3 全球极地船舶技术发展现状
任何一个国家，要想实施极地战略，必须首先发展适应自己的极地船舶装备。以南北两极的极地船舶为例，总体上可分三类，一是以北极为目的地的开发和运输，二是跨北极的过境航行，三是在南北两极开展的科考调查和研究。这三类代表了不同国家不同阶段对于极地船舶的主要需求。
1）资源开发与运输是极地船舶发展的主要动力。北极油气储量巨大，目前全球未开发油气储量的1/4均分布在北极地区,北极还有丰富的煤炭资源，估计占世界煤炭资源总量的9％,除了这些不可再生资源外，北极地区还有丰富的渔业、水力、电力、森林等可再生自然资源。
油船方面，受极地资源开发及运输带动，冰区油船的破冰等级和载重量有增大趋势，目前船只数和总吨位最大的还属1A冰级(PC7)的阿芙拉型油船，未来波罗的海油船吨位将可能从10万载重吨提升到27万载重吨。
天然气运输船（LNG）相对于油船，因天然气及其液体的能量密度很低，和石油相比，故其运输成本大大增加，但北极油气资源相当大的部分为天然气和天然气液体，因此冰LNG运输船会是造船界的新宠，但设计和建造风险极高。
此外，针对加拿大海上补给和矿石运输的需求，为矿区运输贵重矿石和补给的灵便型散货船以及可用于铁矿石出口的好望角型散货船也在未来需求之列，除此之外，具备高等级冰区加强的多用途船、集装箱船和模块运输船的研究和设计也在加紧进行。
2）节省油耗、降低排放的北极航线催生冰区加强型船舶。北极航线包括“东北航线”、“西北航线”和“中央航道”。中央航道冰情恶劣，目前还未有商船通过的记录。东北航线NSR(又称北海航线Northern Sea Route)，从巴伦支海的摩尔曼斯克沿着西伯利亚海岸到达白令海峡和远东的北极水域，它是连接大西洋和太平洋间的海上捷径，也是联系欧亚两地海上的最短航线，该航线目前商业运作较成熟；另一条西北航线，以白令海峡为起点，向东沿美国阿拉斯加北部离岸海域，穿过加拿大北极群岛，直到戴维斯海峡，目前该航线己开始尝试商业运输。目前东北和西北两条航线更接近地球表面上两点的最短连线，是连接太平洋北部与大西洋北部最短的航线。与绕道苏伊士运河相比，从东北亚地区驶往欧洲的货船取道东北航线大约可节省20％的燃料费用，同时可避免海盗风险，无须缴纳运河通行费，缩短近10天的运输时间。可以预计，北极航线一旦全面贯通，全球海上运输格局将面临重大变革，从而导致国际分工和产业布局发生连锁反应。
北极航行的商业运作取决于利润和风险的评估，破冰船引航费用、破冰功率增加导致油耗的增加、动力装置加强导致的投资增加、破冰结构导致结构重量增加载重量减少以及防冻设计导致建造成本增加和极地运输货物保险增加等等将是制约船东目前决策的主要因素。对于我国而言，目前来自俄罗斯的石油、天然气能源输入较多的采用管线运输，北极航线船舶运输的货品主要还是矿石、零散的大件货和包装货。
3）极区环境和资源调查的迫切需求加快各国更新极地科考破冰船。近年来，各国开始建造或计划建造第二代极地科考破冰船，这些国家包括俄罗斯、德国、挪威、澳大利亚、美国、韩国和南非等。总体上说，新一代极地科考破冰船的特征为破冰能力更强大以及船体规模大型化。以欧盟最新投资的“北极光”号科考船为例，该船投资巨大，建成后将达到2.5米的破冰能力。2019年7月11日，中国历经十年自主建造的第一艘极地科考破冰船“雪龙2”号在上海正式交付，它是全球第一艘符合国际极地最新规则的极地科考船，也是世界上第一艘采用船艏和船艉双向破冰技术的极地科考破冰船。
4 极地船舶主要装备
极地船舶最开始是作为航海探险之用，经过数百年的演变，如今极地船舶已经发展成为涵盖极区油船、极区LNG船、极区散货船、极区集装箱船、极区海洋工程船及极区破冰船等多功能全方位支撑极地探险、航运和科考的装备体系。其中，极区散货船主要以灵便型散货船和好望角型散货船为主；冰区油船主要以原油船、成品油船为主；极地破冰船主要以常规破冰船、多用途破冰船、科考船等为主。
图3：极地船舶类型
为抵御极地环境风险, 极地船舶及设备应具有足够的极地水域操作能力,包括：船体结构和推进系统满足适当的冰级要求、推进功率和机械设备在有冰水域移动能力、船舶设备具有经受低气温和结冰状态能力、船舶通导设备适合预定高纬度区域航行、船舶应急设备和系统具有在偏远区域应急响应能力。极地船舶按 国际船级社协会（IACS）冰级要求包括 PC1～PC7，如图4所示。随着极地活动增加,极地船舶类型几乎涵盖所有主流船型。
图4：极地船舶冰级（来源：CCS polar ship guidance）
极地破冰船
根据船舶功能,破冰船包括专业破冰船,还包括具有重型破冰能力的科考船、三用工作船、平台供应船、拖船和救助船等。其中，三用工作船适用于海洋平台的物资供应、抛起锚、平台托运等多种作业,受到环北极国家大力欢迎,其船舶数量最多。随着北极以及亚北极的海上油气开采增多，俄罗斯、美国、瑞典等纷纷建造更大功率的重型破冰三用工作船，2016年俄罗斯建造了3条重型破冰三用工作船,其连续破冰能力超过3米,用于巴伦支海油气工程作业。
根据美国海岸警卫队（USCG）2017年统计,环北极国家中除冰岛、丹麦外, 俄罗斯、加拿大、美国、芬兰、瑞典、挪威都拥有强大的破冰船队。对于主机功率大于1万马力的破冰船，各国破冰船(不含极地科考船)数量对比如图5所示。全球现有83艘,在建13艘,计划建造21艘,总共117艘。俄罗斯、芬兰、瑞典、加拿大、中国和丹麦属于第一阵列, 拥有的破冰船分别达到44 艘、10 艘、7 艘、6艘和 4艘。俄罗斯数量最多,也是世界上唯一拥有核动力破冰船的国家,核动力破冰船现有7艘，正在建造3艘，目前2艘正在研发中。
我国目前拥有4艘破冰船,分别为“海冰722”、“海冰723”、“雪龙1”号和“雪龙2”号，其中雪龙号属于极地专用破冰船。2019年7月11日，中国历经十年自主建造的第一艘极地科考破冰船“雪龙2”号在上海正式交付，它是全球第一艘符合国际极地最新规则的极地科考船，破冰能力强，达到PC3级，配备2台7.5兆瓦吊舱推进器和DP-2动力定位系统，能以2～3节的航速连续破1.5米厚冰层加0.2米厚积雪的能力，满足无限航区包括极区航行和作业的需求。2020年7月15日，由自然资源部组织的中国第11次北极科学考察队搭乘“雪龙2”船从上海出发，执行科学考察任务。这是“雪龙2”船继顺利完成南极首航后，首次承担北极科学考察任务。
图5：破冰船数量对比(来源: USCG)
按船龄统计，各国共有56%破冰船的船龄在20年以上，如图6所示。破冰船已进入更新换代期，未来船舶工业研发建造破冰船将大有可为。随着南北极活动的增加,各国正在改造船舶,提高船舶破冰性能与安全性，俄罗斯、加拿大、美国、德国等也正在加紧设计建造更大功率的破冰船。
图6：破冰船船龄分布
俄罗斯作为世界上拥有最多破冰船的国家，其破冰船发展特点很大程度上代表着全球发展趋势。纵观近年来俄罗斯破冰船的发展，呈现以下三个特点：核动力技术优势显著，已成未来发展的必然趋势。由于破冰航行对推进能力要求较高，核动力推进系统因其强劲的推进功率而具有巨大优势。极地港口相对较少，燃料补给较为困难，核动力破冰船不必频繁对燃料进行补给，且节约了燃料所需的空间，便于配置更多的科考及作业装备。经济性方面，美国海军研究表明，核动力破冰船全寿期费用与常规动力破冰船基本相当，因此在其极地战略规划中也提及了核动力破冰船的相关计划。由此可见，核动力技术在破冰船领域的应用已成为其未来发展的必然趋势。
迄今为止，俄罗斯在核动力破冰船技术上遥遥领先，且是世界上唯一拥有核动力破冰船的国家，发展有四代五型核动力破冰船。其中包括第1代核动力破冰船“列宁”号，第2代核动力破冰船“北极”级和“泰米尔”级，第3代也是目前建成最新一代的核动力破冰船“LK-60”级，以及已经开始研发工作的第4代核动力破冰船“领袖”级。
2020年7月6日，世界上功率最大的核动力破冰船“俄罗斯”号10510型领袖级破冰船在俄罗斯滨海边疆区船厂举行了该船的第一次钢板切割仪式，俄罗斯原子能集团（Rosatom）旗下核动力破冰船公司（Atomflot）于2020年4月与远东红星造船厂签署了该型破冰船的建造合同，该船将于2027年交付使用。领袖级核动力破冰船将配备由国家原子能集团公司专家研发的两座RITM-400型核反应堆，其总功率将高达120兆瓦，这将使该船可以对抗厚度超过4米的冰层。该型核动力破冰船的投入使用将使国家核动力破冰船队公司能够保证在北极东部海域的安全和正常运营，并能在北海航线水域提供全年航行服务，为高纬度商业航线开辟新的机会。
破冰船开始配备武器，功能走向军用化。俄罗斯最新建造或设计的破冰船均配备了先进的武器系统，如23550型“伊万·帕帕宁”号破冰船搭载了1门AK-176MA型单管76毫米舰炮，8枚NK反舰导弹，可安装专为北极作战研制的“道尔-M2DT”防空导弹，且预留了集装箱式巡航导弹的安装阵位，甚至还计划加装功率为30～200千瓦的高能激光器，从而反制空中优势和导弹攻击。美国则计划在新建6艘破冰船上安装机枪、舰炮和导弹等武器装备。这标志着未来破冰船已不仅仅是用于破冰护航的民用船只，而且还是未来极地作战、资源争夺、战略部署的重要装备。
破冰船建造中开始广泛使用模块化技术。俄罗斯“领袖”级破冰船作为世界最新型破冰船，对研究其技术发展极具代表性，其采纳了“开放船尾”的新理念，将破冰船视作海上平台而并非传统意义上专业化作业船。“领袖”级船尾是自由舱，可依据任务需要搭载不同的作业模块，其中包括反潜装置、导弹、火炮、以及无线电或潜水设备等特种集装箱模块，快速完成多种功能之间的转换。
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