“雪龙2”号是我国首艘自主建造的极地科考破冰船，也是全球第一艘实现双向破冰、配备智能船体和智能机舱的极地科考船。其成功交付和使用，不仅标志着我国在极地船舶设计建造领域实现了从“跟跑”到“并跑”的跨越，也为我国极地考察，特别是实现南极考察由夏季考察向秋冬季考察拓展，提供了强力保障。

近日，负责设计“雪龙2”号的中国船舶集团有限公司第七〇八研究所新一代极地科考破冰船研发团队，因贡献突出被评为中国极地考察先进集体。

从“跟跑”到“并跑”

打造极地考察“重器”

“雪龙2”号可以说是七〇八所新一代极地科考破冰船研发团队的“处女作”。

“我们团队原来是中国工程院院士张炳炎牵头的一个学科团队，一开始组建就是为了把这条船造出来。”中船集团首席专家、“雪龙2”号总设计师、七〇八所新一代极地科考破冰船研发团队负责人吴刚回顾，“‘雪龙2’号从2009年获批立项，到2019年7月交付，再到首航南极，历经十年磨一剑的历程。团队是伴随着‘雪龙2’号成长起来的。在我们眼中，‘雪龙2’号并不是一艘冰冷的、钢铁构成的船，而是有血有肉的，这里面有我们的青春和心血。”

由于创新采用了船艏船艉双向破冰技术，“雪龙2”号成为全球第一艘前后都可以破冰的极地科考船。它能在1.5米厚的冰层上以2至3节航速连续破冰航行，艉向也可以突破冰脊，还具备在极区原地360度自由转动的能力。这意味着，“雪龙2”号在行驶中掉个头，只需要半个小时，这样的灵活性较传统破冰船大大提高，在遇到难以突破的冰层时，“雪龙2”号可以凭此脱离困境。

“雪龙2”号还是国际首艘获得智能船舶符号的极地科考破冰船，配备了智能船体和智能机舱。因此可以通过对船体结构实时进行应力监测，判断其航行的安全程度，长期积累的数据可梳理出一套原位数据库，有助于进行船舶健康监测和健康管理。

作为极地科考重器，“雪龙2”号还装备了国际先进的海洋调查与观测设备，可实现科考系统高度集成。其中，船体中部设计的“月池”通海井，即使调查区域全冰覆盖，科考人员也能通过“月池”安全释放科考设备，极大提升了冰区作业的安全性和科学性。

此外，“雪龙2”号融合了国际新一代考察船的技术、功能需求和绿色环保理念，具备全回转电力推进系统。全船发电机组均配备了废气清洗系统，注重对极地环境的保护。该船满足无限航区要求，具备2万海里续航力、60天自持力，能搭载2架直升机，为极地科学考察提供了坚实平台。

据了解，国际海事组织将破冰船的破冰能力分成7档，从PC1到PC7，其中PC1级破冰能力最强，PC7级破冰能力最弱。“雪龙2”号的破冰能力是PC3级，属于中型破冰船。新一代极地科考破冰船研发团队用十年时间，走完了发达国家三十年的技术进阶之路，成功从“跟跑”追赶到“并跑”。

在一线实践锤炼

携手“破冰”探路

研发极地科考破冰船，与以往设计船舶有什么不同？

“核心设计难点在于‘冰、寒、科考’三大挑战的协同兼顾。”吴刚说。

破冰方面，双向破冰对船体结构和推进器强度要求极高，必须满足PC3级强度标准；防寒方面，极地海上最低温度达零下30摄氏度，全船设备和管系需经过周密防寒设计，确保在极地低温环境下能可靠运行；科考方面，船体紧凑布局中要高度集成多学科科考设备，必须在所有专业需求与船舶系统、设备配套之间找到最佳平衡点。

团队在研发建造“雪龙2”号的过程中，遇到了许多亟须攻克的技术难关。例如，首制船重量重心精确控制的问题。在船舶建造前的设计阶段，就要对船的重量和重心进行预估和控制，这直接关系船舶安全。但“雪龙2”号的建造没有先例，更没有建造数据、估算公式，要准确预估重量、重心非常难。

为此，团队联合江南造船厂，一方面研究建立了一个标准统一的重量重心统计流程和控制范围，要求大家在每个过程中严格执行。从初步设计预估阶段，到详细设计送审阶段，再到船厂生成设计建造阶段，逐步提高精度、缩小误差，进而做到心中有数，迭代优化。另一方面，团队根据统计结果，开展动态评估，把压载水舱、固定压载等各种方案综合运用和评估，最终在试验阶段实现了一步到位——没有占用过多的压载水就调整好了船体的重心、浮态，为船舶增加有效载重量、提高续航力做到了精益求精。

由于“雪龙2”号主要在极地冰区航行，设计中还必须解决破冰艏和侧推孔产生的碎冰、气泡可能干扰船底换能器这一难题。换能器是科考船底部的一个探测物，如果被冰和气泡干扰，就无法正常发挥作用，等于让“雪龙2”号这艘科考船废了大半武功。吴刚根据以往担任总师研发设计海洋综合科考船的经验，结合破冰船常有的止冰前趾，提出了设计安装首部下沉式船底导流罩的攻关思路。经研究和创新，包住换能器的导流罩发挥了既能将大部分碎冰和气泡从罩子周边导流走，又不干扰底部换能器的作用，这也成为团队的一项核心研发专利。

十年间，新一代极地科考破冰船研发团队成员接续奋斗在极地考察一线，在现场积累科研数据、淬炼解决问题的真本领，随着新一代科考破冰船的设计研发、应用和运维而不断成长。

环境适应性技术学科负责人刘志兵正是其中一员。在中国第41次南极考察罗斯海航次中，作业区气温骤降至零下26摄氏度，部分设备系统因首次在超出原始设计要求的环境下运行而突发故障。危急时刻，刘志兵和团队成员连夜攻坚，剖析故障根源，反复推演并优化调整应对方案，迅速出台了精准的紧急处置措施，制定了包含防寒加固在内的长效预防机制。在中国第42次南极考察秋季南极普里兹湾联合航次中，船舶实现全程平稳运行，彻底清除了低温故障。

试验验证技术学科负责人杨素军介绍：“极地装备原位试验是性能鉴定的关键环节。在开展极地船舶原位试验系统实船安装及验证工作时，该系统的测量设备受极地海区高湿、低温、盐雾等影响，设备固定、布线密封、防风抗浪均成为巨大挑战。”为此，他带领项目组白天安装设备，晚上集中处理遇到的问题并部署第二天工作，奋战5天，最终赶在“雪龙2”号离港前一天完成安装。目前，设备运行稳定，在“雪龙2”号上首次实现船舶典型部位覆冰和覆雪厚度监测，为探究环境条件与覆冰特性形成提供了数据支撑。

一条船的研发设计成果，在实践运用中转化成一个领域的体系、标准。从2015年起，团队派出多名技术骨干先后深入极地一线，通过“实验室仿真+极地原位实测”深度融合，系统记录了极地破冰船在密集浮冰区的航行参数，采集了冰层厚度、船体振动、推进器负荷等关键数据3000余组，为船型优化提供了科学依据。

2019年，“雪龙2”号首航南极期间，团队通过实船破冰试验，完整获取了双向破冰过程中船艏、船艉的冰载荷分布规律，验证了设计阶段数值模拟的准确性。此次任务形成的《极地船舶实船破冰试验方法》，成为我国首部极地船舶行业标准，填补了国内空白。据统计，在“雪龙2”号研发设计过程中，该团队形成了30多项专利技术。

创新研发模式

向极地装备“金字塔顶端”迈进

“一开始，团队是按照常规的船舶工程专业来分工的，后来发现，极地装备的自主研发，需要从各个方面创新突破，包括团队学科的构成。”吴刚说。

不破不立。随着极地科考破冰船研发的深入，团队改变传统模式，根据自主创新的更高要求细分环境工程表征、总体构型与性能预报、结构设计与安全评估、高冰级大功率推进、装备环境适应性、装备试验验证、极地环境作业保障、极地智能决策、极地通信导航探冰、新材料与建造运维等10个学科方向开展技术攻关和能力建设。新一代研发团队就这样建立起来了。

吴刚说，在他看来，这个“新一代”有3层含义——团队主要成员是接过院士旗帜的新一代；在设计理念、学科重塑上，是不同于传统专业分工和思维模式的新一代；团队研发的极地装备是在传统船舶特征上的迭代升级，是更为强劲可靠和智能先进的新一代。

当前，团队已形成轻型和中型破冰船的设计研发能力，正加紧攻关重型破冰船，向极地装备“金字塔顶端”迈进。

“我们要用较短的时间去赶超，就得在研究范式上创新。”吴刚深感时间紧迫，“环极地国家研究了100多年才取得的成绩，我们只有通过数字赋能来赶超，用新的装备研究范式去加快推动能力生成。”团队将联合国内优势单位，通过构建三位一体“铁三角”——内外场中试、实船原位试验、数字仿真试验这三项数据相互驱动，快速弥补我国因极地装备现场实装经验缺乏迭代而难以完成成熟度应用“最后一公里”的短板，加快提高装备自主化、实装化和产业化能力。

崔濛是极地环境工程表征学科负责人。为进一步拓宽极地装备的准入与作业窗口期，他与学科团队深入调研国内极地环境多源感知数据的前沿现状，首次融汇“极地装备设计”与“遥感测绘”的交叉学科优势，以装备设计参数和安全裕度为核心驱动力，创新性地建立起一套极地环境数据统计分析与工程表征方法，并成功开发出“数字冰场”系统。该系统不仅为极地装备的前端开发与航行风险精准识别提供了强大的数字化支撑，更为我国孵化下一代极地科考“大国重器”奠定了坚实的理论与技术基础。

作为高冰级大功率推进技术学科带头人，方斌负责研发破冰船的“心脏枢纽”动力推进系统。面对设计、制造、试验“三重”空白，他与学科团队联合行业力量，系统开展冰区轴系设计及装备集成攻关，溯源冰激励载荷谱，确立安全设计准则，推动样机从图纸走向台架，实现冰区轴系装备国产化“零”的突破。

2015年随“雪龙”号赴南极考察时，吴刚曾在结冰的楼梯上狠狠摔过一跤。这一“摔”，促使他带领团队在“雪龙2”号设计中系统提升了防寒与除冰能力。而“摔”出来的成果远不止于此：吴刚还带领团队在防寒设计和设备验证上建立了一套实验设施，联合中国船级社、中国极地研究中心等单位打造“远东防寒实验室”，运用“雪龙2”号的设计、建造和应用经验，为未来破冰船舶建设探路，并制定行业领域标准规范。

“一艘船相当于一座海上城市，尤其是极地破冰船，系统更加复杂多元，这就需要研发团队善于接受新事物，时时能创新，人人愿创新。”吴刚表示，老一辈的毕生积累为团队奠定了坚实基础，确立了“引进—消化吸收—再创新”的研发模式。接下来，新一代研发团队将不懈探索创新、锐意进取，为填补我国极地装备空白、提升极地科考保障硬实力不断打造精品工程。