文 劉軍杰 張證界 李珊珊

2022年11月22日，俄羅斯22220項目的第四艘重型核動力破冰船“雅庫特”號，在圣彼得堡的波羅的海造船廠舉行下水儀式。

出于對北極地區(qū)戰(zhàn)略地位作用的考慮，俄羅斯在破冰船建設(shè)方面一直在加大投入，如今已形成了核動力與常規(guī)動力破冰船共同發(fā)展、民用與軍用破冰力量齊頭并進(jìn)的發(fā)展格局。

美國在這方面也不甘落后，正在加緊“補課”。特朗普任美國總統(tǒng)期間，曾下令審查相關(guān)需求，試圖建造由3艘重型破冰船和多艘中型極地破冰船組成的船隊。2019年，美國海岸警衛(wèi)隊簽署了一份價值7億多美元的合同，開始讓相關(guān)公司設(shè)計建造第一艘重型極地破冰船——極地安全艦。

加拿大海岸警衛(wèi)隊在2019年接收一艘改裝的臨時中型破冰船后，加拿大為其海軍和海岸警衛(wèi)隊訂購的6艘哈利·德沃爾夫級極地巡邏艦首艦也于2021年服役，進(jìn)一步強化了在北極冰海中的存在感。

挪威海岸警衛(wèi)隊則憑借6300噸的斯瓦爾巴群島級武裝破冰船，長期出沒于極地相關(guān)海域。

可以說，近極地區(qū)域國家近年來都在紛紛加強破冰船的建設(shè)與運用。那么，什么是破冰船？它如何工作？又有著怎樣的發(fā)展前景？讓我們今日一起揭開破冰船的神秘面紗。

極地地區(qū)常年被冰雪覆蓋，破冰船被派上大用場

電影《泰坦尼克號》讓人們對冰山給海上行船帶來的威脅有了深刻印象。但泰坦尼克號遇到的冰山，只是極地冰川中眾多“逃逸者”中的一個。在現(xiàn)實世界中，面對極地一望無際的冰山、冰海，如何安全行船？以破冰船為引導(dǎo)，就是最高效、最常用的方法。

“銅頭鐵骨”，志在破冰

極地地區(qū)常年被冰雪覆蓋，冰層的平均厚度約為1800米，最厚的地方高達(dá)4000米以上。

在冰川很厚的地區(qū)，艦船只能“望冰興嘆”，而在一些冰層較薄的海域，破冰船就派上了用場。

顧名思義，破冰船就是通過各種方式去除航路上的冰層、冰塊，在冰海中帶頭前行的拓路者。在它的引導(dǎo)下，其他船舶才能安全地通過極地海域航道，否則就可能身困冰區(qū)，甚至導(dǎo)致船毀人亡。

2018年，由加拿大船舶運營商運營的一艘游輪在布西亞半島西部海灣被困，一艘加拿大海岸警衛(wèi)隊的破冰船奉命前往救援，在現(xiàn)場作業(yè)了3天，才使這艘游輪脫困。破冰船的作用由此可見一斑。

破冰船為什么能破冰？簡而言之，破冰能力來自它的“銅頭鐵骨”。自誕生之時，它的構(gòu)造就經(jīng)過了科學(xué)設(shè)計，處處向有利于破冰聚焦。

自16世紀(jì)起，生活在北極地區(qū)的人就運用了把小船拖上冰面、再往小船上裝填重物來壓碎冰層的方法，現(xiàn)代破冰船應(yīng)對稍厚冰層的方法與此相同。

一般來說，破冰船的外形粗短，船艏采用鈍艦艏設(shè)計，在船艏、船艉及水線處進(jìn)行加厚處理，船艏底部帶有向前收起的坡度，借此獲得更好的破冰能力與適航性。

對稍厚的冰層，破冰船通常采用重力破冰方式。破冰船會先向船艉壓載水艙注水，使圓弧形的船艏翹起，向前航行壓上冰面，利用船體自身重力壓碎冰層。如果冰面過厚，無法靠船體重力壓碎，則再通過向船艏壓載水艙注水增加重力，以壓碎冰層。

但對較薄的冰區(qū)，破冰船憑借船體的剛性和航行慣性就可撞碎船頭前的冰層，繼續(xù)前行。這種方式，對破冰船的框架尤其是船艏所用鋼材強度有很高要求。

破冰船能破冰，還和其動力強大有關(guān)。航空界有一句話，只要推力大，板磚也能飛上天。對破冰船來說，體大力沉、動力強勁是其敢向冰海行的底氣與根本所在。這也是俄羅斯在積極發(fā)展常規(guī)動力破冰船基礎(chǔ)上，又推出第三代、第四代核動力破冰船研制項目的原因。

在加大動力的同時，一些類似“使巧勁”的推進(jìn)裝置也得到應(yīng)用，如芬蘭一家公司為俄羅斯研制的“波羅的?！碧柶票捎昧说跖撌酵七M(jìn)器，其在吊艙內(nèi)部安裝電機，將推進(jìn)器與操舵裝置相結(jié)合，能夠使船只橫向移動、原地旋轉(zhuǎn)和多向航行。

“雪龍2”號極地科學(xué)考察破冰船（圖源：新華社）

當(dāng)然，面對無邊無際的冰海，破冰船也有束手無策的時候，這時候船員只能靜待冰“開”或?qū)ν馇笤?。于是，續(xù)航力、自持力及通信導(dǎo)航水平，對破冰船來說就顯得格外重要。

加拿大的首艘哈利·德沃爾夫級極地常規(guī)動力巡邏艦，自持力為4個月。俄羅斯2020年7月開工建造的首艘10510型領(lǐng)袖級破冰船，據(jù)稱建成后，其極限破冰厚度可達(dá)4.3米，最長續(xù)航時間可達(dá)8個月。

即使是重型核動力破冰船，也得先在這些方面打好基礎(chǔ)。2019年12月，俄羅斯“北極”號核動力破冰船投入試航，第一階段的主要目標(biāo)除了測試備用柴油機、發(fā)電機外，最重要的一個步驟就是測試通信和導(dǎo)航設(shè)備。

想方設(shè)法，提高效能

對極地海域的冰面來說，要破冰單靠破冰船體重力大還不夠，向技術(shù)要破冰能力也是各國的選擇之一。

多年來，隨著相關(guān)需求的牽引，與破冰有關(guān)的新理念或新概念接連涌現(xiàn)。

2013年，“波羅的海”號破冰船下水。與其他破冰船不同，此船采用了新穎的側(cè)向破冰船體設(shè)計。此船船體為非對稱結(jié)構(gòu)，兩個舷側(cè)采用不同形狀以達(dá)成特定功能：一側(cè)為垂直平面，適用于舷側(cè)和船艏的溢油回收；另一側(cè)則為垂直于水平面的曲面，使得此船在具備船艏、船艉破冰能力的同時，擁有了橫向破冰能力，一次性可開拓出最大寬度為50米的航道，相當(dāng)于兩艘傳統(tǒng)破冰船同時作業(yè)的效能，并能夠以3節(jié)的航速在1米厚的冰區(qū)航行。

我國的極地科考破冰船“雪龍2”號則采用了船艏、船艉雙向破冰技術(shù)。船體前方裝有兩個側(cè)推器，后方裝有兩個360度回轉(zhuǎn)吊艙，通過吊艙和側(cè)推的共同作用，可以進(jìn)行動力定位，并實現(xiàn)船體在冰區(qū)360度自由轉(zhuǎn)動的能力。如此設(shè)計，不僅可使破冰船機動性更強，防止被困冰區(qū)，還能借助反復(fù)轉(zhuǎn)動推進(jìn)器方向，借助強大水流沖走移動的海冰，使進(jìn)退變得相對容易。

目前，半潛式破冰船的理論研究趨于成熟。和以前蘇聯(lián)科學(xué)家在這方面的思路基本一致，此船基本原理是利用半潛式船體潛入預(yù)定深度，然后快速排出壓載水，利用自身浮力，借助船體上的破冰結(jié)構(gòu)，將冰層頂破。相關(guān)研究表明，這種破冰方式效率更高，適用對5米厚的冰層進(jìn)行破冰作業(yè)。

除了形態(tài)各異的船體設(shè)計，一些特殊的涂料和涂層也被用于破冰船的研制。不同于普通船舶，破冰船長期服役于極寒地區(qū)，這使它需要經(jīng)常直面低溫對船體的損害。因此，破冰船在涂裝過程中非常注重抗低溫、耐腐蝕能力。而且，為了降低破冰船的能耗，需要保證船體與冰水混合物的摩擦系數(shù)保持在0.17以下，這使得以純環(huán)氧技術(shù)為主和以玻璃纖維或鱗片增強為主，成為世界上主流破冰船所用涂料發(fā)展的主要特征。不僅如此，船舶設(shè)計師還為破冰船增添了許多輔助設(shè)備，增加或改善其在冰區(qū)中的航行和破冰能力。

噴水融雪。冰面上的積雪厚度影響破冰效率。研究表明，在破冰過程中，20厘米厚的積雪的阻止作用相當(dāng)于破除7厘米厚的冰。積雪除了增加破冰難度外，還增加了破碎海冰的附著力，使破冰變得更加困難。為此，日本破冰船“白瀨”號就使用船艏噴水裝置來沖洗積雪，以減少其對破冰作業(yè)的影響。

氣泡減阻。與噴水融雪相比，加拿大破冰船在破冰過程中則是使用氣泡來降低海冰附著船身的程度。破冰過程中，大功率的空氣吹送裝置會向船舷外吹出空氣，在船身周圍產(chǎn)生大量氣泡，來減小海冰附著船體而產(chǎn)生的摩擦。

壓載水調(diào)撥。通過改良壓載水艙來實現(xiàn)快速調(diào)撥壓載水改變船舶的浮態(tài)，除了使船舶艏艉依次變重，還可以通過左右搖晃來破壞艏前艉后及兩舷舷側(cè)處的海冰，進(jìn)而達(dá)到破冰效果。

需求迫切，特征鮮明

近年來，為了開辟日益重要的極地冰區(qū)航道，相關(guān)國家加強了對破冰船的立項、研制與列裝。在此過程中，破冰船的發(fā)展顯露出一些鮮明特點。

一是常規(guī)動力破冰船發(fā)展勢頭不減，核動力破冰船方興未艾。俄羅斯和美國都在打造中型常規(guī)動力破冰船。俄羅斯聯(lián)邦國防部的深海研究本部、俄羅斯聯(lián)邦安全局海岸警衛(wèi)隊、俄羅斯海軍都有常規(guī)動力破冰船在研或列裝，俄羅斯還在研發(fā)全長140多米、滿載排水量達(dá)22000多噸的22600型LK-25級柴電動力破冰船“維克托·切爾諾梅爾金”號。美國也在加緊制造重型極地破冰船——極地安全艦。核動力破冰船方面，俄羅斯已開始了第四代該類船的研發(fā)，美國也曾在前幾年論證了建造核動力破冰船的可能性。可以預(yù)見，在港口相對較少、燃料補給較為困難的極地地區(qū)，核動力破冰船很可能會憑借配置更多科考及作業(yè)裝備、可滿足更多任務(wù)需求的優(yōu)勢，得到進(jìn)一步發(fā)展。

二是傳統(tǒng)難題依舊存在，材料因素仍是制約破冰船發(fā)展的關(guān)鍵。與普通鋼材不同，破冰船選用的鋼材要具有更強的耐寒、耐腐蝕和抗變形能力，其生產(chǎn)工藝只有少數(shù)國家掌握，并且價格昂貴。即使如此，在制造大型破冰船方面，這些國家仍存在需要更大強度材料的難題，這在一定程度上影響了一些已立項的大型破冰船的研制進(jìn)程。新型特種材料的研發(fā)與應(yīng)用，仍然被認(rèn)為是解決這類問題的關(guān)鍵。

三是破冰船開始“攜槍帶炮”，武裝化趨勢明顯。俄羅斯最新設(shè)計建造的破冰船大多配備了武器系統(tǒng)，比如23550型伊萬·帕帕寧號破冰船不僅搭載有艦炮、反艦導(dǎo)彈，還可安裝專為北極作戰(zhàn)研制的“道爾”-M2DT防空導(dǎo)彈，預(yù)留有集裝箱式巡航導(dǎo)彈安裝陣位，甚至還計劃加裝功率為30至200kW的高能激光器。

美國則計劃在新建6艘破冰船時為其安裝機槍、艦炮和導(dǎo)彈等武器裝備；加拿大的哈利·德沃爾夫級極地巡邏艦首艦，安裝有25毫米的小口徑艦炮；挪威的斯瓦爾巴群島級武裝破冰船除安裝25毫米的小口徑艦炮外，還安裝有2挺12.7毫米口徑機槍。這標(biāo)志著未來的破冰船已不僅是用于破冰護(hù)航的專用船只，而且還是角逐極地新戰(zhàn)場的重要裝備。

四是模塊化、多功能化傾向日益明顯。當(dāng)前破冰船的建造廣泛采用模塊化技術(shù)。俄羅斯領(lǐng)袖級破冰船作為世界最新型核動力破冰船，采用了“開放船艉”的新理念，將破冰船視作海上平臺而并非傳統(tǒng)意義上的專業(yè)化作業(yè)船。其開放式船艉，可依據(jù)任務(wù)需要搭載不同作業(yè)模塊，其中包括反潛裝置、導(dǎo)彈、火炮及無線電或潛水設(shè)備等特種集裝箱模塊，能夠快速完成多種功能之間的轉(zhuǎn)換。

毋庸置疑，隨著新技術(shù)的逐漸成熟和特種材料技術(shù)的不斷發(fā)展，今后破冰船將繼續(xù)朝著大型化、模塊化的方向邁進(jìn)，其續(xù)航力、自持力，以及多元化執(zhí)行任務(wù)能力將進(jìn)一步得到突破和提升，以求成為各國將極地角力天平向自己一方傾斜的有力砝碼。