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刚刚,“雪龙2”号下水,双向破冰为极地探索再添利器

来源:新民晚报     记者:郜阳     作者:郜阳 董纯蕾     编辑:任天宝     2018-09-10 15:50 | |

图说:“雪龙2”号模拟图 七〇八所供图(下同)

明年,南极大陆的阿德利企鹅一定会有些诧异,来访的中国客人和以往有些不一样。熟悉的“雪龙”号紧跟另一艘破冰船,在冰天雪地里结伴前行。没错,领头的就是“雪龙”号的“弟弟”“雪龙2”号,由中国船舶工业集团有限公司自主建造的我国第一艘极地科学考察破冰船,今天下午在江南造船集团上海长兴基地正式下水。

新船下水后还将进入系泊试验、设备安装调试和内部装修等,根据建造计划,“雪龙2”号将于2019年上半年交付使用,执行我国极地考察任务。据透露,“雪龙2”号启航的第一年,可能就要开始“环球远行”,北极南极两极跑。未来,具有双向破冰能力、满足最新国际公约的“雪龙2”号将成为中国探索极地,发现未知的又一国之重器。

小巧身躯更灵活

单枪匹马的“雪龙”号终于有“弟弟”了!2016年12月20日,在位于长兴岛的江南造船厂切割车间,我国自主建造的第一艘极地科学考察破冰船顺利完成了第一块钢材点火切割。去年10月10日,中国第八次北极科学考察新闻发布会上透露,这艘船被命名为“雪龙2”号。“雪龙2号”采用总段建造法,即按照电脑建模方式,将船体分为114个分段,然后再将分段总组成11个总段,11个总段按照从艉向艏、从下往上的顺序进行合龙。

今天下水的“雪龙2”号集众多“国内第一”或“国际首次”于一身,有着“十八般武艺”。它长122.5米,满载排水量达15000吨。不仅具有国际领先且首次应用的双向破冰能力,还配有集中实验室格局和月池系统,并装载22米长柱状采样器和水下机器人等先进考察装备,是能满足无限航区和南北两极海域航行和科学调查作业要求的“绿色船舶”。

图说:等待下水的“雪龙2”号

为什么“雪龙2”号的个头比“老大哥”——“雪龙”号小巧好多?为什么选择现在这个船型?关于今天下水的这艘极地新船,你也许和记者一样充满好奇。中国极地研究中心破冰船建造工程部副总指挥、曾多年担任“雪龙”号船长的王建忠告诉新民晚报记者,这些关于新船的答案,其实早在十余年前就陆续有了答案和雏形,我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船的前期调研和认证工作已有十年时间。

“弟弟”的个头为什么比“哥哥”小?王建忠介绍说,“雪龙2”号将以科考任务为主运输任务为辅,与以运输任务为主科考任务为辅的“雪龙”号,配合默契。个头小,赋予了“雪龙2”号更好的机动性,让它能够到达更多海域。比如,遇上合适的冰情,“雪龙2”号将更容易到达北极点。

至于船型设计,也是为南北极考察量身定制。既要能在冰区航行,具备全球航行能力,又要能抵抗西风带的剧烈颠簸,还要满足多学科科考要求。所以,“雪龙2”号采取封闭式前甲板,尾部则安排了大量科考作业区域。

 双向破冰本领强

往南极大陆航行,“雪龙2”号需航行至中山站外补给物资,最南航行海域在罗斯海。“雪龙2”号能以2节~3节的航速,在冰厚1.5米+0.2米雪的环境中连续破冰航行。“这是大量数据综合考量的结果,根据历年科考航行在这些海域遇到的冰情数据而确定的。”

为什么要双向破冰?王建忠解释说,世界上现有的破冰船都是单项破冰,或船艏或船艉,两种各有优缺点。船艉破冰,通常更有力,破冰厚度更有优势,但对船舶作业而言却往往带来灾难性的结果,无法留下平静的冰面供运输和科考作业。船头破冰虽然比较“温柔”,破冰厚度相对有限,却能留下平静的冰上作业面。所以“雪龙2”号决定“鱼与熊掌兼得”,船艏船艉分别装有2个螺旋桨,需要谁破冰谁就上。

“雪龙2”号采用了“国内外联合设计、国内建造”的原则。中国船舶工业集团公司第七〇八研究所研究员、“雪龙2”号总设计师吴刚表示,这种中外合作不是接力棒式的合作,也不是简单地购买国外图纸和设计,中外双方是相互伴随、深度融合的搭档。“中方针对该船的长航程特点以及中国科考队员的生活习惯、作业模式贡献了大量的技术经验。通过‘雪龙2’号的积累与实践,表明我国已完全具备自主开发设计科考破冰船的技术能力。”

“为选择国际合作伙伴,我们组建了中外专家组,对竞标单位打分。最终我们比较认可芬兰Aker北极设计公司对破冰功率和结构设计的理念。”吴刚表示,“该公司对极地冰情的认识很充足,但对科考的要求把握不足。他们把与科考相关的设计反包给我们七〇八所。”当时,为了“雪龙2”号抗风等级,双方还争执了好久。芬兰方面认为满足国际IS 2008完整稳性的要求就已经足够了,但中船七〇八所的设计团队坚持按我国的海洋调查船特殊抗风力12级阵风标准来衡准,“我们需要穿越西风带,这样吨位的科考破冰船必须确保科考队员和科研设备万无一失。”之后船体模耐波性试验也证明了在确保抗风稳性的前提下可较好的解决摇摆舒适度的问题。

图说:“雪龙2”号模拟工作图

智慧科考智慧护航

“雪龙2”号,还给大家带来了很多惊喜。其中最大的惊喜便是,“雪龙2”号将是国际上第一艘获得智能船舶符号的极地科考破冰船。“王建忠透露说,最初立项时没有此项要求,这是破冰船设计建造团队“自主加压”的结果,这对新破冰船的智慧科考、航行安全、航线优化、降低运营成本都是大有裨益的。

该船设计上以作业区海冰环境的适航性为首要条件,采用坚固的PC3船体结构和先进的动力系统设计,性能指标在当前国际上同类极地科考船中属于先进行列。“我们首次在船前部采用下沉式箱型龙骨的船底结构,实现了船底重要声学设备避免气泡和碎冰影响与航行经济性之间的协调,这些设备将为我们提供大量海底地形和鱼类分布的数据。”

据了解,国内外智慧船发展几乎同步,目前都大力推进1.0版、研究完善2.0版、在小型船上探讨3.0版的阶段。海洋科考船是所有船舶系列中科技含量最集中的船舶,是船舶技术创新的集中地和试验地。我国智能船研发目前处于1.0阶段,重点解决“辅助决策”,优先在“能效管理”“航路优化”与“设备健康管理”研究。这些功能以集成模块的形式装入船内,可自动感知船舶自身和海洋环境等各种数据信息,经过全面深入的采集、分析和挖掘,提供决策优化。顺应以上趋势和需求,中国船级社于2015年率先发布了《智能船舶规范》,但自发布至今,各类智能船舶的研究及示范工程主要集中于常规动力的散货船、集装箱船等运输船,在科学调查船领域相关智能船舶的研究并不多,而对于极地科学考察破冰船、尤其是采用电力推进的极地科考破冰船,相应的船舶智能化规范和研究尚属空白。

王建忠表示,“雪龙2”号针对科考破冰船的航行与科考作业要求,面向科考船的智能船舶规范要求,首先进行完整和全面的顶层设计架构,开展智能感知平台、大数据分析平台、智能服务体系的建设。“雪龙2”号在交船时,通过智能集成平台的综合应用,实现集智能航行、智能能效、智能机舱、智能船体为一体的综合平台,将设置有六七千个智能感应器(1.0版智能船只有300至1500个,2.0版一般也只有3000个左右)、主干亿兆网速的双回路冗余光纤局域网、100多个视频监控、双套通信速率达8M的第五代海事卫星通信系统,为各极地科考和研究业务化运行系统提供数据支持和平台服务支撑。同时,结合我国极地科考破冰船在南北两极的作业特点和管理需求,交船后逐步增设“智能综合调度”、“智能科学调查”两个智能船舶符号。

有了智能的顶层设计之后,冰区航行安全将更有把握。破冰船的航行将遭遇多少不可预知的风险,王建忠是对此最有体会、最有发言权的人之一。他驾驶“雪龙”号多少次到达南北极区,人们津津乐道的“雪龙”号在南极搭救俄罗斯“绍卡利斯基院士”号脱离坚冰围困的故事,当时的船长正是王建忠。有了智能系统之后,多少配载,什么速度,未来冰情影响,都有了更多参考和参谋。“同样重要的是,这些数据对于‘雪龙’系列后续的更多破冰船的研究分析提供了更多更详实的依据。”他说。

航行多年的“雪龙”号,本是一艘不具备科考功能的运输船。而“雪龙2”号则将智慧得多,天生就具备全面又灵活的科考能力。王建忠告诉记者,“雪龙”号改造后按学科设有十多个实验室,但既占地方,利用效率又不够高。为此,“雪龙2”号另辟蹊径,采用多功能、模块化、可组合、集中式的科考功能设计。综合实验室+众多科考子系统,可根据不同的科考任务组合配置。统一的科考数据平台,将第一时间对珍贵的现场数据分析、归类、处理、应用;并装载22米长柱状采样器和机械臂、水下机器人等先进考察装备;有了“下可通海底上可达海面”的舱内月池,原本在甲板上操作的科考取样设备,将不再遭遇浮冰风险,安全科考系数大大提高、真正实现“智慧科考”。

图说:“雪龙2”号模拟工作图

更多国际一流设计

“新船也考虑了长航程的人性化设计。以前搭乘‘雪龙’号,科考队员要和家人联系很不方便——楼梯信号稍好,经常能看见大家集体坐在楼梯口给家人发信息。”吴刚说,“‘雪龙2’号全船WiFi覆盖,能保证每名科考队员在房间里就能和家人联络。”

据吴刚介绍,“雪龙2号”装备了国际先进的海洋环境和地球物理调查设备,还配备了国际先进的极地海洋科学综合调查手段。“该船采用了先进的科考操控支撑系统,科考布置和设计理念与国际接轨:较高的减振降噪要求确保科考和宜居环境;‘绿色船舶’通行证确保船舶先进性和极地科考数据的真实;先进的通讯、导航、探冰以及定位能力大大提升冰区科考作业的安全性和效率。”

此外,“雪龙2”号除原配有的一架卡-32直升机外,还新增配备了一架莱奥纳多AW169型直升机,使我国极地考察航空保障又增添了新装备。AW169船载直升机是全球最先进的4-5吨级中型双发直升机,最大起飞重量可达4.8吨,外部挂载1.5吨,最大巡航速度每小时272公里,最大航程740公里,最大爬升率每秒9.5米。根据布局,可装载4-8名科考队员。

“雪龙2”号预计于明年上半年交付使用。届时,我国极地科考将结束多年来依靠“雪龙”号单兵作战的历史。据悉,今后“雪龙”号将主要承担物资运输补给任务,而“雪龙2”号则将主要承担科学调查和研究工作。“重型破冰船是未来我国极地战略下一步亟需发展的重器,我们已经开始规划重型破冰船的研制,期待‘雪龙’系列有更多的成员。”吴刚如是展望。

图说:“雪龙2”号模拟工作图

新民晚报见习记者 郜阳 记者 董纯蕾

背景链接①:“雪龙”召唤新战友

极地泛指地球南北两端纬度66.5度以上的区域,即南极和北极。那里不仅蕴藏着丰富的自然资源,更具有极为重要的战略地位,被视为关系国家利益的“战略新疆域”。我国自1984年开启首次南极考察活动,那年,中国南极考察队登上乔治王岛,第一次把五星红旗插上了南极洲。1993年,我国由乌克兰赫尔松船厂引进一艘维他斯·白令级破冰船,根据中国极地研究需求改造成“雪龙”号极地科考船,这也是我国迄今唯一能在极地破冰航行的科考船。自1994年10月首次执行南极科考和物资补给运输以来,“雪龙”号已先后四十余次执行极地科学考察与补给运输任务,航迹遍布五大洋,创下了中国乃至世界航海史上多项新纪录。

图说:“雪龙”号已先后四十余次执行极地科学考察与补给运输任务 新民晚报见习记者 郜阳摄

近年来,由于船舶生命周期、新极地规则实施以及经济、政治战略需求,各国正加快技术更新步伐,开始建造第二代极地科考破冰船,其主要特征是破冰能力更强、船体规模更大。“雪龙探极”也被列入国家“十三五”规划重大工程之一,加快建设中国极地科考装备,既是船舶工业面临的新机遇,也是一项艰巨的新挑战。

背景链接②:代代传承瞄准未来

在海洋科学考察船设计领域,中船第七〇八研究所有着深厚的底蕴。为了我国极地科考破冰船的研制,中船第七〇八所凝聚了几代人的梦想和努力。中国工程院院士、中船第七〇八所研究员张炳炎更是贡献了毕生心血,作为我国造船界首位登上南极的高级专家,设计建造出中国自己的极地科考船是他晚年最大的心愿。张院士在有生之年利用国际上先进科考船的设计理念和技术方法已培养出一批年轻的科考船设计师。当“雪龙2”号项目启动时,张炳炎院士已生患重病,但他依然时刻牵挂着项目的进展。2012年7月,张炳炎院士得知“雪龙2”号将采用世界首创的下沉式龙骨设计具体方案时,他尤为关心和重视,当吴刚把图纸带到病床前,极度虚弱的他强撑起身体仔细观看,已经说不出话的张炳炎院士,最终满意地点了点头。

图说:中船七〇八所编制的《国内破冰型考察船资料汇编》

近十年来,在老一辈船舶设计大师的带领和激励下,中船第七〇八所民船部“雪龙2”号设计团队在实践中不断成长。技术负责人吴刚跟随“雪龙”号极地科考船实地调研,掌握了大量的第一手资料。负责“雪龙2”号科考设备、舾装和结构设计的黄维和王燕舞,常年奔走于长兴岛造船基地与研究所之间,及时解决设计和建造中遇到的问题,他们以精湛的技术深得船东和船厂的信赖和赞许。负责轮机和电气系统设计的刘志兵和陆玮,面对该船所采用的中压AFE电网、大功率吊舱和防寒防冻等新技术,毫不畏怯,与国外设计公司、船级社以及设备商积极沟通,确保项目顺利进展。该项目国际招标时硕士研究生刚毕业的张东江,在总体设计联系人的岗位上已度过六个年头,在这个项目中他得到了快速成长,在该船的双尾鳍、下沉式龙骨等创新技术方案的计算与优化中作出了许多贡献。

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