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第40次南极科考,“雪龙2”号第一次拨钟!这艘国产科考船上有哪些“黑科技”?

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-11-07 09:50:51

11月1日,上海中国极地考察国内基地码头,中国第40次南极考察正式启航。中国电科技术团队随中国第40次南极科考队再次奔赴极地。本次出征11名工程师作为中国第40次南极科考队队员,将承担卫星通信、天线系统安装调试、电子工程等科学考察技术保障任务,助力国家极地科考事业。

中国第40次南极考察将历时5个多月,考察任务首次由3船保障,“雪龙”和“雪龙2”号船从上海出发,主要执行科学考察、人员运送和后勤补给任务;“天惠”轮货船从江苏张家港出发,主要承担新科考站建设物资运送任务。考察队由来自国内80余家单位的460多人组成,将围绕气候变化对南极生态系统的影响与反馈开展调查,并积极开展国际合作。本次考察最突出的亮点,是建设罗斯海新站。新站是新时代我国建立的第1个常年科考站,是继长城站、中山站之后第3个常年考察站,是我国在南极的第5个考察站,也是首个面向太平洋扇区的考察站。

我国南极科学考察回顾

第40次南极科考,“雪龙2”号第一次拨钟!这艘国产科考船上有哪些“黑科技”?

极地科学考察是一个国家综全国力和科技水平的具体体现。在我国开展极地考察项目不到30年的时间里,已经取得了令世人瞩目的成就。这种成就反映了改革开放给我国带来的经济迅速发展、综合国力大大增强的崭新面貌。南北两极科学考察站的建立,为我国今后极地考察事业发展奠定了基础。

南极位于地球的最南端,是人类文明最晚接触到的一块大陆。自19世纪人类发现南极以来,各国探险家就没有停止过探索南极的脚步。南极这块从未开发过的神秘大陆,无时不在吸引着人类的目光。进入20世纪后,南极更以其丰富的矿产资源和战略价值,吸引了众多国家政府组织的考察活动。中国政府也积极加人到南极考察的行列中来,至今已组织了26次南极科学考察,并在南极建立了3个固定科学考察站。

中国南极考察起步十分艰难,上世纪80年代初我国相应的经济技术条件远远落后于西方国家,借鉴国外先进经验成为最佳选择。

1979年12月~1980年3月.应澳大利亚方面的邀请,中国首次派出两名科研人员赴澳大利亚设在南极的凯西站,进行综合科学考察与访问,迈出了中国考察南极的第一步。此后,新西兰、日本等国多次邀请我国科学家在南极考察站协同工作,这些考察为我国培养了一大批优秀的南极专家,为日后在南极建站打下了基础。

1981年1月20日,国家南极考察委员会成立,南极事业的机构建制逐步完善。1983年5月6日,国家科委、南极委等部门联合向国务院提出了《关于我国南极科学考察的筹备工作报告》,对未来南极考察的“六五”和“七五”计划提出了总体设想。6月8日,中国驻美大使章文晋向《南极条约》保存国美国政府递交了加入书,中国正式成为《南极条约》缔约国之一,为进一步挺进南极提供了法律依据。

中国的南极事业真正大规模开展是在1984年。经过5年多考察研究,中国已具备了建立自己的考察站、独立开展南极研究的能力。成为《南极条约》协商国、参与南极事务的决策早已成为全国人民的强烈愿望。1984年2月,“我国首次南大洋和南极考察总体方案论证会”召开。6月,首次南极组队考察被批准.相关筹备工作快速进行。11月20日,中国首次南极考察编队(591人)乘“向阳红10号”和‘4121”号考察船从上海启航赴南极洲建站并进行科学考察。12月31日,考察队登上南极洲乔治王岛,中华人民共和国国旗第一次插上了南极洲。1985年2月20日,中国在乔治王岛上胜利建成中国第1个南极科学考察基地一一长城站。10月7日,在布鲁塞尔召开的第13届南极条约协商国会议上,中国被接纳为《南极条约》协商国成员。从此我国对南极事务拥有了发言权和决策权。继长城站建立后,我国又于1989年2月在南极拉斯曼丘林地(南极圈内)成功建成第2个科考基地一-中山站。

中山站建成以来,中国南极考察“八五”、“九五”、“十五”能力建设和国际极地年(IPY)项目以及一部分国际合作项目都得到了这一平台的有力支撑。特别是中国开展南极内陆冰盖考察的10余年来,中山站更是发挥了桥头堡的重要作用。

2009年1月27日我国第一个南极内陆科学考察站、同时也是我国第3个南极科考站昆仑站,在南极内陆冰盖的最高点冰穹A地区胜利建成。昆仑站的成功建立,标志着我国已成功跻身国际极地考察的“第一方阵”。从1984年至今,我国南极考察事业飞速发展,取得了令世人赞叹的科研成果,培养了一大批极地科研人员和后勤技术队伍,通过他们的艰辛工作,在短短20余年中使我国极地科学考察研究工作跨了三大步,将100年的差距缩短到零的距离。

到 2010年止,我国已组织了26次南极科学考察,向南极派出3500多人次的科学家和保障人员。通过这些极地考察,我国获得了大批宝贵的数据、资料和样本,并由此产生了一批具有困际领先水平的科研成果。

中国第40次南极科学考察

第40次南极科考,“雪龙2”号第一次拨钟!这艘国产科考船上有哪些“黑科技”?

罗斯海是人类航海所能达到的地球最南的海域。中国第40次南极科学考察队1日从上海出发,开启为期5个多月的科考征程,并将在这里建设中国第5个南极科考站——罗斯海新站。罗斯海是南太平洋深入南极洲的大海湾,是地球上船舶所能到达的最南部海域之一,也是人类通过船舶抵达南极大陆、前往南极点的传统线路。

新考察站位于罗斯海区域沿岸,邻近南极最大的罗斯冰架,该区域位于东南极冰盖快速冰流区、罗斯冰架及罗斯海海冰三角地带,是南极地区岩石圈、冰冻圈、生物圈、大气圈等典型自然地理单元集中相互作用的区域,是全球变化的敏感区域,是极地科学考察的理想之地。自中国第29次南极考察以来,考察队从罗斯海的入口一直到罗斯海的最南端,进行了大面积、系统化、科学化的选址工作,并最终确定在恩克斯堡岛。

2017年11月8日,“雪龙”号从上海出发,前往南极执行中国第34次南极科学考察任务,为罗斯海新建站做好前期准备是那次南极考察队的重要任务。2018年1月,新站建设队27名队员,克服严酷的自然条件带来的种种困难,连续奋战20多天,完成了新站临时建筑和临时码头的搭建,为新站建设奠定了基础。2018年2月7日,考察队在南极罗斯海恩克斯堡岛举行中国第五座南极考察站选址奠基仪式。

罗斯海新站是中国第五个南极考察站,是继长城站、中山站之后的第3个常年考察站,也是首个面向太平洋扇区的考察站。

对于新科考站的意义,国家海洋局极地考察办公室副主任龙威说,通过开展海洋生态、海冰、冰川、海平面、大气、地球物理、高空大气物理、陆地生态、陆地和海洋地质、鸟类等调查、观测监测,将为评估南极生态环境和气候变化提供基础支撑。此外,与有关国家一道对恩克斯堡岛南极特别保护区进行管理、开展罗斯海海洋保护区生态监测,将为保护南极生态环境作出贡献,为中国参与南极国际治理提供支撑。

“此次是中铁建工集团第20次承担南极科学考察站建设任务”,中铁建工集团南极地面站项目书记、总工程师曹涛说。据悉,此次中铁建工集团有94名队员随船出征,“这也是中铁建工集团参加建站人数规模最大的一次。”考察队出发前,已完成新站建设物资的国内定制加工、预拼装、检查验收等工作。中国极地研究中心(中国极地研究所)党委书记孙波透露,预计12月中旬考察队员将抵达罗斯海枢纽站区域,开展卸货和安装等工作,计划60天内完成新站的建设任务。

国产科考船极地破冰助力科考

第40次南极科考,“雪龙2”号第一次拨钟!这艘国产科考船上有哪些“黑科技”?

作为一艘智能化的极地科考船,“雪龙2”号有着多项技术创新:搭载双向破冰技术,可以在1.5米厚冰层中连续破冰前进,可原地360度自由转动,装备各种国际先进的海洋和考察设备,可执行多样化科学考察任务。

2020年5月6日,历经5个多月的极地考验,“雪龙2”号靠泊上海外高桥港中国极地考察国内基地码头,顺利“回家”,这也标志着中国第37次南极考察圆满完成。历时179天、总行程3.6万余海里,这次南极考察也是“雪龙2”号首次单船执行环南极考察任务。“雪龙2”号是我国第一艘自主建造的极地科学考察破冰船,也是世界上第一艘双向破冰极地科考船。作为一艘智能化的极地科考船,它有着多项技术创新:搭载双向破冰技术,可以在1.5米厚冰层中连续破冰前进,可原地360度自由转动,装备各种国际先进的海洋和考察设备,可执行多样化科学考察任务。

从2009年6月获批立项,到2019年7月交付使用,“雪龙2”号是真正的“十年磨一剑”。1993年,我国从乌克兰购买了一艘苏联北冰洋运输补给船,经多次改造,成为我国唯一一艘极地科考破冰船“雪龙”号。不过,当时的“雪龙”号本身就是“高龄服役”,还是“半路改行”,科考与破冰能力都不足以满足我国极地科考的需求。

中船集团第七〇八研究所研究员、“雪龙2”号总设计师吴刚曾表示,“雪龙2”号诞生前,我国唯一一艘极地科考破冰船“雪龙”号已经服役多年,它是由集装箱运输船经过多次改装而成的。以“雪龙”号的破冰能力,只有等到夏季两极冰川大面积融化时,才能到达考察位置,而且即使是夏季,也无法深入北冰洋中心区。其科考与破冰能力都不足以满足我们极地科考的需求,我国急需一艘更强大的极地科考船。

“科考船除了具备抵达科考站这一运输功能外,它还是一个非常重要的海洋研究平台,可以搭载很多科考设备,在海上进行长时间观测。这是我们一定要造一艘全新的极地科考船的原因。”吴刚说。

2009年,我国正式启动“雪龙2”号新建极地科考船建设项目。吴刚回忆,2009年6月,“雪龙2”号获批立项,有关方面选择国内和国外在科考及破冰方面领先的设计公司开展联合设计,同时确定新船在入级中国船级社的基本前提下,再入级一个国外相关领域资深的船级社,获得双船级。双船级意味着船舶要分别接受两家机构的检验,需要满足更多规范。

2012年7月31日,国家海洋局、中国极地研究中心、芬兰阿克北极技术有限公司签署了极地科学考察破冰船基本设计合同。吴刚介绍,中船集团第708研究所作为技术支撑单位,在需求论证、敞水性能、科考设计、智能设计,以及双船级送审上发挥了主导作用,同时完成了基本设计的技术审图,以及用于建造的最终详细设计等。

芬兰阿克北极技术有限公司与中方进行了“朋友般的深度合作”。该公司在破冰船型等方面经验丰富,提供了最初的概念船型,并按合同约定承担了基本设计,以及设计建造中的重大问题咨询和指导等。“在众多单位的通力合作下,‘雪龙2’号项目克服重重困难,取得了振奋人心的成果。”吴刚说。2019年7月,由江南造船(集团)有限责任公司负责建造的“雪龙2”号在上海交付。

“雪龙2”号总长122.5米,排水量约1.4万吨。它的设计建造并不容易,技术难题接踵而至。比如破冰艏和侧推孔带来的气泡下泄,可能干扰船底换能器正常工作的问题;吊舱全回转推进带来的操纵安全性问题;首制船如何精准控制整船重量重心的问题。“‘雪龙2’号项目的实施,对我国业界极地船舶设计、建造、规范应用和完善,以及极地规则在国内有效实施方面发挥了重大推动作用。”吴刚说,通过建造“雪龙2”号,国内掌握了双向破冰船型设计技术、PC3级破冰船结构设计技术、破冰船低温防寒设计技术和破冰船建造焊接技术,逐步建立起我国自己的极地船规则规范。

其中,双向破冰是“雪龙2”号的最大亮点。所谓双向破冰,是指船艏和船艉均可破冰。一般的破冰船是由船艏向前破冰,可一旦遇到较厚的冰脊需要转向时,容易被冰脊卡住、难以突破。但“雪龙2”号船艉的两个大型吊舱推进器,能够360度自由转动,形成很强的冰层切削力,在多冰脊的海域,就可以让船艉进行破冰,“啃硬骨头”。

吴刚说,通过采用全回转吊舱电力推进系统,“雪龙2”号在遇到很难“拱”的冰脊时,船艉变船艏,尾部的螺旋桨能在海面下削冰并形成抽吸作用,把10多米高的冰脊掏空,这在全球尚属首次。据介绍,“雪龙2”号艏向破冰能持续破1.5米冰加0.2米雪,艉向破冰可在20米当年冰冰脊(含4米堆积层)中不被卡住。

另外,“雪龙2”号船体强度满足PC3级破冰船结构设计要求,能在1.5米厚度冰、0.2米厚度雪的海况下,以2—3节航速连续破冰行驶。通过结构设计,“雪龙2”号安全性大大提高,在极地的低温环境下具有很强的防寒能力,同时也很环保。这种破冰能力的突破直接带来极地科考作业模式的改变。