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极地破冰:冰与船的较量
时间: 2024-05-29 | 发布人:产品中心

  2013年12月24日,载有74人的俄罗斯客船“绍卡利斯基院士”号被暴风雪困在距离澳大利亚最南端塔斯马尼亚岛以南约2700公里处,距南极洲海岸180公里,并被持续东风及东南风形成的密集浮冰重重包围。

  12月25日,接到澳大利亚海上搜救中心的电话,中国“雪龙”号科考船第一时间赶往俄罗斯客船遇险地点。几乎同一时间,法国破冰船“星盘”号、澳大利亚破冰船“南极光”号均赶往事发地点救援。26日,暴风雪再次袭击俄船只遇险海域。

  12月29日,冰层太厚加上恶劣的天气,“雪龙”号的救援止步目标6海里外。法国及澳大利亚的救援破冰船也相继受阻。

  2014年1月2日,抓住天气缓和的时机,俄客船上52名乘客分批搭乘中国“雪龙”号派出的“雪鹰12”直升机,安全撤离到澳大利亚“南极光”号补给船。其余22名船员坚守,等待脱险。

  同日,完成救援的“雪龙”号在撤离途中,遭浮冰围困,撤离受阻。部分浮冰厚度达到3~4米,超出“雪龙”号破冰能力。

  破冰船受困,让普通人了解到一个事实,破冰船并非所向披靡,行动能力会受自身动力及环境的限制。

  12月底至1月初,冰封的南极正在迎接缓缓到来的夏季,天气最暖和的时候,气温已经能达到零摄氏度。但是,即使在这样的天气中,暴风雪依然会随时降临。

  中国南极测绘研究中心名誉主任鄂栋臣,多次远征南极、北极参与科考。他告诉《中国科学报》记者:“虽然南极已确定进入暖季,但是天气依然是多变的。暴风雪会导致冰层增厚,而且非常坚硬。行驶的船只遇到这一种的天气,很容易被困。”

  但是,此次俄客船被困,先后三艘来自中国、法国、澳大利亚的破冰船都没能成功开拓出航道,接近被困船只。

  鄂栋臣向《中国科学报》记者解释,“雪龙”号是中国于1993年从乌克兰进口后,经过改装的、目前中国最大的、也是唯一一艘能在极地破冰前行的船只。

  “雪龙”号能以1.5节航速连续冲破1.2米厚的冰层,包含0.2米的积雪。面对三四米厚的冰层,“雪龙”号也无能为力。

  “从法国、澳大利亚的破冰船接近遇险船的距离来看,两国的破冰船破冰能力与雪龙号应该差不多。”鄂栋臣说,“虽然南极到1月中旬后直到2月就是气温最高的时候了,但是,冰层的变薄还会比气温升高略迟缓些。”

  鄂栋臣还记得,在1988年随科考队赴南极建立中山站时,也是12月底受阻在浮冰区,次年1月初还遇到了特大冰崩。乘坐“极地”号抗冰考察船的科考队,只能等到气温继续升高,海水涨潮时,将冰层顶裂,再到1月中下旬从裂开的冰层之中突围。“从现在的天气情况去看,1月中旬海况会变好,受困船很快就可以脱困。”

  在建设“中山”站期间,科考队最担心的就是被海冰围困。鄂栋臣表示,一些负责运输货物的小艇,经常发生被冰冻在海冰中的情况,都只能等待天气转变,自行脱困。

  中山站位于南纬69度,常年也不会有太大范围的浮冰区。通常在考察期间,都是由小艇在宽阔的海域进行科考,而“雪龙”号的主要任务是在科考期间运送物资。“中山站周围有十几二十公里的海冰就是破冰船没办法进入的。”鄂栋臣表示,“通常破冰船就会停靠在这个范围外,将物资卸到海冰上,再由运货的雪上车运送。”

  除了利用自己的破冰能力为科考站运送货物,“雪龙”号还会在一些开阔的海域进行考察任务。

  破冰船是一种专门用于在结冰的水面上开辟航道的特种船舶。破冰船的主要特征是船体宽(纵向短,横向宽)、船壳厚、马力大,且船体各区域设有不同的压水舱,动力多采用对称的多轴,多螺旋桨配置。破冰船船头外壳用至少5厘米厚的钢板制作而成,里面用密集型的钢构件支撑,船身吃水线部位用抗撞击的合金钢加固。

  军事评论员宋忠平向《中国科学报》记者介绍,破冰船的破冰方式有两种,最主要的是靠重力来破冰。破冰船的吨位一般在2万吨以上,几千吨的专用破冰船非常少见。

  破冰船的船艏和船尾各有一个或数个压水舱,破冰的时候,先把前柜排空,后柜灌满海水,前面会翘起,开大马力冲上冰面,然后排空后柜灌满前柜,靠重量压碎冰面,左右太窄就轮番灌排左右水柜,让舰身摇晃,把冰面碰碎。然后破冰船倒退一段距离,再开足马力冲上前面的冰层,把船下的冰层压碎。如此反复,便能开出新的航道。

  不仅如此,破薄冰的船在船尾和靠近船头的侧位,分别各装两只螺旋桨,船头螺旋桨从冰下将水抽出,削弱冰层的支托并使其成为片状裂开。船在后两只螺旋桨的推动下前进。破厚冰的破冰船,为使船可以冲到冰层上面,多在船尾两侧对称地装两只螺旋桨。这也可以被看作是另一种破冰方式。不过,宋忠平认为这两种方式是相辅相成、不可分割的。

  据悉,当冰层不超过1.5米时,多采用“连续式”破冰法。主要靠螺旋桨的力量和船头把冰层劈开撞碎;如果冰层较厚,则采用“冲撞式”破冰法。

  理论上来讲,破冰船的重力越大破冰能力就越强,当然,这也与破冰船的动力来源息息相关。

  1957年,前苏联制造出第一艘核动力破冰船“列宁”号。它的动力心脏是热核反应堆,高压蒸汽推动汽轮机,带动螺旋桨推动航船。如果核动力破冰船带上10千克铀,就等于带上25000吨标准煤,可以在远离港口的冰封海域里常年作业。

  宋忠平表示,核动力破冰船功率强大,可持续工作上的能力强,这是常规动力破冰船所不能够比拟的。

  目前世界上拥有专业级破冰船的国家包括俄罗斯、芬兰、加拿大、美国、日本等,但俄罗斯是世界上少数几个拥有独一无二核动力破冰船舰队的国家之一,其破冰船的破冰能力遥遥领先于其他国家。

  宋忠平告诉《中国科学报》记者,是因为,冷战时期,功率强大的核动力破冰船对俄罗斯具有一系列重要的作用:能够在北极地带十分恶劣的条件下护送船队,缩短护送船队的时间,而且几乎能全年沿整个极北地区实施导航。如今,俄罗斯北方舰队通航依然需要破冰船的引导。此外,破冰船可以为战略导弹核潜艇开辟道路。不过,事实上,包括前苏联最早的“台风”级战略导弹核潜艇在内的诸多大吨位的核潜艇,还有部分巡洋舰,其本身都具备一定的破冰能力。

  不过,即便是目前世界上最大的破冰船俄罗斯“北极”级核动力破冰船,实际破冰厚度也不超过3米。此次俄罗斯“绍卡利斯基院士”号被困,密集浮冰区部分浮冰厚达3米至4米。而在两极地区,冰层厚度可以积累到5米甚至达到数10米。因此,目前世界上的破冰船还无法在两极地区真正行驶得游刃有余。

  因此,宋忠平提出,也许人类该开拓新的破冰方式。现有的破冰船的吨位不可能无限增长,航行速度也不过十几海里,而传统的破冰方式除了对船体结构、强度、材料有苛刻的要求,对船体本身也是一种伤害。因此,建造、维护成本高,而效率却不高。

  鄂栋臣向记者透露,中国正在制造自己完全国产的破冰船,动力和破冰能力都会比目前的“雪龙”号提升很多,预计在一两年内就会下水。

  “中国目前尚没有专业级的破冰船,但是做适当的技术储备是有必要的。”宋忠平表示。不过,他也同时指出,人类对于破冰船的需求到底有多大,还取决于对北极航道开发的理性评估。过多的投入,也许会造成资源的浪费。

  如果全球变暖的幅度继续扩大,两极海冰融化,海平面的上升几乎是不可遏制的。随着北极冰融速度加快,北冰洋航道每年的开放时间也更长,潜在地缩短了欧亚间的贸易航线。北极航道由两条航道构成:加拿大沿岸的西北航道和西伯利亚沿岸的东北航道。在这种背景下,各国纷纷为航道控制权而暗自较劲是不争的事实。

  “如果全球气候平均状态随时间的变化按照人类预期的方向发展,航道资源的开发很可能会迫使破冰船技术逐步提升。”但在宋忠平看来,开发极地航道除了要破冰,还要规避冰山和浮冰,远比人们想象的风险要巨大,它们所带来的成本是否会超越开辟北极航道所能减少的贸易运输成本?



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