世界先進(jìn)科考船技術(shù)動向

沈蘇雯

隨著地球資源日益匱乏，各國對資源的爭奪愈演愈烈。面對所剩無幾的陸地資源，人們開始把目光投向海洋和兩極地區(qū)。工欲善其事，必先利其器，想要在這場資源爭奪戰(zhàn)中棋快一招，擁有一艘好的科考船必不可少。

據(jù)勞氏數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計，截至2011年5月23日，全球運(yùn)營中的科考船（含調(diào)查船）共有899艘，閑置41艘，在建35艘，計劃建造11艘，改裝和修理7艘，總量為993艘，其中9艘為破冰科考船。

從保有國來看，目前全球共有43個國家擁有科考船，其中美國以173艘，占全球總量17%的數(shù)量位居第一。其次為俄羅斯（含前蘇聯(lián)建造的在內(nèi)共計96艘）。然后，排名依次為挪威、德國、中國、日本、波蘭、芬蘭、英國和荷蘭。從2011年至2012年新造船保有量來看，位居第一為西班牙，印度緊隨其后，中國排名第三。

美國“Sikuliaq”號（ARRV）

為了推進(jìn)北極研究，美國阿拉斯加費(fèi)爾班克斯大學(xué)與Marinette Marine公司簽署了一項關(guān)于建造一艘在阿拉斯加地區(qū)運(yùn)作的科學(xué)考察船項目，用來替換已有40年船齡的“Alpha Helix”號。該船名為“Sikuliaq”號，由Glosten Associates海洋建筑工程公司設(shè)計，2011年1月14日在Marinette Marine公司位于威斯康星州的船廠開工建造，計劃于2012年6月下水，2014年投入使用，整個項目預(yù)計花費(fèi)1.23億美元，該船建成后將成為世界最先進(jìn)的大學(xué)研究船之一。

“Sikuliaq”號總長79.5米，寬15.84米，深8.53米，吃水7.77米，排水量3724t，可提供26名科研人員的膳宿。船上首尾均配有起重機(jī)，采用DPS1動力定位系統(tǒng)，并安裝了冰級加強(qiáng)多波束聲納系統(tǒng)和聲學(xué)多普勒流速剖面儀（75kHz和150kHz），具有較長的取芯能力。該船噪音小，便于開展魚類研究，且十分堅固，適合航行于充滿浮冰的北極海域。雖然不屬于破冰船，但是設(shè)計上能使其以2節(jié)的速度在2.5英尺厚的冰區(qū)航行。船上配備有1萬米長纜線的現(xiàn)代化絞車，包括深海牽引絞車、溫鹽深測量絞車、水文絞車。研究人員可以從海底直接采集樣本，遠(yuǎn)程操控一套軟管式絞車，來升降科研設(shè)備，操縱研究儀器以探查水柱和海底，還可以向全球各地的教室實時傳送信息。

歐盟“北極光”號（Aurora Borealis）

歐洲的極地研究者迫切需要配備一艘具有更先進(jìn)裝備的破冰船，為此2006年成立了世界最大的歐洲北極科考旗艦項目，建造先進(jìn)的極地科考船“北極光”號。該項目造價6.5億歐元，屬于歐盟的合作研究項目，由歐洲研究破冰船聯(lián)盟負(fù)責(zé)，該機(jī)構(gòu)由全球10個國家的15家機(jī)構(gòu)組成。該船的設(shè)計由德國瓦錫蘭船舶設(shè)計公司帶頭進(jìn)行，另有阿科爾北極技術(shù)公司參與設(shè)計研究。

“北極光”號全長199.8米，寬49米，最大吃水13米，排水量65000t，計劃2012年完成研發(fā)，2014年建成。該船采用柴電聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)，8臺柴油發(fā)電機(jī)組驅(qū)動3個定距螺旋槳和6個可伸縮側(cè)推器，最大輸出功率94000kW，常規(guī)航速12節(jié)，最高航速15.5節(jié)，并可以2～3節(jié)航速航行于2.5米厚的冰區(qū)海域。全船擁有80個單人艙，20個雙人艙，可提供120名研究人員和船員膳宿，在-30℃～45℃的環(huán)境下最高自持力為90天。

“北極光”號作為流動科研平臺，配備有深海鉆探設(shè)備和多個實驗室，還可以從船上發(fā)射并遙控深海機(jī)器人作海底勘測。另外為了配合鉆探任務(wù)，該船還特地安裝了適用于冰區(qū)海域的動力定位系統(tǒng)，因此在浮冰區(qū)執(zhí)行任務(wù)時可不再需要其他破冰船的支援。該船擁有2個7×7米的通海井，一個分布在船首，主要從事科學(xué)工作，另一個布置在船尾，主要用于鉆探業(yè)務(wù)，當(dāng)工作水深在100米～5000米時，船上的鉆探設(shè)備最大鉆探深度1000米。是世界上第一艘常年在北冰洋巡游并具有冰下鉆探能力的國際海洋科考船。

日本“地球”號（Chikyu）

“地球”號大型海洋鉆探船隸屬于日本海事協(xié)會，由三菱重工建造，是目前世界最大的海洋科考船，該船于2001年4月開工建造，2005年建成投入使用，總造價3.5億英鎊。該船全長210米，型寬38米，深16.2米，以船底計算船高130米。滿載吃水9.2米，排水量56752t，主機(jī)使用6臺柴油發(fā)電機(jī)，總功率35000kW，最高航速12節(jié)，在滿載狀態(tài)下航速10節(jié)可續(xù)航約14800海里，相當(dāng)于繞地球半圈以上，全船最大定員200人。船首使用1臺2550kW的側(cè)推器，3臺4100kW的方位側(cè)推器，艉部亦安裝有3臺同型方位推進(jìn)器。采用日本船級社的DPS-B動力定位方式，在最大風(fēng)速23m/s、浪高4.5米、海波流速3～4節(jié)的環(huán)境下可保持?jǐn)?shù)月至1年以上在同一個地點進(jìn)行鉆探作業(yè)。同時該船還設(shè)直升機(jī)甲板，可供30人乘坐的大型直升機(jī)起降。船身雷達(dá)可進(jìn)行360°全方位觀測，而一般的雷達(dá)僅有180°。

“地球”號安裝有一座巨大的鉆井架，高出海平面121米，為全球最高。為使鉆頭免受海流等侵害，該船采用海洋石油鉆探技術(shù)常用的立管鉆探方式，該方式是首次在科學(xué)研究領(lǐng)域采用。它的鉆探系統(tǒng)控制鉆管先行深入海中，并與防止海底水和泥漿噴射的防噴裝置連接，鉆頭便可順著鉆管直達(dá)海底地層。“地球”號最大工作水深為2500米，最大鉆探深度可達(dá)7000米，直達(dá)地幔層，可研究大地震發(fā)生的原理、了解地球各個斷層的機(jī)理、生物狀態(tài)和可利用礦物質(zhì)成分等，還可探尋新的海底資源。未來將開發(fā)傳導(dǎo)系統(tǒng)，即可以在地震震源的鉆井中放入偵測器，在地震發(fā)生的同時將取得的數(shù)據(jù)實時上傳至陸地。另外還可深度鉆探海底，進(jìn)行原始地下生命的研究，探索地球生命起源。

由于受到日本東北地區(qū)太平洋大地震所引起的海嘯影響，船體的一部分及推進(jìn)裝置遭到損壞，目前正在三菱重工橫濱造船所進(jìn)行檢查和維修。

日本新“白瀨”號（Shirase）

日本的南極科學(xué)考察船共有3代，目前服役的第三代“白瀨”級的第二艘船，前兩級分別為“宗谷”級和“富士”級。日本從1956年開始進(jìn)行南極考察活動，在1982年啟用第三代南極科考船舊“白瀨”號進(jìn)行南極地區(qū)的物資運(yùn)送和考察活動，經(jīng)20年以上的使用，舊船已老化無法繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)，于是日本政府于2007年批準(zhǔn)由萬國造船廠開始建造新“白瀨”號，該船于2009年5月20日正式服役，并于同年11月執(zhí)行了第一次任務(wù)。

新“白瀨”號與舊船相比，船首角略小，舭弧度設(shè)計較小，可使碎冰塊卷壓入船底，且其主要服務(wù)的日本南極考察站“昭和基地”附近的海域冰況極其嚴(yán)苛，冰面上的積雪會吸收掉船舶破冰時的前進(jìn)能量，造成破冰效率低下，所以在船首設(shè)計安裝有融雪裝置。推進(jìn)系統(tǒng)與舊船相同，采用柴電聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)，功率22050kW，雙軸雙舵，可以進(jìn)行日本-南極無靠港獨自往復(fù)航行，在無冰海域巡航時運(yùn)行2臺燃料消耗率和性價比較高的中速柴油機(jī)，在冰海海域航行時運(yùn)行4臺。另外該船搭載有3架直升機(jī)，其中1架為CH-101大型機(jī)，2架AS355小型機(jī)，船體后部設(shè)有直升機(jī)起降甲板。

在新“白瀨”號上，除常規(guī)海洋觀測器材外，還裝備有聲學(xué)多普勒流速剖面儀（ADCP）和第二型多波束聲納測深裝置。ADCP可以測量從4層到128層最大深度1200米的流向流速。第二型多波束聲納測深裝置發(fā)信頻率為20 kHz（測深）和3.5kHz（地層探查），最大測深寬度120度，最大可測深度1200米。

英國“詹姆士·庫克”號（James Cook）

英國在擁有了4000噸級“發(fā)現(xiàn)”號和3000噸級“Charles Darwin”號2艘科學(xué)考察船之后，又新建了1艘5000噸級“詹姆士·庫克”號。該船由挪威Skipsteknisk AS設(shè)計，挪威Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk A/S建造，于2007年3月投入使用。與“發(fā)現(xiàn)”號、“Charles Darwin”號同樣隸屬于英國自然環(huán)境研究評議會（NERC），由南安普頓海洋研究所使用，從事各類海洋研究調(diào)查，可在大西洋海面4800米以下進(jìn)行巖心鉆探和取樣工作。該船設(shè)計既可在熱帶海域亦可在冰區(qū)海域航行，最多可載32名科研人員，385噸科研器材?？刂浦行难b有多波束聲納系統(tǒng)、超聲波多普勒流速剖面儀（ADCPs）等，船上攜帶有水質(zhì)采樣器和海底土壤樣本收集器。船內(nèi)設(shè)有8間集裝箱型模塊化實驗室，分別從事不同領(lǐng)域研究，可根據(jù)不同研究任務(wù)在后甲板下追加搭載。水下探查器材有遙控深海潛艇“HyBIS”和“sis”，機(jī)器人潛艇“Autosub6000”，可用設(shè)置于船尾的起重機(jī)進(jìn)行吊放。

2010年，該船對位于加勒比海域史上最深的5000米開曼海溝海底火山谷噴口進(jìn)行了調(diào)查。

俄羅斯“特列什尼科夫院士”號

2011年3月29日，俄羅斯新造現(xiàn)代化科學(xué)考察船“特列什尼科夫院士”號在圣彼得堡下水，該船是俄羅斯自前蘇聯(lián)解體以來第一艘自主建造并下水的科考船，而前蘇聯(lián)時期建成的科考船平均船齡已超過30年。

“特列什尼科夫院士”號由圣彼得堡的波羅的海船舶設(shè)計局設(shè)計，圣彼得堡海軍造船廠建造，總耗資超過2億美元，由俄羅斯兩極科研所使用。該船長133.6米，寬23米，排水量16800噸，可在-40℃下航行，建成后將主要用作俄羅斯在南極的科考任務(wù)，為俄南極站點、野外基地提供物資技術(shù)保障，包括運(yùn)送燃料、食品、科研設(shè)備，越冬換季極地人員更換。該船功能齊全，集貨船、油輪、艦載直升機(jī)、載客和研究等功能于一體。該船設(shè)計了8個現(xiàn)代實驗室模塊，可針對不同的任務(wù)進(jìn)行替換，比如執(zhí)行地質(zhì)物理研究任務(wù)時可采用地質(zhì)實驗室，執(zhí)行生物學(xué)方面的任務(wù)時可替換為生物實驗室。另外船上裝備了更多的現(xiàn)代化科考測量設(shè)備，可以保障從事海洋學(xué)、地球物理學(xué)、氣象學(xué)、海冰等大范圍的研究工作。

“特列什尼科夫院士”號預(yù)計2012年建成投入使用，將與服務(wù)超過30年的“費(fèi)德洛夫院士”號科學(xué)考察船共同為俄羅斯的極地事業(yè)增添力量，并且到2020年，俄羅斯將再增加5艘多功能科學(xué)考察船用于兩極地區(qū)工作，進(jìn)行運(yùn)送物品、海洋研究和生態(tài)監(jiān)察等任務(wù)。