極地科考船
科學技術的進步與氣候環境變化使得人類探索極地的興趣和熱情與日俱增。在國家層面上,美國、俄羅斯、德國、英國和澳大利亞等主要極地考察國家,都對南極或北極提出了較為明確的極地戰略,并以國家立法的形式確定了相關的配套措施和行動計劃。各國紛紛設計和建造新一代極地科考破冰船,總體呈現破冰能力更強、船舶大型化、科考裝備更先進、造價更高的局面。
極地科考船的發展方向包括重型破冰：發展重型破冰船(1.5米以上),提高破冰能力；功能綜合化（實驗室采用模塊化設計、功能齊全探測設備、特種深潛器布放回收、冰下深水鉆探、直升機航道設備布設）；作業智能化（動力定位方便作業、海洋監測信息實時遠程傳輸、船舶智能綜合管理、水下潛器協同作業）；船舶舒適化（柴油機+電推降低振動噪音、抗寒保溫、科考+郵輪功能）。據統計,世界主要國家計劃建造或正在建造極地新型科考船。以新建船舶投資為指標,評估科考船在破冰性能、科考功能、設備性能的綜合水平,如圖7所示。加拿大海岸警衛隊計劃新建John G. Diefenbaker號極地科考船,破冰能力2.5m,投資最多。美國海岸警衛隊計劃新建3艘極地科考船,破冰能力為3米以上, 耗費巨資用于船舶研發。相比之下,我國新建極地科考船“雪龍2”號投資不占優勢,再考慮到船舶主機、通訊導航設備與科考設備依賴進口等因素,我國極地科考船舶研發還應繼續加大科研投入。
圖7：新建極地科考船的投資對比
極地運輸船
極地運輸重點關注北極東北航道，西北航道僅存在少量商業航行。從北極航道發展趨勢來看,多用途船、油船、LNG船、集裝箱船將成為未來極地海域內的四大主力運輸船型。極地多用途船方便、靈活、裝卸效率高, 適用于北極初期的貨運市場發展,德國、俄羅斯、中國等普遍采用極地多用途船試水北極航道。北極海上油氣開采對極地破冰型油船與LNG船的需求增加, 例如俄羅斯亞馬爾項目訂造15艘破冰型LNG船，夏季通過東北航道運輸LNG到東亞,其他季節運輸LNG到歐洲,從而實現北極資源的全年運輸。亞歐集裝箱航運貿易是世界集裝箱運輸貿易的重要組成部分,中國為起點的貨運量占比超過70%,未來中國在北極航道對集裝箱船存在較大需求。
如表1所示，目前極地多用途船的最高冰級為PC6，隸屬俄羅斯諾里爾斯克鎳公司(Norilsk Nickel MMC),其余船型普遍采用PC7冰級。按船東國統計,德國擁有的極地多用途船數量最多,其次是荷蘭與俄羅斯。目前極地油船最高冰級為PC4，僅有1艘,PC7冰級船舶數量最多,70%以上極地油船的船齡超過10年,未來有更新換代需求。按船東國統計,極地油船數量最多國家是希臘,其次是俄羅斯,北歐國家也有小批量極地油船運行在北海與波羅的海。極地LNG船是最近開發北極資源新研發的船型,冰級不低于PC7的極地LNG船總共有17艘,希臘船東擁有最大份額,約為53.44%,其次是加拿大與中國。我國極地多用途船與極地LNG船的數量較少, 極地油船仍是空白。
表1：各國擁有的極地運輸船(含在建船舶)
(來源: Clarkson 2017)
極地郵輪
極地郵輪是極地旅行的最主要方式,長期運營在地球最為偏遠的地區，頻繁穿越最惡劣的海域和厚冰層, 其安全性、舒適度、豪華度、環保等均有較高要求。俄羅斯投入北極旅游市場運營的破冰船只有4艘,據加拿大海洋警衛隊統計, 每年約有2000名乘客乘坐郵輪航行于西北航道。
郵輪設計與建造技術長期被歐洲國家封鎖。按建造完工總噸位排序,依次是德國、芬蘭、法國、挪威、意大利,見表2。極地探險郵輪設計仍是我國短板, 我國船廠剛剛起步開始建造郵輪船殼。我國在 2017 年獲得首艘極地探險郵輪訂單,美國Sun Stone Ship公司與招商局工業集團有限公司簽署4+6艘建造冰級探險船的框架協議，芬蘭企業負責內部設計,由挪威企業負責提供所有設備組合并監督船舶建造,挪威HVAC承包商提供全船空調通風及冷藏系統的設計、設備、控制以及系統調試。由于探險郵輪需求遠遠超過現有運力,現有船隊的老齡化制約了其擴張計劃,對于運營商而言訂造新船是其唯一選擇。我國有必要研發設計極地探險郵輪，彌補高端船舶制造的空白, 搶占高技術高附加值船舶國際市場。
表2：各國建造的極地郵輪（來源：Clarkson 2017）
5 極地船舶未來技術發展的若干思考
1．積極參與國際海事組織的各項規則制定，在規則制定上掌握主動權和話語權，最大化地實現其經濟利益；擺脫被動適應新規則的局面，同時也要加快推進我國極地船舶規范建設與研究。
2.攻克極地船舶上的技術難題，健全相應配套設備，爭取盡快實現極地船舶設計建造及關鍵配套設備自主化的目標。同時著力發展綠色極地船舶技術，掌握高端極地船舶技術核心內容，注重相應基礎技術的研究，提升市場競爭力。爭取早日在船體結構、船體材料、抗冰涂料、推進系統和輔助破冰系統領域，尤其在極地高冰級大功率吊艙推進器的研發方面，加快推進國內極地高冰級大功率吊艙推進器開發和產業化進程，全面完善極地船舶配套設備。
以極地科考船為牽引，帶動冰區船舶的設計建造。集中相關單位的優勢力量，成立極地破冰船專業團隊，以共性基礎技術研究為突破口，建立一盤棋的協同創新工作機制，不斷推進高冰級極地科考船、極地運輸船、極地郵輪、極地油船等重點船型發展。支持科研院所建立大型冰水池，突破冰水池試驗技術、冰載荷預報、航行性能預報技術與實船測試技術，解決極地新型船舶研發的瓶頸問題。進一步支持極地船舶自主設計、建造與配套技術的研發，提高極地船舶設計建造的國際影響力。支持側向破冰和激光破冰等新興技術的發展，提高破冰效率，引領極地破冰技術與船型發展。
3.大力培養極地船舶設計建造、操縱及管理等方面的人才，同時加強與各國之間的學術交流，為極地船舶實現自主研發提供堅實的后備力量。創新商業模式，不斷推進冰區船舶建造業務。通過創新商業模式，吸引社會資本參與極地科考船建造，如運用融資租賃模式，將極地科考船的所有權、管理權和使用權分開，所有權隸屬于出資建造單位，管理權交給專業人員，使用權交給國家科考主管部門，達到整合船舶資源、專業團隊管理、綜合共享使用的目標。同時，構建系列化科考船船隊，通過專業定位和分工，既能實現科考船之間功能互補、優勢倍增的目標，也滿足對船型建造的規模經濟要求。
對于我國而言，要積極實施極地戰略，首先要先發展適應本國需求的極地船舶。目前我國極地船舶總體處于聯合設計與引進階段，雖然我國在極地船舶的設計研發上取得了一定的成績，但距離世界先進水平仍存在一定的差距，高冰級船舶缺乏獨立研發能力，特別是極地船舶設計中一些核心關鍵基礎問題仍未解決，嚴重制約了我國極地船舶研發建造能力。為了推動冰上絲綢之路建設, 提高極地事務的國際話語權和影響力, 維護我國極地權益, 迫切需要大力發展我國極地船舶裝備, 集中力量、統籌規劃、集智攻關, 積極縮小與世界先進水平之間的差距。（船電技術）
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