南极追梦40载

11月1日上午，自然资源部与上海市人民政府在上海中国极地考察国内基地码头，共同举办了中国第40次南极考察启航活动。本次考察任务首次由三船保障，汽笛声中，“雪龙”号和“雪龙2”号船缓缓驶离码头；而“天惠”轮货船则从江苏张家港出发，主要承担新的科考站——罗斯海新站的建设物资运送任务。

40年里，四代中国极地科考船

中国首次赴南极科考始于1984年11月20日，由“向阳红10号”船和运输船J121担纲执行。次年1月26日，当“向阳红10号”驶入南极圈内别林斯高晋海中部海域时，强烈的极地气旋将该船上层建筑和甲板之间撕开了一道72公分长的裂缝。真不敢想象，要是那个极地低压气旋再增强一点，会不会把船的整个上层建筑从船体上撕裂？

更出乎意料的是，参加首次南极科考的《文汇报》记者陈可雄告诉笔者，“向阳红10”号建造完成后，船舶适航证书上写着：该船适合全球海区航行，但注明：“除南极海区以外。”

“向阳红10”号于1979年11月由上海江南造船厂建成并交付国家海洋局使用，是我国自行设计建造的第一艘万吨级远洋科学考察船，双桨双舵，船中舭部有减摇鳍，在12级风中仍可保持稳性安全，在上世纪70年代能有如此设计已颇为不易了，但毕竟不是破冰船，确实是不具备在南北极冰区航行的能力。

那它怎么会担当起首赴南极科考的重任？原来，国家有关部门最初确实是打算向北欧某国购买一艘适合在极地海区航行的船舶。对方起先开价600万美元，中方已基本认同。没想到，对方打听到原来中国买船是要去南极科考，一下子将船价提到1200万美元，翻了个倍。这不是明的敲诈吗！一怒之下，中方不买了。

“向阳红10”号就这样肩负起了对它来说过于沉重的历史使命。考虑到该船的先天不足，国家将它的出发时间推迟到11月下旬，就是为了让它在南极洲的暖季进入，以降低风险。没想到，南极圈威力强大的气旋还是将它的甲板硬生生撕开了一个口子。大自然有时以极端的方式让人保持对它的敬畏。

当年“向阳红10”号的总设计师是中国船舶集团第七○八研究所的张炳炎院士，他也是“雪龙2”总设计师吴刚的老师。吴刚证实：确有其事。

吴刚第一次走进张炳炎院士的办公室，是2008年的一个夏天。张院士问了他一个外人看来似乎平常的问题：“你愿意来做科考船吗？”“愿意。”吴刚知道张炳炎院士正在筹划新的科考船，毫不犹豫地答应了。

行业中人知道参与研制海洋科考船意味着什么。如果设计一艘常规运输船，通常只要约1～2年时间就大功告成了；而设计一艘科考船的周期要远远大于这个时间。周期长，在现行的考核机制下，就意味着出成果的周期也延长了，弄不好辛辛苦苦几年下来，设计者连个评高级工程师的“入场券”都不能及时拿到。这更考验一个设计师的初心：你到底要的是什么？

2009年，吴刚正式加盟“雪龙2”号设计团队；2012年，他接过了总设计师的班；2019年7月，船竣工交付。这真是十年磨一剑。

“雪龙2”号，是我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船，真是来之不易。从“向阳红10”号，到“雪龙2”号极地科考船，35年里，我国的极地科考船历经了四代更新——

“向阳红10”号本不是为极地科考设计的，实际上是大型远洋综合调查船，船体虽然进行了冰区加强，但不具备冰区航行能力；1985年，“极地”号接替了“向阳红10”号，但它也不是我国自行建造的。国家南极考察委员会从芬兰买回一艘1972年建造的原名“里尔”号的杂货船，再根据我们的极地科考需求，投资750万元，加装了直升机平台机库、减摇装置和艏侧推等极地科考设备，重新命名为“极地”号。但该船关键性指标——破冰能力依然很弱，只能破冰0.8米，通常称之为“抗冰船”而不是破冰船。

我国第三代极地科考船是“雪龙”号，是由乌克兰赫尔松船厂建造的破冰运输船，用于北极海域的货运。我国购入后，先后花了2亿多元对它进行了多次改装。但这艘轻型破冰运输船的破冰等级仅为PC6级。

PC6级意味着什么？按照国际船级社2017年实施的极地规则对船舶破冰能力新的等级划分，分为PC1~PC7共7级，PC1破冰等级最高，为重型破冰船，可在全球所有冰盖区域航行，但这么所向无敌的“破冰狂魔”全世界除了俄罗斯的一艘核动力破冰船外，一个国家也没有；PC7最低，仅能在极地的夏/秋季当年的薄冰状态下航行。作为PC6级的“雪龙”号，只能以0.5节的航速持续在1.0米冰加0.2米雪中破冰前行，为“轻型破冰船”。1994年10月，满载排水量2.1万吨的“雪龙”号极地考察船首次担纲极地科考任务，首航南极。

“雪龙2”号作为极地科考船的核心指标——破冰能力大大提高了，其船体强度为PC3级。国际规范中对PC3的描述是“有能力在第二年冰且可能包含多年夹冰的状态下航行”。

这里先要弄懂，冰为什么还要分为“当年冰”和“多年冰”？吴刚为记者科普道：“当年冰的冰层厚度一般不超过1.0米，强度相对较低；而两年及两年以上冰，冰层厚度可从1.5到3米不等，强度自然高多了。”

“设计一艘破冰船，最核心的要素是什么？”记者问吴刚。

“是对冰的认识。”泰坦尼克号的惨剧，就是最好的例证。

设计“雪龙2”号的任务刚启动时，七○八所特意请来了国外的专家给设计师团队讲课。一位来自俄罗斯的70多岁的老院士，白发苍苍。老院士第一天讲冰，第二天讲冰，第三天还是讲冰，让吴刚他们很纳闷：我们请你来，不是请你讲船的吗？怎么一直讲冰呢？第四天上课，老院士还是在讲冰，吴刚说：“我们很多人都按捺不住了：怎么还是冰啊冰的！”但等老院士一周7天的课讲完了，吴刚茅塞顿开：不懂冰，何以论破冰船！

冰的复杂，超乎想象。不同的冰，它的晶体结构、含盐量、孔隙率，以及强度、弹性模量、破坏形式等等，完全不一样：南极的冰和北极的冰不一样、当年冰和多年冰不一样、海面上结的层冰和冰山的冰不一样，俄罗斯东方站的冰和美国麦克默多站的冰又不一样！

不了解冰，怎么造破冰船？冰海就是破冰船的日常啊！但之前，我们的造船界鲜有研究冰的专家。在我国首次南极科考队出发之前，就曾先后派出40人次的科学家到南极考察，但他们中没有一位是与造船有关的专家。以至于当我们要自己造破冰船时才发现：我们对冰几乎一无所知。

“你们研究冰花了多少时间？”

“我们花了大约两年的时间，找出了冰雪特性、破冰能力与船舶投资规模之间的大致关系。”吴刚说。

“雪龙2”号PC3级的破冰能力究竟如何呢？吴刚说，首先，它是全球第一艘采用船艏船艉双向破冰技术的极地科考破冰船，能在1.5米厚冰加上0.2米雪的极地层冰环境中以2～3节的航速持续破冰航行。吴刚掐指数来：“到目前为止，全世界比它破冰能力更强的科考船大概不超过4艘。今年9月5日，“雪龙2”号首次航行到达北极点，创造了我国航海史的纪录。”

中国极地事业，亟需中型科考破冰船

2009年6月，极地科研人员期盼已久的“雪龙2”号极地科考船项目终于获批立项。但横在七○八所设计团队前最大的拦路虎，是国内所有的科研院所都没有设计破冰船必不可少的“冰池”。“冰池”对于造破冰船，就像造大飞机必须有风洞一样。幸好经过多年的努力，七○八所已经与世界上最有影响力的芬兰、德国、俄罗斯等三大“冰池”科研机构建立了良好的技术合作关系，了解了他们各不相同的技术特点。作为船东的中国极地研究中心确定了“国内外联合设计、国内建造”的方式，通过国际招标，最终选定中船集团七○八所和芬兰阿克北极技术有限公司对“雪龙2”号进行联合设计，业内翘楚中船集团江南造船（集团）有限公司担纲完成建造工程。2019年7月，中国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船终于在江南厂完工交付，随即就参加了中国第36次南极考察。

赶在今年“雪龙2”号出航前，笔者来到位于上海浦东新区的中国极地考察国内基地码头，只见满载排水量1.5万吨的“雪龙2”号正在做出发前的准备。它总长122.5米，红白相衬，身姿巍峨，神态坚毅。

“雪龙2”号大副陈冬林从船艉的主甲板开始向记者介绍它的特点：“雪龙2”号是具有强大能力的科研平台，它的功能定位已经不同于以往的三代极地科考船，之前的三代科考船都以运输为主，而“雪龙2”号是以“科考为主，运输为辅”。因此船上不但配备有两个通用实验室、物理实验室、低温实验室等等，在主甲板上还预留了空间，可以放置10个集装箱，海上作业时可作为“移动实验室”，是船载实验室的重要补充。

船艉正中有个起吊能力30吨的门字型吊架，船员称之为“π架”，主要用于释放和起吊海洋科研设备或捕捉磷虾的渔网；右舷一侧的A架是海洋沉积取样器，可获取水深3000～4000米海底下埋藏的秘密。作业时，22米长的活塞沉积物取样器在距海床10米处以自由落体的方式扎入海底。2020年，在第36次南极科考中用它在极地获取了18.36米长的海底沉积物样品，是我国在南大洋取得最长的沉积物样品，对认识和研究南大洋的前世今生具有重要意义。

从主甲板走进船体舱室，就是月池车间。“水密月池”，可是“雪龙2”号的独门利器。它是个3.2米见方的直通大海的“深井”。开阔海域，科研人员进行海水采样作业只需打开月池车间靠右舷的舱门，从右舷放下分层采水装置（CTD系统）即可；但在进入冰区密集时，直通海底的月池就大显神通了！它可在舱内直接进行采样作业，既安全又快捷。

主甲板上是直升机平台，“雪龙2”号可以搭载2架直升机，大大提高了装卸物资的能力。而“雪龙2”号最出色的亮点，要到驾驶室才能领略。陈冬林打开驾驶台前一长排屏幕，“雪龙2”号采用6600伏中压交流吊舱全回转电力系统，中间一块屏幕显示着船艏艉各两组推进器，船艏是2台侧推器，船艉是2台可360度旋转的吊舱推进器，驾驶台可显示和直接控制船艉吊舱推进器的作业角度。这独特的设计，彻底颠覆了传统的船舶“一轴一桨”的动力模式，使它成为全球第一艘采用船艏船艉双向破冰技术的极地科考破冰船。陈冬林说，在极地破冰时，遇到厚度大于2米的多年冰，用冲撞破冰的方式也难破冰了，船艉吊舱推进器就可转动180度，船体实现原地掉头，然后以艉为艏，将艉部吊舱推进器的螺旋桨变身为切削冰层的“旋转冰刀”，可将10多米的堆积冰掏空，在“千里冰封”的极区开出一条航道来。

“雪龙2”号还拥有集智能机舱、智能船体于一体的综合平台，全船共安装设置了7000多个智能感应“神经系统”。这套智能化平台实现了全船信息的全方位智能感知、获取、交换和展示，可以满足在复杂的环境中实现智能辅助决策，将为我们正在着手研究设计破冰能力更为强大的下一代极地重型破冰船，提供重要的经验积累和数据支撑。

“雪龙2”号的整个设计过程，还充分考虑到了人性化的设计，比如，对船的重心状态的把控，既要考虑到船的稳性，又要考虑到船上乘员的舒适度。当船在大风浪中发生摇摆时，对摇摆产生的回复力臂和回复时间如何匹配才合适？当船体摇摆指针超过20度时，已经超过了乘员体感的“惊慌角”，这时船体回复的时间多长才合适？如果船体30秒钟才回复，肯定让人产生“船会不会要翻了”的恐惧；但如果10秒以内就回复了，感受也不一定舒适，人会感觉像拨浪鼓一样快速地不停地晃来晃去；也许15秒左右回复才是人最舒适的。为实现上述目标，设计上就要从船宽、压载舱大小等综合因素考虑。

“双龙探极”，再创极地破冰新模式

“双龙探极”，是2019年“雪龙2”号首航参与第36次南极科考后，与“雪龙”号一起开创的极地科考新模式。“雪龙2”号在中山站外围冰区为“雪龙”号破冰引航，经验愈来愈成熟，且在第39次科考中又有了创新之举。

这是新遭遇的棘手难题而引发的：中山站外围陆缘冰冰雪较过去更厚，“陆缘冰最厚的地方达到了2.1米，冰上还有最厚0.8米的雪覆盖。”肖志民这位虽是“85后”而极地航海经验已颇丰富的“雪龙2”号船长告诉记者，“过去，中山站外围陆缘冰冰雪的厚度一般是1.5米左右，这也是当初设计时将‘雪龙2’号连续破冰能力确定为能破1.5米厚冰的依据，但没想到，这次我们抵达中山站外围时，突然发现冰厚大大超过1.5米了。”

按惯例，“双龙”抵达中山站外围陆缘冰边缘时，时任“雪龙”号船长朱兵和“雪龙2”号船长肖志民先乘坐船载的直升机，进行“冰海探路”——从空中鸟瞰陆缘冰情况，为“双龙”抵达中山站寻找一条相对冰情较轻且较为“直线”的航道。但这次他俩在空中发现：前往中山站的冰缘中还隔着3道由多年冰堆积而成的较宽的乱冰带，厚度达到四五米，“雪龙2”号开辟航道破冰变得十分艰难，几百米的乱冰带就可能要花费10个小时才能冲过去。万一不能按时将“雪龙”号引航到预定地点，势必影响后续考察任务的执行。

这厚厚的冰雪，重重压在本次科考队领队张体军、副领队徐宁和两位船长的心头。肖志民对全体船员说，“雪龙”号装载了1100多吨的各类物资，倘若不能及时卸货，首先就是我们“雪龙2”号的责任。全船形成了共识，甲板和机舱的党员同志纷纷参加应急值班，保障破冰和机电系统正常运行。这过程很煎熬，前后5天，肖志民都没有回船长室休息，盯在驾驶室里。

连续破冰遇阻，“雪龙2”号开始冲撞破冰。“双车倒车，功率30%！”驾驶员照船长的指令操作，“雪龙2”号先倒退2倍船身长，也就是300米左右，然后加大马力前进，冲撞冰层。为确保船体安全，每次以9节的速度冲撞，开始每冲撞一次可破碎冰层前进300至500米，随冰层变厚，后期每次冲撞只能前进几十米。

虽说此时已进入南极的初夏，但气候依然十分寒冷，开通的航路很快会再次冻结，“碎冰积攒起来后航道和粥一样，”肖志民说，“同一条航路，我们必须反复拓宽多次，确保航道有‘雪龙’号2个船体的宽度，不被卡住。”

当艏向冲撞破冰的效率变低时，考察队决定可以结束破冰，就在距中山站近20公里的预定卸货点卸货。但肖志民还有些“不甘心”，他想：在这个距离上卸货，增加了极地运输的距离，运输效率肯定大大降低。于是，他设想采用艉向破冰，控制吊舱角度，利用螺旋桨排出的水流冲刷船体，减小它和海冰的摩擦力，尝试继续破冰前进。

经考察队批准后，肖志民立即开始了艉向破冰的尝试，将船掉头后，发出指令：“左吊舱176度”、“右吊舱负176度”、“双车进车75%！”

“双车进车75%，已到！”大副陈冬林向肖志民汇报。船艉的两个吊舱排出水流分别冲向各自一侧的船体，强劲的水流在船体和冰层间如同润滑剂一样，大大降低了冰层对船体的挤压作用。“雪龙2”号就以这种艉向的方式2小时里前进了3海里多，使“雪龙”号的卸货点向前推进了5公里，提高了在中山站的卸货和运输效率。

包括这第40次赴南极科考，36岁就担任船长的肖志民，已经10次参加南极科考、8次参加北极科考，俨然是“年轻的极地老船长”。当初，他为什么选择了“极地航海”？肖志民笑答，他很喜欢集邮，集了很多船舶专题的邮票，就很向往大海的波澜壮阔，面朝大海春暖花开，南极北极更是充满了神秘感，一般人鲜有机会涉足，所以从上海海事大学航海技术专业毕业后就去了极地中心。其实，大海不仅有春暖花开，还有滔天巨浪。“我经历的船体最大的摇摆度是28度。”他笑着说，“船摇到这个程度，基本上桌上、床上所有的东西都在地上了。当船摇得这么厉害，当你第一次穿越西风带时，要说不紧张、不害怕，是不可能的。只是同现在的区别是，当时是为自己安全害怕，现在更多的是想到整个船队的安全和自己的责任。”

现在“雪龙2”号怎么穿越曾经让“向阳红10”号像一叶扁舟一样在惊涛骇浪中摔打的西风带呢？

“现在我们的科技进步了，极地航海也更安全了。”肖志民说，“西风带宽约1200海里，一个气旋接一个气旋，我们现在的气象预报手段可以帮助船从前一个气旋的尾部、趁下一个气旋还没有到来前穿过去。每次穿西风带的航法和时机都是反复论证的，绝不会冒进，人员和船舶安全都是放第一位。‘雪龙2’号有减摇水舱，现在我们穿越西风带时船体的摇摆一般不超过15度。”

航海自古就是经验学科。从2009年进入极地中心当实习水手开始，到2021年底成为“雪龙2”号船长，仅有短短的12年。肖志民坦言，这得益于船上“一对一”的传帮带传统，每一个岗位新的船员登船后，都会有一个师傅带，能尽快熟悉岗位职责。“带我的师傅是赵炎平船长，他的业务水平和管理水平都非常全面。我获得的不仅仅是业务上的经验，更多的是对事业的追求，以及为人处世的态度和考虑问题的境界和格局。”

正扬帆远航的中国第40次南极科考队，祝你们不辱使命、平安归来！