极地科考船
科学技术的进步与气候环境变化使得人类探索极地的兴趣和热情与日俱增。在国家层面上,美国、俄罗斯、德国、英国和澳大利亚等主要极地考察国家,都对南极或北极提出了较为明确的极地战略,并以国家立法的形式确定了相关的配套措施和行动计划。各国纷纷设计和建造新一代极地科考破冰船,总体呈现破冰能力更强、船舶大型化、科考装备更先进、造价更高的局面。
极地科考船的发展方向包括重型破冰：发展重型破冰船(1.5米以上),提高破冰能力；功能综合化（实验室采用模块化设计、功能齐全探测设备、特种深潜器布放回收、冰下深水钻探、直升机航道设备布设）；作业智能化（动力定位方便作业、海洋监测信息实时远程传输、船舶智能综合管理、水下潜器协同作业）；船舶舒适化（柴油机+电推降低振动噪音、抗寒保温、科考+邮轮功能）。据统计,世界主要国家计划建造或正在建造极地新型科考船。以新建船舶投资为指标,评估科考船在破冰性能、科考功能、设备性能的综合水平,如图7所示。加拿大海岸警卫队计划新建John G. Diefenbaker号极地科考船,破冰能力2.5m,投资最多。美国海岸警卫队计划新建3艘极地科考船,破冰能力为3米以上, 耗费巨资用于船舶研发。相比之下,我国新建极地科考船“雪龙2”号投资不占优势,再考虑到船舶主机、通讯导航设备与科考设备依赖进口等因素,我国极地科考船舶研发还应继续加大科研投入。
图7：新建极地科考船的投资对比
极地运输船
极地运输重点关注北极东北航道，西北航道仅存在少量商业航行。从北极航道发展趋势来看,多用途船、油船、LNG船、集装箱船将成为未来极地海域内的四大主力运输船型。极地多用途船方便、灵活、装卸效率高, 适用于北极初期的货运市场发展,德国、俄罗斯、中国等普遍采用极地多用途船试水北极航道。北极海上油气开采对极地破冰型油船与LNG船的需求增加, 例如俄罗斯亚马尔项目订造15艘破冰型LNG船，夏季通过东北航道运输LNG到东亚,其他季节运输LNG到欧洲,从而实现北极资源的全年运输。亚欧集装箱航运贸易是世界集装箱运输贸易的重要组成部分,中国为起点的货运量占比超过70%,未来中国在北极航道对集装箱船存在较大需求。
如表1所示，目前极地多用途船的最高冰级为PC6，隶属俄罗斯诺里尔斯克镍公司(Norilsk Nickel MMC),其余船型普遍采用PC7冰级。按船东国统计,德国拥有的极地多用途船数量最多,其次是荷兰与俄罗斯。目前极地油船最高冰级为PC4，仅有1艘,PC7冰级船舶数量最多,70%以上极地油船的船龄超过10年,未来有更新换代需求。按船东国统计,极地油船数量最多国家是希腊,其次是俄罗斯,北欧国家也有小批量极地油船运行在北海与波罗的海。极地LNG船是最近开发北极资源新研发的船型,冰级不低于PC7的极地LNG船总共有17艘,希腊船东拥有最大份额,约为53.44%,其次是加拿大与中国。我国极地多用途船与极地LNG船的数量较少, 极地油船仍是空白。
表1：各国拥有的极地运输船(含在建船舶)
(来源: Clarkson 2017)
极地邮轮
极地邮轮是极地旅行的最主要方式,长期运营在地球最为偏远的地区，频繁穿越最恶劣的海域和厚冰层, 其安全性、舒适度、豪华度、环保等均有较高要求。俄罗斯投入北极旅游市场运营的破冰船只有4艘,据加拿大海洋警卫队统计, 每年约有2000名乘客乘坐邮轮航行于西北航道。
邮轮设计与建造技术长期被欧洲国家封锁。按建造完工总吨位排序,依次是德国、芬兰、法国、挪威、意大利,见表2。极地探险邮轮设计仍是我国短板, 我国船厂刚刚起步开始建造邮轮船壳。我国在 2017 年获得首艘极地探险邮轮订单,美国Sun Stone Ship公司与招商局工业集团有限公司签署4+6艘建造冰级探险船的框架协议，芬兰企业负责内部设计,由挪威企业负责提供所有设备组合并监督船舶建造,挪威HVAC承包商提供全船空调通风及冷藏系统的设计、设备、控制以及系统调试。由于探险邮轮需求远远超过现有运力,现有船队的老龄化制约了其扩张计划,对于运营商而言订造新船是其唯一选择。我国有必要研发设计极地探险邮轮，弥补高端船舶制造的空白, 抢占高技术高附加值船舶国际市场。
表2：各国建造的极地邮轮（来源：Clarkson 2017）
5 极地船舶未来技术发展的若干思考
1．积极参与国际海事组织的各项规则制定，在规则制定上掌握主动权和话语权，最大化地实现其经济利益；摆脱被动适应新规则的局面，同时也要加快推进我国极地船舶规范建设与研究。
2.攻克极地船舶上的技术难题，健全相应配套设备，争取尽快实现极地船舶设计建造及关键配套设备自主化的目标。同时着力发展绿色极地船舶技术，掌握高端极地船舶技术核心内容，注重相应基础技术的研究，提升市场竞争力。争取早日在船体结构、船体材料、抗冰涂料、推进系统和辅助破冰系统领域，尤其在极地高冰级大功率吊舱推进器的研发方面，加快推进国内极地高冰级大功率吊舱推进器开发和产业化进程，全面完善极地船舶配套设备。
以极地科考船为牵引，带动冰区船舶的设计建造。集中相关单位的优势力量，成立极地破冰船专业团队，以共性基础技术研究为突破口，建立一盘棋的协同创新工作机制，不断推进高冰级极地科考船、极地运输船、极地邮轮、极地油船等重点船型发展。支持科研院所建立大型冰水池，突破冰水池试验技术、冰载荷预报、航行性能预报技术与实船测试技术，解决极地新型船舶研发的瓶颈问题。进一步支持极地船舶自主设计、建造与配套技术的研发，提高极地船舶设计建造的国际影响力。支持侧向破冰和激光破冰等新兴技术的发展，提高破冰效率，引领极地破冰技术与船型发展。
3.大力培养极地船舶设计建造、操纵及管理等方面的人才，同时加强与各国之间的学术交流，为极地船舶实现自主研发提供坚实的后备力量。创新商业模式，不断推进冰区船舶建造业务。通过创新商业模式，吸引社会资本参与极地科考船建造，如运用融资租赁模式，将极地科考船的所有权、管理权和使用权分开，所有权隶属于出资建造单位，管理权交给专业人员，使用权交给国家科考主管部门，达到整合船舶资源、专业团队管理、综合共享使用的目标。同时，构建系列化科考船船队，通过专业定位和分工，既能实现科考船之间功能互补、优势倍增的目标，也满足对船型建造的规模经济要求。
对于我国而言，要积极实施极地战略，首先要先发展适应本国需求的极地船舶。目前我国极地船舶总体处于联合设计与引进阶段，虽然我国在极地船舶的设计研发上取得了一定的成绩，但距离世界先进水平仍存在一定的差距，高冰级船舶缺乏独立研发能力，特别是极地船舶设计中一些核心关键基础问题仍未解决，严重制约了我国极地船舶研发建造能力。为了推动冰上丝绸之路建设, 提高极地事务的国际话语权和影响力, 维护我国极地权益, 迫切需要大力发展我国极地船舶装备, 集中力量、统筹规划、集智攻关, 积极缩小与世界先进水平之间的差距。（船电技术）
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