3 全球極地船舶技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
任何一個國家，要想實(shí)施極地戰(zhàn)略，必須首先發(fā)展適應(yīng)自己的極地船舶裝備。以南北兩極的極地船舶為例，總體上可分三類，一是以北極為目的地的開發(fā)和運(yùn)輸，二是跨北極的過境航行，三是在南北兩極開展的科考調(diào)查和研究。這三類代表了不同國家不同階段對于極地船舶的主要需求。
1）資源開發(fā)與運(yùn)輸是極地船舶發(fā)展的主要動力。北極油氣儲量巨大，目前全球未開發(fā)油氣儲量的1/4均分布在北極地區(qū),北極還有豐富的煤炭資源，估計(jì)占世界煤炭資源總量的9％,除了這些不可再生資源外，北極地區(qū)還有豐富的漁業(yè)、水力、電力、森林等可再生自然資源。
油船方面，受極地資源開發(fā)及運(yùn)輸帶動，冰區(qū)油船的破冰等級和載重量有增大趨勢，目前船只數(shù)和總噸位最大的還屬1A冰級(PC7)的阿芙拉型油船，未來波羅的海油船噸位將可能從10萬載重噸提升到27萬載重噸。
天然氣運(yùn)輸船（LNG）相對于油船，因天然氣及其液體的能量密度很低，和石油相比，故其運(yùn)輸成本大大增加，但北極油氣資源相當(dāng)大的部分為天然氣和天然氣液體，因此冰LNG運(yùn)輸船會是造船界的新寵，但設(shè)計(jì)和建造風(fēng)險(xiǎn)極高。
此外，針對加拿大海上補(bǔ)給和礦石運(yùn)輸?shù)男枨螅瑸榈V區(qū)運(yùn)輸貴重礦石和補(bǔ)給的靈便型散貨船以及可用于鐵礦石出口的好望角型散貨船也在未來需求之列，除此之外，具備高等級冰區(qū)加強(qiáng)的多用途船、集裝箱船和模塊運(yùn)輸船的研究和設(shè)計(jì)也在加緊進(jìn)行。
2）節(jié)省油耗、降低排放的北極航線催生冰區(qū)加強(qiáng)型船舶。北極航線包括“東北航線”、“西北航線”和“中央航道”。中央航道冰情惡劣，目前還未有商船通過的記錄。東北航線NSR(又稱北海航線Northern Sea Route)，從巴倫支海的摩爾曼斯克沿著西伯利亞海岸到達(dá)白令海峽和遠(yuǎn)東的北極水域，它是連接大西洋和太平洋間的海上捷徑，也是聯(lián)系歐亞兩地海上的最短航線，該航線目前商業(yè)運(yùn)作較成熟；另一條西北航線，以白令海峽為起點(diǎn)，向東沿美國阿拉斯加北部離岸海域，穿過加拿大北極群島，直到戴維斯海峽，目前該航線己開始嘗試商業(yè)運(yùn)輸。目前東北和西北兩條航線更接近地球表面上兩點(diǎn)的最短連線，是連接太平洋北部與大西洋北部最短的航線。與繞道蘇伊士運(yùn)河相比，從東北亞地區(qū)駛往歐洲的貨船取道東北航線大約可節(jié)省20％的燃料費(fèi)用，同時可避免海盜風(fēng)險(xiǎn)，無須繳納運(yùn)河通行費(fèi)，縮短近10天的運(yùn)輸時間。可以預(yù)計(jì)，北極航線一旦全面貫通，全球海上運(yùn)輸格局將面臨重大變革，從而導(dǎo)致國際分工和產(chǎn)業(yè)布局發(fā)生連鎖反應(yīng)。
北極航行的商業(yè)運(yùn)作取決于利潤和風(fēng)險(xiǎn)的評估，破冰船引航費(fèi)用、破冰功率增加導(dǎo)致油耗的增加、動力裝置加強(qiáng)導(dǎo)致的投資增加、破冰結(jié)構(gòu)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)重量增加載重量減少以及防凍設(shè)計(jì)導(dǎo)致建造成本增加和極地運(yùn)輸貨物保險(xiǎn)增加等等將是制約船東目前決策的主要因素。對于我國而言，目前來自俄羅斯的石油、天然氣能源輸入較多的采用管線運(yùn)輸，北極航線船舶運(yùn)輸?shù)呢浧分饕€是礦石、零散的大件貨和包裝貨。
3）極區(qū)環(huán)境和資源調(diào)查的迫切需求加快各國更新極地科考破冰船。近年來，各國開始建造或計(jì)劃建造第二代極地科考破冰船，這些國家包括俄羅斯、德國、挪威、澳大利亞、美國、韓國和南非等。總體上說，新一代極地科考破冰船的特征為破冰能力更強(qiáng)大以及船體規(guī)模大型化。以歐盟最新投資的“北極光”號科考船為例，該船投資巨大，建成后將達(dá)到2.5米的破冰能力。2019年7月11日，中國歷經(jīng)十年自主建造的第一艘極地科考破冰船“雪龍2”號在上海正式交付，它是全球第一艘符合國際極地最新規(guī)則的極地科考船，也是世界上第一艘采用船艏和船艉雙向破冰技術(shù)的極地科考破冰船。
4 極地船舶主要裝備
極地船舶最開始是作為航海探險(xiǎn)之用，經(jīng)過數(shù)百年的演變，如今極地船舶已經(jīng)發(fā)展成為涵蓋極區(qū)油船、極區(qū)LNG船、極區(qū)散貨船、極區(qū)集裝箱船、極區(qū)海洋工程船及極區(qū)破冰船等多功能全方位支撐極地探險(xiǎn)、航運(yùn)和科考的裝備體系。其中，極區(qū)散貨船主要以靈便型散貨船和好望角型散貨船為主；冰區(qū)油船主要以原油船、成品油船為主；極地破冰船主要以常規(guī)破冰船、多用途破冰船、科考船等為主。
圖3：極地船舶類型
為抵御極地環(huán)境風(fēng)險(xiǎn), 極地船舶及設(shè)備應(yīng)具有足夠的極地水域操作能力,包括：船體結(jié)構(gòu)和推進(jìn)系統(tǒng)滿足適當(dāng)?shù)谋壱蟆⑼七M(jìn)功率和機(jī)械設(shè)備在有冰水域移動能力、船舶設(shè)備具有經(jīng)受低氣溫和結(jié)冰狀態(tài)能力、船舶通導(dǎo)設(shè)備適合預(yù)定高緯度區(qū)域航行、船舶應(yīng)急設(shè)備和系統(tǒng)具有在偏遠(yuǎn)區(qū)域應(yīng)急響應(yīng)能力。極地船舶按 國際船級社協(xié)會（IACS）冰級要求包括 PC1～PC7，如圖4所示。隨著極地活動增加,極地船舶類型幾乎涵蓋所有主流船型。
圖4：極地船舶冰級（來源：CCS polar ship guidance）
極地破冰船
根據(jù)船舶功能,破冰船包括專業(yè)破冰船,還包括具有重型破冰能力的科考船、三用工作船、平臺供應(yīng)船、拖船和救助船等。其中，三用工作船適用于海洋平臺的物資供應(yīng)、拋起錨、平臺托運(yùn)等多種作業(yè),受到環(huán)北極國家大力歡迎,其船舶數(shù)量最多。隨著北極以及亞北極的海上油氣開采增多，俄羅斯、美國、瑞典等紛紛建造更大功率的重型破冰三用工作船，2016年俄羅斯建造了3條重型破冰三用工作船,其連續(xù)破冰能力超過3米,用于巴倫支海油氣工程作業(yè)。
根據(jù)美國海岸警衛(wèi)隊(duì)（USCG）2017年統(tǒng)計(jì),環(huán)北極國家中除冰島、丹麥外, 俄羅斯、加拿大、美國、芬蘭、瑞典、挪威都擁有強(qiáng)大的破冰船隊(duì)。對于主機(jī)功率大于1萬馬力的破冰船，各國破冰船(不含極地科考船)數(shù)量對比如圖5所示。全球現(xiàn)有83艘,在建13艘,計(jì)劃建造21艘,總共117艘。俄羅斯、芬蘭、瑞典、加拿大、中國和丹麥屬于第一陣列, 擁有的破冰船分別達(dá)到44 艘、10 艘、7 艘、6艘和 4艘。俄羅斯數(shù)量最多,也是世界上唯一擁有核動力破冰船的國家,核動力破冰船現(xiàn)有7艘，正在建造3艘，目前2艘正在研發(fā)中。
我國目前擁有4艘破冰船,分別為“海冰722”、“海冰723”、“雪龍1”號和“雪龍2”號，其中雪龍?zhí)枌儆跇O地專用破冰船。2019年7月11日，中國歷經(jīng)十年自主建造的第一艘極地科考破冰船“雪龍2”號在上海正式交付，它是全球第一艘符合國際極地最新規(guī)則的極地科考船，破冰能力強(qiáng)，達(dá)到PC3級，配備2臺7.5兆瓦吊艙推進(jìn)器和DP-2動力定位系統(tǒng)，能以2～3節(jié)的航速連續(xù)破1.5米厚冰層加0.2米厚積雪的能力，滿足無限航區(qū)包括極區(qū)航行和作業(yè)的需求。2020年7月15日，由自然資源部組織的中國第11次北極科學(xué)考察隊(duì)搭乘“雪龍2”船從上海出發(fā)，執(zhí)行科學(xué)考察任務(wù)。這是“雪龍2”船繼順利完成南極首航后，首次承擔(dān)北極科學(xué)考察任務(wù)。
圖5：破冰船數(shù)量對比(來源: USCG)
按船齡統(tǒng)計(jì)，各國共有56%破冰船的船齡在20年以上，如圖6所示。破冰船已進(jìn)入更新?lián)Q代期，未來船舶工業(yè)研發(fā)建造破冰船將大有可為。隨著南北極活動的增加,各國正在改造船舶,提高船舶破冰性能與安全性，俄羅斯、加拿大、美國、德國等也正在加緊設(shè)計(jì)建造更大功率的破冰船。
圖6：破冰船船齡分布
俄羅斯作為世界上擁有最多破冰船的國家，其破冰船發(fā)展特點(diǎn)很大程度上代表著全球發(fā)展趨勢。縱觀近年來俄羅斯破冰船的發(fā)展，呈現(xiàn)以下三個特點(diǎn)：核動力技術(shù)優(yōu)勢顯著，已成未來發(fā)展的必然趨勢。由于破冰航行對推進(jìn)能力要求較高，核動力推進(jìn)系統(tǒng)因其強(qiáng)勁的推進(jìn)功率而具有巨大優(yōu)勢。極地港口相對較少，燃料補(bǔ)給較為困難，核動力破冰船不必頻繁對燃料進(jìn)行補(bǔ)給，且節(jié)約了燃料所需的空間，便于配置更多的科考及作業(yè)裝備。經(jīng)濟(jì)性方面，美國海軍研究表明，核動力破冰船全壽期費(fèi)用與常規(guī)動力破冰船基本相當(dāng)，因此在其極地戰(zhàn)略規(guī)劃中也提及了核動力破冰船的相關(guān)計(jì)劃。由此可見，核動力技術(shù)在破冰船領(lǐng)域的應(yīng)用已成為其未來發(fā)展的必然趨勢。
迄今為止，俄羅斯在核動力破冰船技術(shù)上遙遙領(lǐng)先，且是世界上唯一擁有核動力破冰船的國家，發(fā)展有四代五型核動力破冰船。其中包括第1代核動力破冰船“列寧”號，第2代核動力破冰船“北極”級和“泰米爾”級，第3代也是目前建成最新一代的核動力破冰船“LK-60”級，以及已經(jīng)開始研發(fā)工作的第4代核動力破冰船“領(lǐng)袖”級。
2020年7月6日，世界上功率最大的核動力破冰船“俄羅斯”號10510型領(lǐng)袖級破冰船在俄羅斯濱海邊疆區(qū)船廠舉行了該船的第一次鋼板切割儀式，俄羅斯原子能集團(tuán)（Rosatom）旗下核動力破冰船公司（Atomflot）于2020年4月與遠(yuǎn)東紅星造船廠簽署了該型破冰船的建造合同，該船將于2027年交付使用。領(lǐng)袖級核動力破冰船將配備由國家原子能集團(tuán)公司專家研發(fā)的兩座RITM-400型核反應(yīng)堆，其總功率將高達(dá)120兆瓦，這將使該船可以對抗厚度超過4米的冰層。該型核動力破冰船的投入使用將使國家核動力破冰船隊(duì)公司能夠保證在北極東部海域的安全和正常運(yùn)營，并能在北海航線水域提供全年航行服務(wù)，為高緯度商業(yè)航線開辟新的機(jī)會。
破冰船開始配備武器，功能走向軍用化。俄羅斯最新建造或設(shè)計(jì)的破冰船均配備了先進(jìn)的武器系統(tǒng)，如23550型“伊萬·帕帕寧”號破冰船搭載了1門AK-176MA型單管76毫米艦炮，8枚NK反艦導(dǎo)彈，可安裝專為北極作戰(zhàn)研制的“道爾-M2DT”防空導(dǎo)彈，且預(yù)留了集裝箱式巡航導(dǎo)彈的安裝陣位，甚至還計(jì)劃加裝功率為30～200千瓦的高能激光器，從而反制空中優(yōu)勢和導(dǎo)彈攻擊。美國則計(jì)劃在新建6艘破冰船上安裝機(jī)槍、艦炮和導(dǎo)彈等武器裝備。這標(biāo)志著未來破冰船已不僅僅是用于破冰護(hù)航的民用船只，而且還是未來極地作戰(zhàn)、資源爭奪、戰(zhàn)略部署的重要裝備。
破冰船建造中開始廣泛使用模塊化技術(shù)。俄羅斯“領(lǐng)袖”級破冰船作為世界最新型破冰船，對研究其技術(shù)發(fā)展極具代表性，其采納了“開放船尾”的新理念，將破冰船視作海上平臺而并非傳統(tǒng)意義上專業(yè)化作業(yè)船。“領(lǐng)袖”級船尾是自由艙，可依據(jù)任務(wù)需要搭載不同的作業(yè)模塊，其中包括反潛裝置、導(dǎo)彈、火炮、以及無線電或潛水設(shè)備等特種集裝箱模塊，快速完成多種功能之間的轉(zhuǎn)換。
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