原標題:試航半月 “雪龍2”號高分通過“初考” 總設計師吳剛表示,“雪龍2”號對中國極地科考是一場“及時雨”,對建造重型破冰船將更有信心

吳 剛 1978年3月出生,本科畢業于華中科技大學船舶與海洋工程專業,碩士研究生畢業于上海船舶及海洋工程研究所,2000年7月進入中船七〇八所工作,現任七〇八所民船部主任助理,研究員。擔任“科學號”副總設計師,“向陽紅01”“向陽紅03”“東方紅3號”“雪龍2號”等多型國內頂尖科考船總設計師。2015年曾參加中國第31次南極考察。

吳剛 1978年3月出生,本科畢業于華中科技大學船舶與海洋工程專業,碩士研究生畢業于上海船舶及海洋工程研究所,2000年7月進入中船七〇八所工作,現任七〇八所民船部主任助理,研究員。擔任“科學號”副總設計師,“向陽紅01”“向陽紅03”“東方紅3號”“雪龍2號”等多型國內頂尖科考船總設計師。2015年曾參加中國第31次南極考察。

 昨日,上海,江南造船廠碼頭,“雪龍2”號總設計師吳剛站在剛剛交付的科考船前。新京報記者 王嘉寧 攝

昨日,上海,江南造船廠碼頭,“雪龍2”號總設計師吳剛站在剛剛交付的科考船前。新京報記者 王嘉寧 攝

中國第一艘自主建造的極地科考破冰船“雪龍2”號即將開啟南極首航。設計建造這樣一艘全新的極地科考破冰船,歷經整整十年。談及它的誕生,中船集團第七〇八研究所科考船設計專家、“雪龍2”號總設計師吳剛説,“對於‘雪龍2’號,三門考試(常規試航、科考試航、破冰試航)順利完成一門,後面還有兩門,希望最後的總分對得起逝去的老師張炳炎院士,對得起這麼多人加在一起的十年寒窗。”

“急需一艘更強大的極地科考船”

新京報:我們為什麼要建造一艘全新的極地科考破冰船?

吳剛:“雪龍2”號誕生前,我國唯一一艘極地科考破冰船“雪龍”號已經服役多年,它是由集裝箱運輸船經過多次改裝而成的。以“雪龍”號的破冰能力,只有等到夏季兩極冰川大面積融化時,才能到達考察位置,而且即使是夏季,也無法深入北冰洋中心區。由於船型和航次任務原因,“雪龍”號的科考與破冰能力都不足以滿足我們極地科考的需求,我們急需一艘更強大的極地科考船。

我國在南極有中山站、長城站等科考站,未來可能還會建立更多的極地考察站,最迫切需要解決的就是,我們怎麼去到那裏。科考船除了具備抵達科考站這一運輸功能外,它還是一個非常重要的海洋研究平臺,可以搭載很多科考設備,在海上進行長時間觀測。這是我們一定要造一艘全新的極地科考船的原因。

新京報:“雪龍2”號的設計方案是怎麼確定的?

吳剛:中國需要一艘新的極地科考船,這一想法早在2008年就已經醞釀成熟。當時,我也跟隨我的老師——如今已故的張炳炎院士,參與到項目的策劃中。2009年6月,國務院專題會議批准立項,正式啟動“雪龍2”號極地科考船建設項目,並確定由國內外聯合設計、國內自主建造。

任何一項大工程都要經過嚴格的論證過程,因為要對船的功能定位、船型、排水量、造價估算等進行系統的認證,每次遇到新難點,或提出自主創新的要求,都需要有針對性地進行調整改進。到2012年,我們基本上構思出了“雪龍2”號的需求輪廓。根據這個需求,形成了中英文招標文件,最終確定由芬蘭阿克北極公司和七〇八所對“雪龍2”號進行聯合設計。

新京報:國內外聯合設計,當時是出於什麼考慮?

吳剛:主要考慮是在缺少實船經驗和冰池硬體方面。國內沒有設計破冰船所需的“冰池”,“雪龍2”號作為我國第一艘新型極地科考破冰船,有很多有中國特色的特殊要求,需要結合國外冰池的船型研發能力來進行探索。

“雪龍2”號與一般可以批量建造的運輸船不同,它是一艘極其複雜的“特種船”,各種功能都需要根據實際情況來進行定制,所以我們一定要新造一艘船,而不是改造,更不能照搬國外已有的船型圖紙進行建造。

“最大難點是破冰與科考功能的兼顧”

新京報:整個設計過程中,最大的難點是什麼?

吳剛:“雪龍2”號是世界首艘擁有雙向破冰能力的科考船,整艘船最大的難點在於破冰與科考功能的兼顧。

對於破冰來説,船艏的傾斜角在一定範圍內越低越好,但“雪龍2”號也是一艘科考船,船艏傾斜角太低會導致航行的時候科考性能受到極大干擾。船艏壓低會帶來大量氣泡,一些科考裝備比如全海深多波束的表面是不允許受到氣泡干擾的,否則掃測數據會不準確。

經過大量實驗,我們最後為“雪龍2”號的船艏找到了一個最佳平衡角度,首次在船前部採用箱型龍骨的船底結構,實現了船底重要聲學設備避免氣泡和碎冰影響與航行經濟性之間的協調。這是決定船型最重要的一點,也是我們自己的一個專利設計。

新京報:從一艘不夠專業的極地科考船躍升到世界一流的極地科考船,主要體現在哪些細節?

吳剛:既要破冰航行,又要兼顧科考性能,在理念上“雪龍2”號就與其他船不同。而且,這艘船要以科考為主,科考是目的,破冰是保證,破冰是為了航行到有科考價值的海域。很多科學家期待新的科考船能把他們帶到那裏,在科考上也實現一個大的跨越。

在第31次南極航次中,我在船上看到,“雪龍”號上的科考人員需要手動操作採水裝置作業,效率很低而且很危險。在一次科考船論壇上,吳立新院士説:“我們希望我國的科學家能在船上喝著咖啡,坐在實驗室裏,拿到他的海水樣本。”所以我們在“雪龍2”號上進行了很多減少人工的改裝,比如加大尾部作業的自動化程度、船體的智慧程度等。

在“雪龍”號上生活過以後,我們對科學考察實驗室的佈局、防寒加熱區域,哪些地方需要加溫防寒,哪些地方需要加強通訊,都有一個切身的體驗。在“雪龍2”號上,針對船上人員的生活起居做了很多人性化的設計,比如房間加熱設施、窗戶雙層保溫、室內防滑處理、淡水的充足供給等,讓大家工作得更舒服。

200多臺套設備試航半個月通過“初考”

新京報:交付使用前,“雪龍2”號進行了哪些測試?

吳剛:5月31日開始,“雪龍2”號進行了為期半個月的試航,46個大系統200多臺套設備在海上進行測試驗收,包括船舶操縱性能試驗、一人橋樓試驗、電力推進系統試驗、DP2動力定位系統試驗、無人機艙和智慧機艙試驗、艙室振動噪聲測量試驗、水下輻射噪聲測量,以及部分科考系統和實驗室功能試驗,可以説高分通過了“初考”。

新京報:“雪龍2”號的誕生,對我國極地科考事業有什麼重要意義?

吳剛:“雪龍2”號既承載和實現了近40年國內業界所做的諸多儲備研究工作,也為未來可能的航線開道、科考救援等任務打下了基礎。可以説,“雪龍2”號對中國極地科考領域是一場“及時雨”。

我們花了10年時間來設計建造這艘船,大大拓展了目前極地科考的範圍,能夠前往極地更中心海域,也不再只能將科考集中在夏季,春秋季節也可以前往。而且有了這10年的積累,我們在規範、設計、建造、材料、設備各方面對造一艘科考破冰船有了全新的認識。未來,我們對建造重型破冰船將更有信心。

要抵達中國中山站——我們測算過——至少需要破1.5米厚度的冰,這就是現在“雪龍2”號的破冰能力。這裡所説的“破冰”,是一個連續破冰且有夾雜多年冰的概念,涉及船型、主機功率、船的螺旋槳、撞擊能力、造價等各個方面,在整個設計上會完全不一樣。

2015年初,我親身經歷了70多天的南極之行。當時坐著“雪龍”號去南極,因為船的局限性,一次四五個月的航程,真正科考時間卻只有半個月。時間窗口沒法拉長,就無法看到很多新的生物季節變化等科學現象。所以,科學家們對全新的“雪龍2”號是非常期待的。  ——吳剛