易百科:破冰船如何破冰?

2019-03-05 08:49:42

【2013年聖誕前夜,俄羅斯科考船“紹卡利斯基院士”號被困南極,中、法、澳三國破冰船先後趕往現場,展開跨年國際大救援,但因浮冰太厚,營救屢次受阻。2014年1月3日,中國“雪龍”號在成功營救俄船乘客後被厚冰困住。5日,美國“北極星”號破冰船從澳大利亞出發趕赴南極,加入這場“過山車式”救援行動中,預計將於7天內抵達。破冰船是怎么破凍的?“雪龍”號是一艘怎樣的船?】

<img alt="企鵝和被困俄羅斯科考船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_1.jpg" />

破冰船有什麼特別之處?

破冰船是一種專門用於在冰面上開闢航道的特種船舶。

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一般而言,專業破冰船要達到至少三個條件:能夠在南極或北極的重海冰區域航行;抗冰性足以承受陸緣冰,裝機功率至少達到1萬馬力。破冰船船頭外殼用高強度的厚鋼板製成,內部由密集的型鋼構件支撐,船身吃水線部位用抗撞擊的合金鋼加固。此外,破冰船的長寬比例同一般海船大不一樣,船寬體胖上身小,便於在冰層中開出較寬的航道;船身短(一般船的長與寬之比,大約是七比一到九比一,破冰船是四比一),因而進退和變換方向靈活,操縱性好;吃水深,可以破碎較厚的冰層;馬力大、航速高,這樣向冰層猛衝時,衝擊力大;它的船頭造成折線型,使頭部底線與水平線成20—35度角,船頭可以“爬”到冰面上;它的船頭、船尾和船腹兩側,都備有很大的水艙,作為破冰設備。

破冰船如何破冰?

真正的破冰船並不是在行駛的時候是用自己的船首部分的壓力不斷地切開凍的,這樣工作的是切冰船,這種工作方法只能用來對付比較薄的冰。

<img alt="澳大利亞“南極光”號正在等待接收“雪鷹”轉運的被困的俄羅斯科考船乘客。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_3.jpg" />

當冰層不超過1.5米厚時,破冰船通常採用“連續式”破冰法:先把船首壓水艙排空,船尾壓水艙注滿海水,船首會翹起,開大馬力衝上冰面,船首出現在水面上的時候,就恢復了自己的全部重量,然後排空船尾壓水艙灌滿船首壓水艙,依靠自身重量壓碎冰面——左右太窄就輪番灌排左右水櫃,讓艦身搖晃,把冰面碰碎。

當冰層更厚時,則要採用“衝撞式”破冰:即破冰船倒退一段距離,然後用自己的全部質量向冰塊猛撞上去。這時候起作用的已經不是重量,而是運動著的輪船的動能;船好像變成了一個速度不大但是質量極大的炮彈,變成了一個撞錘。如此反覆,就開出了新的航道。

破冰船並非所向披靡的“破障船”,實際破冰能力受到諸多條件限制。南極的天氣變化很快,海冰是移動的。風向變化了,可能會把聚攏的海冰吹開,所以風向很重要。

<img alt="被困俄羅斯科考船“紹卡利斯基院士”號。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_4.jpg" />

有資料顯示,曾經有船被海冰困住一年之久。救援有兩種途徑,一是如果救援船隻破冰能力較強,可開出一條水路。被困船隻若還有動力,可跟著救援船脫困。另外一種途徑是,如被困船隻傾覆或進水,一般會棄船,利用直升機把船上人員解救出來。

“雪龍”號

“雪龍”號在國際上出名,是因為1999年,在北極科考中突然出現在加拿大海岸村莊圖克托亞圖克附近的北極圈,加拿大當局無法跟蹤該船引起爭議,這起事件被視作加拿大無足夠準備防衛其北方主權的證據。

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這是中國目前唯一一艘極地破冰船(並非中國唯一的破冰船),自1994年10月首航以來,已完成多次南極航行。“雪龍”號是由一艘烏克蘭赫爾松船廠在1993年3月25日完成建造的維他斯·白令級破冰船改造而成的,其姐妹艦是俄羅斯Vasiliy Golovnin號。“雪龍”號長167米,寬22.6米,型深13.5米,滿載吃水9米,滿載排水量21025噸,續航力19000海里,能以1.5節航速連續破冰1.2米(含0.2米雪)前行。

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“雪龍”號裝備較為先進的導航、定位系統;船尾配有直升機甲板和兩個機庫供直升機的起落與停放,可搭載兩架“雪鷹”(卡-32)型直升機;還配有北極級定期自主水下載具。設有海洋物理、化學、生物、氣象和潔淨實驗室200平方米,配備先進大洋調查設備。可搭載80名考察人員赴極地工作。裝備聲納、自動采水和高分辨衛星雲圖系統。近年,中國研發了雪龍線上,通過海事衛星通訊鏈路(BGAN),將船上的航行動態與科學考察數據與國內數據器交換,並通過網際網路發布,使得“雪龍”號的動態可在網上查看。

<img alt="“雪鷹11”墜毀。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_7.jpg" />

“雪龍”號曾長期租用直-9型直升機等作為配艦直升機協助完成科考等任務;在2009年4月12日,一架租用的直9直升機在上海離船後墜海並造成一名機師死亡。2009年10月時,中國國家海洋局購入一架俄制卡32型直升機配給雪龍號作為其專用艦載直升機,被命名為“雪鷹(11)號”;該機於台北時間2011年12月9日凌晨在從“雪龍”號向為中國南極中山站運輸物資的返艦途中墜落冰面損毀。“雪龍”號現役艦載直升機為俄制卡-32型“雪鷹12”直升機(即是此次救援行動中轉運俄羅斯科考船人員的直升機)。

“雪龍”號的威力有多大?

<img alt="從澳大利亞南極補給艦上拍攝的中國“雪龍”號。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_8.jpg" />

破冰船通常根據破冰能力的強弱分級,破冰等級分1到7檔,第1檔破冰能力最強,第7檔最弱,中國的“雪龍”號破冰能力大約在第6檔,根據設計,該船若採用“連續式”破冰,能以1.5節航速連續衝破1.2米厚的冰層(含0.2米雪)。而美國的“北極星”號以3節速度進行“連續式”破凍的能力可達到1.8米,通過“衝撞式”破冰最高可破6米厚浮冰。“雪龍”號作為科學考察船,雖然具備一定的破冰能力,但在船舶的設計、船體的結構和船舶的動力方面並未達到真正專業破冰船的水平,因此也並沒有為其他不具破冰條件的船舶開闢冰區航道的功能。

參與南極營救行動

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2013年12月24日,隸屬俄羅斯遠東地區水文氣象研究院,為一支澳大利亞探險隊租用的考察船“紹卡利斯基院士”號於南極被困。依照國際慣例,“雪龍”號受澳大利亞海事安全局(Australian Maritime Safety Authority)徵用,與其餘兩艘破冰船(法國“星盤”號、澳大利亞“南極光”號)前往營救。“雪龍”號當時距離俄船600多海里(1海里=1852米),冒險穿過西風帶氣鏇中心,全速前進,12月26日抵達浮冰區,一度距離俄船只有6.5海里,但困住俄羅斯科考船“紹卡利斯基院士”號的浮冰至少有三四米厚,“雪龍”號周圍海冰密集度接近十成,最厚處達三四米,並且形成冰脊,冰情已遠超“雪龍”號破冰能力範圍。在這種情況下,“雪龍”號不僅無法繼續施救,還有可能被困,必須擴展作業面,確保自身可以機動調頭。27日,“雪龍”號只好後退。

<img alt="橫亘在“雪龍”號撤離路線前方的一座冰山。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_10.jpg" />

2014年1月2日晚間,“雪龍”號利用艦載直升機“雪鷹”成功將俄船科學家和遊客轉運至澳大利亞“南極光”號,“雪鷹”飛行6架次,整個轉運過程耗時數小時;3日,在結束營救任務後,“雪龍”號被所在洋面周圍的浮冰包圍受困,迄今仍原地待命,等待美國“北極星”號救援,並做好突圍準備。

<img alt="擱淺的俄羅斯科考船“紹卡利斯基院士”號。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_11.jpg" />

法國極地研究所所長伊夫·弗雷諾表示,這場救援大戲迫使法國科學家放棄為期兩周的海洋科考活動。他說:“不過我們相對還算比較幸運,中方不得不取消全部科考計畫,澳大利亞同行非常生氣,因為他們整個夏天都完蛋了。”

各國的破冰船

目前的破冰船主要有柴油動力和核動力兩種,其中核動力推進系統的破冰船只有俄羅斯擁有,主要用於開闢北極航道。俄羅斯的核動力破冰船基本都在北極活動。在南極,很多港口不接受帶有核燃料的船隻靠港。在設計和建造破冰船能力上比較強的國家有俄羅斯、芬蘭、瑞典、德國、美國、挪威、丹麥、日本、加拿大等。目前全球破冰船隊中,功率超過1萬馬力的破冰船有50艘,其中俄羅斯擁有的破冰船最多。

<img alt="俄羅斯“北極”級(Arktika)核動力破冰船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_12.jpg" />

俄羅斯:唯一擁有核動力破冰船的國家。北極級(Arktika)核動力破冰船是目前世界上最大的破冰船,也是第一艘到達北極極點的水上艦船。北極級核動力破冰船安裝2座反應堆,其中儲存燃料可供船行駛4年。船長148米至159米,寬30米,排水量23000噸,編制138至200人,總功率達75000馬力。“連續式”破冰作業破冰厚度可達2至3米。

<img alt="美國Healy號(WAGB-20)破冰船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_13.jpg" />

美國:希利號(Healy)是美國最大的破冰船,1997年下水,1999年服役。船長128米,寬25米,吃水9.8米,最大航速18節,滿載排水16700噸。2005年後船上配備了直升機,擁有5個實驗室,主要作為高緯度科學研究平台和執行冰區護航任務。

美國Polar級極地破冰船,共建造2艘,1976——1978年服役。正趕往南極參與救援的“北極星”號破冰船即是其中一艘,澳大利亞海事局表示,“北極星”號以3節速度進行“連續式”破凍的能力可達到1.8米,通過“衝撞式”破冰最高可破6米厚浮冰。

<img alt="日本白瀨號(AGB-5002)破冰船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_14.jpg" />

日本:白瀨號(AGB-5002)破冰船,1982年服役。滿載排水量17600噸,長134米,寬28米,吃水9.2米,動力30000馬力,航速19節,續航力2500海里/15節,艦員170人,搭載3架直升機,可運載1000噸貨物。

<img alt="加拿大1100型破冰船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_15.jpg" />

加拿大:1100型破冰船(左圖)是加拿大海上警衛隊破冰船,共建6艘,1986—1987年服役,全長83米,寬16.2米,吃水5.8米,滿載排水量 4662噸,編制25人,柴電動力功率15000馬力,航速16節,續航力6500海里/15節。裝備1架貝爾206型直升機。

1300型破冰船,共建造1艘,1969年服役,全場119.6米,寬24.4米,吃水9.8米,滿載排水量14500噸。

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法國:星盤號(L'Astrolabe)為破冰調查船,屬於南極水域航行的小型破冰船。近日也參與了救援被困南極俄羅斯科考船的行動,但由於性能不佳,破冰失敗。

<img alt="瑞典Atle級破冰船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_17.jpg" />

瑞典:奧登號(Atle)破冰船是第一艘到達北極點的非核動力破冰船。長107.8米,寬25米,排水量13000噸。吃水12米,在1.9米厚的冰層,每小時可以航行5.6千米,續航能力100天。

<img alt="德國極星號(Polarstern)科考破冰船。" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_18.jpg" />

德國:極星號(Polarstern)科考破冰船。

中國:雪龍號(Chinare)極地科考船。另外,中國海軍還裝備有延哈級 (3200噸)破冰船:海冰519、海冰721、海冰722;延冰級(5000噸)破冰船:海冰723 (已經移交給海監,命名為海監111)。

<img alt="海冰722" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_19.jpg" />

<img alt="海冰723" src="image68.四方文章網.com/DownloadImg/2014/01/0712/38077036_20.jpg" />

“海冰721號”破冰船採用錳鋼建造,船艏甲板厚度24毫米,它的最大撞擊力能破開1米厚的冰。這艘破冰船曾經成功救出過被困冰海的挪威、賽普勒斯等國的商船。該船自持力30晝夜,現已服役40年,在擔負冰情調查任務的同時,還擔負搶險救生任務。

另外,據國家海洋局政策法規和規劃司副司長翁立新介紹,中國真正意義上用於極地科考的破冰船有望於2014年下水服役,由此將改變中國極地科考依賴“雪龍”號單兵作戰的現狀。

註:本文部分內容引自:科技日報、新華社、維基百科、中新網、國際線上等。

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