應冰區(qū)航行。

四是相關船用設備制造技術研究。在冰區(qū)航行時，船上各系統(tǒng)將會經受嚴酷的環(huán)境考驗。動力及推進系統(tǒng)包括主機、軸系、減速齒輪裝置、螺旋槳、起動裝置及冷卻水系統(tǒng)等設備均需滿足冰區(qū)航行的要求。特別是其輪機裝置應能在環(huán)境空氣溫度低于0℃的情況下安全和正常運行，并應特別考慮低溫下液壓系統(tǒng)的功能、水管和水箱的防凍措施以及應急柴油機低溫起動性能等。而在北極地區(qū)航行的船舶，普通的導航系統(tǒng)將面臨失效的問題，陀螺羅經的指向力矩隨緯度的升高而變小，緯度超過70°時準確率將會顯著下降，當達到北緯85°的時候將失去作用。而磁羅經在磁極附近對航海的作用非常小。同樣，冰區(qū)船舶的其他設備也須要進行特殊的設計制造才能安全快速的在低溫條件下航行。

工欲善其事，必先利其器。我國應該著力突破這些關鍵技術，開發(fā)適應北極地區(qū)航行的船舶，打造相應的冰區(qū)船隊，為我國開發(fā)利用北極資源，保障國際貿易安全，促進國民經濟發(fā)展提供可靠的裝備。