世界先进科考船技术动向

沈苏雯

随着地球资源日益匮乏，各国对资源的争夺愈演愈烈。面对所剩无几的陆地资源，人们开始把目光投向海洋和两极地区。工欲善其事，必先利其器，想要在这场资源争夺战中棋快一招，拥有一艘好的科考船必不可少。

据劳氏数据库统计，截至2011年5月23日，全球运营中的科考船（含调查船）共有899艘，闲置41艘，在建35艘，计划建造11艘，改装和修理7艘，总量为993艘，其中9艘为破冰科考船。

从保有国来看，目前全球共有43个国家拥有科考船，其中美国以173艘，占全球总量17%的数量位居第一。其次为俄罗斯（含前苏联建造的在内共计96艘）。然后，排名依次为挪威、德国、中国、日本、波兰、芬兰、英国和荷兰。从2011年至2012年新造船保有量来看，位居第一为西班牙，印度紧随其后，中国排名第三。

美国“Sikuliaq”号（ARRV）

为了推进北极研究，美国阿拉斯加费尔班克斯大学与Marinette Marine公司签署了一项关于建造一艘在阿拉斯加地区运作的科学考察船项目，用来替换已有40年船龄的“Alpha Helix”号。该船名为“Sikuliaq”号，由Glosten Associates海洋建筑工程公司设计，2011年1月14日在Marinette Marine公司位于威斯康星州的船厂开工建造，计划于2012年6月下水，2014年投入使用，整个项目预计花费1.23亿美元，该船建成后将成为世界最先进的大学研究船之一。

“Sikuliaq”号总长79.5米，宽15.84米，深8.53米，吃水7.77米，排水量3724t，可提供26名科研人员的膳宿。船上首尾均配有起重机，采用DPS1动力定位系统，并安装了冰级加强多波束声纳系统和声学多普勒流速剖面仪（75kHz和150kHz），具有较长的取芯能力。该船噪音小，便于开展鱼类研究，且十分坚固，适合航行于充满浮冰的北极海域。虽然不属于破冰船，但是设计上能使其以2节的速度在2.5英尺厚的冰区航行。船上配备有1万米长缆线的现代化绞车，包括深海牵引绞车、温盐深测量绞车、水文绞车。研究人员可以从海底直接采集样本，远程操控一套软管式绞车，来升降科研设备，操纵研究仪器以探查水柱和海底，还可以向全球各地的教室实时传送信息。

欧盟“北极光”号（Aurora Borealis）

欧洲的极地研究者迫切需要配备一艘具有更先进装备的破冰船，为此2006年成立了世界最大的欧洲北极科考旗舰项目，建造先进的极地科考船“北极光”号。该项目造价6.5亿欧元，属于欧盟的合作研究项目，由欧洲研究破冰船联盟负责，该机构由全球10个国家的15家机构组成。该船的设计由德国瓦锡兰船舶设计公司带头进行，另有阿科尔北极技术公司参与设计研究。

“北极光”号全长199.8米，宽49米，最大吃水13米，排水量65000t，计划2012年完成研发，2014年建成。该船采用柴电联合推进系统，8台柴油发电机组驱动3个定距螺旋桨和6个可伸缩侧推器，最大输出功率94000kW，常规航速12节，最高航速15.5节，并可以2～3节航速航行于2.5米厚的冰区海域。全船拥有80个单人舱，20个双人舱，可提供120名研究人员和船员膳宿，在-30℃～45℃的环境下最高自持力为90天。

“北极光”号作为流动科研平台，配备有深海钻探设备和多个实验室，还可以从船上发射并遥控深海机器人作海底勘测。另外为了配合钻探任务，该船还特地安装了适用于冰区海域的动力定位系统，因此在浮冰区执行任务时可不再需要其他破冰船的支援。该船拥有2个7×7米的通海井，一个分布在船首，主要从事科学工作，另一个布置在船尾，主要用于钻探业务，当工作水深在100米～5000米时，船上的钻探设备最大钻探深度1000米。是世界上第一艘常年在北冰洋巡游并具有冰下钻探能力的国际海洋科考船。

日本“地球”号（Chikyu）

“地球”号大型海洋钻探船隶属于日本海事协会，由三菱重工建造，是目前世界最大的海洋科考船，该船于2001年4月开工建造，2005年建成投入使用，总造价3.5亿英镑。该船全长210米，型宽38米，深16.2米，以船底计算船高130米。满载吃水9.2米，排水量56752t，主机使用6台柴油发电机，总功率35000kW，最高航速12节，在满载状态下航速10节可续航约14800海里，相当于绕地球半圈以上，全船最大定员200人。船首使用1台2550kW的侧推器，3台4100kW的方位侧推器，艉部亦安装有3台同型方位推进器。采用日本船级社的DPS-B动力定位方式，在最大风速23m/s、浪高4.5米、海波流速3～4节的环境下可保持数月至1年以上在同一个地点进行钻探作业。同时该船还设直升机甲板，可供30人乘坐的大型直升机起降。船身雷达可进行360°全方位观测，而一般的雷达仅有180°。

“地球”号安装有一座巨大的钻井架，高出海平面121米，为全球最高。为使钻头免受海流等侵害，该船采用海洋石油钻探技术常用的立管钻探方式，该方式是首次在科学研究领域采用。它的钻探系统控制钻管先行深入海中，并与防止海底水和泥浆喷射的防喷装置连接，钻头便可顺着钻管直达海底地层。“地球”号最大工作水深为2500米，最大钻探深度可达7000米，直达地幔层，可研究大地震发生的原理、了解地球各个断层的机理、生物状态和可利用矿物质成分等，还可探寻新的海底资源。未来将开发传导系统，即可以在地震震源的钻井中放入侦测器，在地震发生的同时将取得的数据实时上传至陆地。另外还可深度钻探海底，进行原始地下生命的研究，探索地球生命起源。

由于受到日本东北地区太平洋大地震所引起的海啸影响，船体的一部分及推进装置遭到损坏，目前正在三菱重工横滨造船所进行检查和维修。

日本新“白濑”号（Shirase）

日本的南极科学考察船共有3代，目前服役的第三代“白濑”级的第二艘船，前两级分别为“宗谷”级和“富士”级。日本从1956年开始进行南极考察活动，在1982年启用第三代南极科考船旧“白濑”号进行南极地区的物资运送和考察活动，经20年以上的使用，旧船已老化无法继续执行任务，于是日本政府于2007年批准由万国造船厂开始建造新“白濑”号，该船于2009年5月20日正式服役，并于同年11月执行了第一次任务。

新“白濑”号与旧船相比，船首角略小，舭弧度设计较小，可使碎冰块卷压入船底，且其主要服务的日本南极考察站“昭和基地”附近的海域冰况极其严苛，冰面上的积雪会吸收掉船舶破冰时的前进能量，造成破冰效率低下，所以在船首设计安装有融雪装置。推进系统与旧船相同，采用柴电联合推进系统，功率22050kW，双轴双舵，可以进行日本-南极无靠港独自往复航行，在无冰海域巡航时运行2台燃料消耗率和性价比较高的中速柴油机，在冰海海域航行时运行4台。另外该船搭载有3架直升机，其中1架为CH-101大型机，2架AS355小型机，船体后部设有直升机起降甲板。

在新“白濑”号上，除常规海洋观测器材外，还装备有声学多普勒流速剖面仪（ADCP）和第二型多波束声纳测深装置。ADCP可以测量从4层到128层最大深度1200米的流向流速。第二型多波束声纳测深装置发信频率为20 kHz（测深）和3.5kHz（地层探查），最大测深宽度120度，最大可测深度1200米。

英国“詹姆士·库克”号（James Cook）

英国在拥有了4000吨级“发现”号和3000吨级“Charles Darwin”号2艘科学考察船之后，又新建了1艘5000吨级“詹姆士·库克”号。该船由挪威Skipsteknisk AS设计，挪威Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk A/S建造，于2007年3月投入使用。与“发现”号、“Charles Darwin”号同样隶属于英国自然环境研究评议会（NERC），由南安普顿海洋研究所使用，从事各类海洋研究调查，可在大西洋海面4800米以下进行岩心钻探和取样工作。该船设计既可在热带海域亦可在冰区海域航行，最多可载32名科研人员，385吨科研器材。控制中心装有多波束声纳系统、超声波多普勒流速剖面仪（ADCPs）等，船上携带有水质采样器和海底土壤样本收集器。船内设有8间集装箱型模块化实验室，分别从事不同领域研究，可根据不同研究任务在后甲板下追加搭载。水下探查器材有遥控深海潜艇“HyBIS”和“sis”，机器人潜艇“Autosub6000”，可用设置于船尾的起重机进行吊放。

2010年，该船对位于加勒比海域史上最深的5000米开曼海沟海底火山谷喷口进行了调查。

俄罗斯“特列什尼科夫院士”号

2011年3月29日，俄罗斯新造现代化科学考察船“特列什尼科夫院士”号在圣彼得堡下水，该船是俄罗斯自前苏联解体以来第一艘自主建造并下水的科考船，而前苏联时期建成的科考船平均船龄已超过30年。

“特列什尼科夫院士”号由圣彼得堡的波罗的海船舶设计局设计，圣彼得堡海军造船厂建造，总耗资超过2亿美元，由俄罗斯两极科研所使用。该船长133.6米，宽23米，排水量16800吨，可在-40℃下航行，建成后将主要用作俄罗斯在南极的科考任务，为俄南极站点、野外基地提供物资技术保障，包括运送燃料、食品、科研设备，越冬换季极地人员更换。该船功能齐全，集货船、油轮、舰载直升机、载客和研究等功能于一体。该船设计了8个现代实验室模块，可针对不同的任务进行替换，比如执行地质物理研究任务时可采用地质实验室，执行生物学方面的任务时可替换为生物实验室。另外船上装备了更多的现代化科考测量设备，可以保障从事海洋学、地球物理学、气象学、海冰等大范围的研究工作。

“特列什尼科夫院士”号预计2012年建成投入使用，将与服务超过30年的“费德洛夫院士”号科学考察船共同为俄罗斯的极地事业增添力量，并且到2020年，俄罗斯将再增加5艘多功能科学考察船用于两极地区工作，进行运送物品、海洋研究和生态监察等任务。