破冰船：體大力沉的冰海拓路者

　　破冰船：體大力沉的冰海拓路者

　　■劉軍杰 張證界 李珊珊

　　2022年11月22日，俄羅斯22220項(xiàng)目的第四艘重型核動(dòng)力破冰船雅庫(kù)特號(hào)，在圣彼得堡的波羅的海造船廠舉行下水儀式。俄羅斯總統(tǒng)普京以視頻形式出席，顯示出其對(duì)該型破冰船的重視。

　　出于對(duì)北極地區(qū)戰(zhàn)略地位作用的考慮，俄羅斯在破冰船建設(shè)方面一直在加大投入，如今已形成了核動(dòng)力與常規(guī)動(dòng)力破冰船共同發(fā)展、民用與軍用破冰力量齊頭并進(jìn)的發(fā)展格局。

　　美國(guó)在這方面也不甘落后，正在加緊“補(bǔ)課”。特朗普任美國(guó)總統(tǒng)期間，曾下令審查相關(guān)需求，試圖建造由3艘重型破冰船和多艘中型極地破冰船組成的船隊(duì)。2019年，美國(guó)海岸警衛(wèi)隊(duì)簽署了一份價(jià)值7億多美元的合同，開(kāi)始讓相關(guān)公司設(shè)計(jì)建造第一艘重型極地破冰船——極地安全艦。

　　加拿大海岸警衛(wèi)隊(duì)在2019年接收一艘改裝的臨時(shí)中型破冰船后，該國(guó)為其海軍和海岸警衛(wèi)隊(duì)訂購(gòu)的6艘哈利·德沃爾夫級(jí)極地巡邏艦首艦也于2021年服役，進(jìn)一步強(qiáng)化了在北極冰海中的存在感。

　　挪威海岸警衛(wèi)隊(duì)則憑借6300噸的斯瓦爾巴群島級(jí)武裝破冰船，長(zhǎng)期出沒(méi)于極地相關(guān)海域。

　　可以說(shuō)，在近極地區(qū)域國(guó)家，近年來(lái)都在紛紛加強(qiáng)破冰船的建設(shè)與運(yùn)用。那么，什么是破冰船?它如何工作?又有著怎樣的發(fā)展前景?讓我們走進(jìn)今日的“兵器廣角”，一起揭開(kāi)破冰船的神秘面紗?！　?/p>

　　波羅的海號(hào)破冰船。資料圖片

　　電影《泰坦尼克號(hào)》讓人們對(duì)冰山給海上行船帶來(lái)的威脅有了深刻印象。但泰坦尼克號(hào)遇到的冰山，只是極地冰川中眾多“逃逸者”中的一個(gè)。在現(xiàn)實(shí)世界中，面對(duì)極地一望無(wú)際的冰山、冰海，如何安全行船?以破冰船為引導(dǎo)，就是最高效、最常用的方法。

　　“銅頭鐵骨”，志在破冰

　　極地地區(qū)常年被冰雪覆蓋，冰層的平均厚度約為1800米，最厚的地方高達(dá)4000米以上。

　　在冰川很厚的地區(qū)，艦船只能“望冰興嘆”，而在一些冰層較薄的海域，破冰船就派上了用場(chǎng)。

　　顧名思義，破冰船就是通過(guò)各種方式去除航路上冰層、冰塊，在冰海中帶頭前行的拓路者。在它的引導(dǎo)下，其他船舶才能安全地通過(guò)極地海域航道，否則后者就可能身困冰區(qū)，甚至導(dǎo)致船毀人亡。

　　2018年，由加拿大船舶運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)的一艘游輪在布西亞半島西部海灣被困，一艘加拿大海岸警衛(wèi)隊(duì)的破冰船奉命前往救援，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)了3天，才使這艘游輪脫困。破冰船的作用由此可見(jiàn)一斑。

　　破冰船為什么能破冰?簡(jiǎn)而言之，破冰能力來(lái)自它的“銅頭鐵骨”。自誕生之時(shí)，它的構(gòu)造就經(jīng)過(guò)了科學(xué)設(shè)計(jì)，處處向有利于破冰聚焦。

　　自16世紀(jì)起，生活在北極地區(qū)的人就運(yùn)用了把小船拖上冰面、再往小船上裝填重物來(lái)壓碎冰層的方法，現(xiàn)代破冰船應(yīng)對(duì)稍厚冰層的方法與此同理。

　　一般來(lái)說(shuō)，破冰船的外形粗短，船艏采用鈍艦艏設(shè)計(jì)，在船艏、船艉及水線處進(jìn)行加厚處理，船艏底部帶有向前收起的坡度，借此獲得更好的破冰能力與適航性。

　　對(duì)稍厚的冰層，破冰船通常采用重力破冰方式。破冰船會(huì)先向船艉壓載水倉(cāng)注水，使圓弧形的船艏翹起，向前航行壓上冰面，利用船體自身重力壓碎冰層。如果冰面過(guò)厚，無(wú)法靠船體重力壓碎，則再通過(guò)向船艏?jí)狠d水倉(cāng)注水增加重力，以壓碎冰層。

　　但對(duì)較薄的冰區(qū)，破冰船憑借船體的剛性和航行慣性就可撞碎船頭前的冰層，繼續(xù)前行。這種方式，對(duì)破冰船的框架尤其是船艏所用鋼材強(qiáng)度有很高要求。

　　破冰船能破冰，還和其動(dòng)力強(qiáng)大有關(guān)。航空界有一句話，只要推力大，板磚也能飛上天。對(duì)破冰船來(lái)說(shuō)，體大力沉、動(dòng)力強(qiáng)勁是其敢向冰海行的底氣與根本所在。這也是俄羅斯在積極發(fā)展常規(guī)動(dòng)力破冰船基礎(chǔ)上，又推出第三代、第四代核動(dòng)力破冰船研制項(xiàng)目的原因。

　　在加大動(dòng)力的同時(shí)，一些類似“使巧勁”的推進(jìn)裝置也得到應(yīng)用，如芬蘭一家公司為俄羅斯研制的波羅的海號(hào)破冰船采用了吊艙式推進(jìn)器，其在吊艙內(nèi)部安裝電機(jī)，將推進(jìn)器與操舵裝置相結(jié)合，能夠使船只橫向移動(dòng)、原地旋轉(zhuǎn)和多向航行。

　　當(dāng)然，面對(duì)無(wú)邊無(wú)際的冰海，破冰船也有束手無(wú)策的時(shí)候，這時(shí)候船員只能靜待冰“開(kāi)”或?qū)ν馇笤?。于是，續(xù)航力、自持力以及通信導(dǎo)航水平，對(duì)破冰船來(lái)說(shuō)就顯得格外重要。

　　加拿大的首艘哈利·德沃爾夫級(jí)極地常規(guī)動(dòng)力巡邏艦，自持力4個(gè)月。2020年7月俄羅斯開(kāi)工建造的首艘10510型領(lǐng)袖級(jí)破冰船，據(jù)稱建成后，其極限破冰厚度可達(dá)4.3米，最長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間可達(dá)8個(gè)月。

　　即使是重型核動(dòng)力破冰船，也得先在這些方面打好基礎(chǔ)。2019年12月，俄羅斯北極號(hào)核動(dòng)力破冰船投入試航，第一階段的主要目標(biāo)除了測(cè)試備用柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)外，最重要的一個(gè)步驟就是測(cè)試通信和導(dǎo)航設(shè)備。　　

　　北極號(hào)重型核動(dòng)力破冰船。資料圖片

　　想方設(shè)法，提高效能

　　對(duì)極地海域的冰面來(lái)說(shuō)，要破冰單靠破冰船體重力大還不夠，向技術(shù)要破冰能力也是各國(guó)的選擇之一。

　　多年來(lái)，隨著相關(guān)需求的牽引，與破冰有關(guān)的新理念或新概念接連涌現(xiàn)。

　　2013年，波羅的海號(hào)破冰船下水。與其他破冰船不同，該船采用了新穎的側(cè)向破冰船體設(shè)計(jì)。該船船體為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，兩個(gè)舷側(cè)采用不同形狀以達(dá)成特定功能：一側(cè)為垂直平面，適用于舷側(cè)和船艏的溢油回收;另一側(cè)則為垂直于水平面的曲面，使得該船在具備船艏、船艉破冰能力的同時(shí)，擁有了橫向破冰能力，一次性可開(kāi)拓出最大寬度為50米的航道，相當(dāng)于兩艘傳統(tǒng)破冰船同時(shí)作業(yè)的效能，并能夠以3節(jié)的航速在1米厚的冰區(qū)航行。

　　我國(guó)的極地科考破冰船“雪龍2號(hào)”則采用了船艏、船艉雙向破冰技術(shù)。該船船體前方裝有兩個(gè)側(cè)推器，后方裝有兩個(gè)360度回轉(zhuǎn)吊艙，通過(guò)吊艙和側(cè)推的共同作用，可以進(jìn)行動(dòng)力定位，并實(shí)現(xiàn)船體在冰區(qū)360度自由轉(zhuǎn)動(dòng)的能力。如此設(shè)計(jì)，不僅可使破冰船機(jī)動(dòng)性更強(qiáng)，防止被困冰區(qū)，還能借助反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)推進(jìn)器方向，借助強(qiáng)大水流沖走移動(dòng)的海冰，使進(jìn)退變得相對(duì)容易。

　　目前，半潛式破冰船的理論研究趨于成熟。和以前蘇聯(lián)科學(xué)家在這方面的思路基本一致，該船基本原理是利用半潛式船體潛入預(yù)定深度，然后快速排出壓載水，利用自身浮力，借助船體上的破冰結(jié)構(gòu)，將冰層頂破。相關(guān)研究表明，這種破冰方式效率更高，適用對(duì)5米厚的冰層進(jìn)行破冰作業(yè)。

　　除了形態(tài)各異的船體設(shè)計(jì)，一些特殊的涂料和涂層也被用于破冰船的研制。不同于普通船舶，破冰船長(zhǎng)期服役于極寒地區(qū)，這使它需要經(jīng)常直面低溫對(duì)船體的損害。因此，破冰船在涂裝過(guò)程中非常注重抗低溫、耐腐蝕能力。而且，為了降低破冰船的能耗，需要保證船體與冰水混合物的摩擦系數(shù)保持在0.17以下，這使得以純環(huán)氧技術(shù)為主和以玻璃纖維或鱗片增強(qiáng)為主，成為世界上主流破冰船所用涂料發(fā)展的主要特征。

　　不僅如此，船舶設(shè)計(jì)師還為破冰船增添了許多輔助設(shè)備，增加或改善其在冰區(qū)中的航行和破冰能力。　　

　　23550型伊萬(wàn)·帕帕寧號(hào)破冰船。資料圖片

　　噴水融雪。冰面上的積雪厚度影響破冰效率。研究表明，在破冰過(guò)程中，20厘米厚的積雪的阻止作用相當(dāng)于破除7厘米厚的冰。積雪除了增加破冰難度外，還增加了破碎海冰的附著力，使破冰變得更加困難。為此，日本破冰船白瀨號(hào)就使用船艏噴水裝置來(lái)沖洗積雪，以減少其對(duì)破冰作業(yè)的影響。

　　氣泡減阻。與噴水融雪相比，加拿大破冰船在破冰過(guò)程中則是使用氣泡來(lái)降低海冰附著船身的程度。破冰過(guò)程中，大功率的空氣吹送裝置會(huì)向船舷外吹出空氣，在船身周圍產(chǎn)生大量氣泡，來(lái)減小海冰附著船體而產(chǎn)生的摩擦。

　　壓載水調(diào)撥。通過(guò)改良?jí)狠d水倉(cāng)來(lái)實(shí)現(xiàn)快速調(diào)撥壓載水改變船舶的浮態(tài)，除了使船舶艏艉依次變重，還可以通過(guò)左右搖晃來(lái)破壞艏前艉后及兩舷舷側(cè)處的海冰，進(jìn)而達(dá)到破冰效果?！　?/p>

　　白瀨號(hào)破冰船。資料圖片

　　需求迫切，特征鮮明

　　近年來(lái)，為了開(kāi)辟日益重要的極地冰區(qū)航道，相關(guān)國(guó)家加強(qiáng)了對(duì)破冰船的立項(xiàng)、研制與列裝。在此過(guò)程中，破冰船的發(fā)展顯露出一些鮮明特點(diǎn)。

　　一是常規(guī)動(dòng)力破冰船發(fā)展勢(shì)頭不減，核動(dòng)力破冰船方興未艾。俄羅斯和美國(guó)都在打造中型常規(guī)動(dòng)力破冰船。俄羅斯聯(lián)邦國(guó)防部的深海研究本部、俄羅斯聯(lián)邦安全局海岸警衛(wèi)隊(duì)、俄羅斯海軍都有常規(guī)動(dòng)力破冰船在研或列裝，俄羅斯還在研發(fā)全長(zhǎng)140多米、滿載排水量達(dá)22000多噸的22600型LK-25級(jí)柴電動(dòng)力破冰船維克托·切爾諾梅爾金號(hào)。美國(guó)也在加緊制造重型極地破冰船——極地安全艦。核動(dòng)力破冰船方面，俄羅斯已開(kāi)始了第四代該類船的研發(fā)，美國(guó)也曾在前幾年論證了建造核動(dòng)力破冰船的可能性。可以預(yù)見(jiàn)，在港口相對(duì)較少、燃料補(bǔ)給較為困難的極地地區(qū)，核動(dòng)力破冰船很可能會(huì)憑借配置更多科考及作業(yè)裝備、可滿足更多任務(wù)需求的優(yōu)勢(shì)，得到進(jìn)一步發(fā)展。

　　二是傳統(tǒng)難題依舊存在，材料因素仍是制約破冰船發(fā)展的關(guān)鍵。與普通鋼材不同，破冰船選用的鋼材要具有更強(qiáng)的耐寒、耐腐蝕和抗變形能力，其生產(chǎn)工藝只有少數(shù)國(guó)家掌握，并且價(jià)格昂貴。即使如此，在制造大型破冰船方面，這些國(guó)家仍存在需要更大強(qiáng)度材料的難題，這在一定程度上影響了一些已立項(xiàng)的大型破冰船的研制進(jìn)程。新型特種材料的研發(fā)與應(yīng)用，仍然被認(rèn)為是解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵?！　?/p>

　　哈利·德沃爾夫級(jí)極地巡邏艦首艦。資料圖片

　　三是破冰船開(kāi)始攜槍帶炮，武裝化趨勢(shì)明顯。俄羅斯最新設(shè)計(jì)建造的破冰船大多配備了武器系統(tǒng)。比如23550型伊萬(wàn)·帕帕寧號(hào)破冰船不僅搭載有艦炮、反艦導(dǎo)彈，還可安裝專為北極作戰(zhàn)研制的“道爾”-M2DT防空導(dǎo)彈，預(yù)留有集裝箱式巡航導(dǎo)彈安裝陣位，甚至還計(jì)劃加裝功率為30至200kW的高能激光器。

　　美國(guó)則計(jì)劃在新建6艘破冰船時(shí)為其安裝機(jī)槍、艦炮和導(dǎo)彈等武器裝備。加拿大的哈利·德沃爾夫級(jí)極地巡邏艦首艦，安裝有25毫米的小口徑艦炮。挪威的斯瓦爾巴群島級(jí)武裝破冰船除安裝25毫米的小口徑艦炮外，還安裝有2挺12.7毫米口徑機(jī)槍。這標(biāo)志著未來(lái)的破冰船已不僅是用于破冰護(hù)航的專用船只，而且還是角逐極地新戰(zhàn)場(chǎng)的重要裝備。

　　四是模塊化，多功能化傾向日益明顯。當(dāng)前破冰船的建造廣泛采用模塊化技術(shù)。俄羅斯領(lǐng)袖級(jí)破冰船作為世界最新型核動(dòng)力破冰船，采用了“開(kāi)放船艉”的新理念，將破冰船視作海上平臺(tái)而并非傳統(tǒng)意義上的專業(yè)化作業(yè)船。其開(kāi)放式船艉，可依據(jù)任務(wù)需要搭載不同作業(yè)模塊，其中包括反潛裝置、導(dǎo)彈、火炮以及無(wú)線電或潛水設(shè)備等特種集裝箱模塊，能夠快速完成多種功能之間的轉(zhuǎn)換。　　

　　斯瓦爾巴群島級(jí)武裝破冰船。資料圖片

　　毋庸置疑，隨著新技術(shù)的逐漸成熟和特種材料技術(shù)的不斷發(fā)展，今后破冰船將繼續(xù)朝著大型化、模塊化的方向邁進(jìn)，其續(xù)航力、自持力以及多元化執(zhí)行任務(wù)能力將進(jìn)一步得到突破和提升，以求成為各國(guó)將極地角力天平向自己一方傾斜的有力砝碼?！　?/p>

　　北極星號(hào)常規(guī)動(dòng)力破冰船。資料圖片