海洋科学考察船的现状与发展趋势(3)

此外，“十一五”期间我国投资建设海洋科学综合考察船国家重大科技基础设施项目，于2007年12月批准立项，该项目由中科院海洋所承建，中国海洋大学、国家海洋局一所、水科院黄海所和青岛海洋地质研究所协建，该船具有高精度的海洋动力环境、地质环境、生态环境以及深海极端环境等综合海洋环境观测、探测以及保真取样和现场分析的能力，为国家海洋科学基础研究和海洋高新技术研发，特别是深海及洋区的海洋基础科学研究提供海上移动实验室和试验平台。排水量为4 864 t，DP—Ⅰ动力定位、艏侧推、吊舱式电力推进、服务航速12 kn、续航力15 000 n mile、自持力60 d，满足无限航区(B3级冰区加强)航行要求，预计2012年年底建成。

3 科学考察船的发展趋势

20世纪90年代以来，大型国际海洋科学计划日趋活跃，传统的海洋科学研究领域逐渐形成融合，对海洋科学考察船的要求也以海洋综合考察船为主。综合分析国际先进和在建的海洋科学考察船的装备与功能，在设计上突出地表现出如下的发展趋势与性能特点。

1) 航海全自动化。无人机舱，机驾合一。

2) 多采用吊舱式电力推进和艏尾侧推。吊舱式电力推进，由于占用船体空间小，增加了船舶的有效载荷；由于传动轴更短，原动机转速固定，加之采用的拉式螺旋桨使水流更加均匀，削弱了空泡现象，极大地减轻了推进系统的噪声和振动，使得船舶具有良好的声寂性、操控性、可靠性和经济性。

3) 采用高精度动力定位系统。动力定位系统可进行自动或半自动精确操控船舶，是科学考察船完成高精度海上定点作业必备的设备，根据海上作业需求，来确定科学考察船动力定位系统的等级。

4) 计算机网络化是新建科学考察船最显著的特征之一。实现了机舱、航海、探测设备等各部分的自动化，通过计算机中心控制室，实现全船智能网络集成。并通过卫星通信设备向其他科考船和陆岸站实验室的计算机系统联网，实现海上调查数据的实时卫星双向传输、处理和分析等。采用计算机网络化设计，具有良好的操纵性能、动力定位性能，各种采样自动进行，测量仪器设备的投放、回收受海况的影响较少，各学科测量数据与船舶船位、水深、船只运动姿态数据同时获取，现场数据采集的采集量、质量、速度大为增强。

5) 根据科学考察船的任务，配置精良的船载探测设备，如温盐深测量系统(CTD)、声学多普勒海流计(ADCP)全海深/浅水多波束海底地貌探测系统、侧扫声纳、浅地层剖面仪、多道数字地震系统、重力仪、磁力仪、深海拖曳系统、无人遥控潜水器(ROV)、超短基线、电视抓斗、地质钻探取样设备等设备以及完善先进的操控支撑系统。

6) 在研制初期，在船型、吨位、尺度、总体性能、布局和主要设备配套等方面，为科学考察船未来完善和进行现代化改装留有余地。

7) 宽敞的工作甲板和实验室空间，而且具有更大的灵活性和可靠性，根据科学考察船的出航任务，加载用于专业调查的集装箱实验室，如水下机器人控制室、声学发射机室等。

8) 船上工作人员数量减少，人员素质增强向全能型专业人才发展；实行开放式的管理模式，提高了科学考察船的利用率，取得了较好的经济效益，也满足了项目单位的用船要求。

2.School of Naval Architecture and Civil Engineering, Zhejiang Ocean University, Zhoushan Zhejiang , China)

目前，关于科学考察船的专业文献[1-2]很少。文献[3]则较为完整地对中国极地考察船进行了分析与论述。由于历史原因和国力所限,我国科学考察船的发展相对滞后，多数船只都已经或接近退役，我国科考船的性能和设备也比较落后,大部分海洋探测设备和科研仪器未及时更新, 整体配套不完善, 探测手段落后、探测覆盖范围小，难以满足多学科综合考察的要求，不能适应我国海洋科学考察参与国际海洋科学实验研究的要求。1 国外科学考察船的现状鉴于科学考察船在海洋研究中的重要作用，世界各国一直将海洋科学考察船的建设视为海洋科学发展的一个重要举措。世界上有49个国家拥有自己的海洋科学考察船，总数量超过500艘。海洋科学考察船数量居前10位的国家依次为：美国、日本、俄罗斯、英国、德国、中国、法国、荷兰、乌克兰、韩国和加拿大。2000年以来世界主要国家海洋科学考察船性能对比见表1。20世纪80年代中期以来，现代海洋科学的发展对海洋科学考察船提出了新的要求。美国政府每年都投巨资用于海洋科学考察，以保持其全球海洋的霸主地位。美国现拥有世界上装备最先进、船只数量最多的海洋科学考察船队。以伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution)为例，该所已拥有4艘海洋科学考察船，能够在全球范围内执行海洋科学综合考察任务，其中2艘考察船(ATLANTIS和KNORR)可搭载人深潜器。该所还有可载3人的4 500 m水深级载人深潜器(DSF Alvin)1艘，拥有6 000 m和6 500 m无人深潜器3艘。美国“ATLANTIS”号为一艘常规考察船，建造于1997年，船长为83.5 m，排水量3 510 t, 续航力为60 d，巡航距离17 280 n mile，巡航速度12 kn，最大速度可达15 kn。可同时容纳23名船员、23名科学家和13名潜水员。船上的实验空间多于325 m2，主实验室坐落于主甲板上，为一个大型、开放性的多功能实验室；生物分析实验室与其他实验室隔离开来，以满足高灵敏度仪器和控制温度的需要；水力实验室位于主甲板左舷，科学家可以在密封和无污染的条件下对海水样本进行收集与分析，该实验室一端作为潜水器的维护区域。船上搭载深海潜水器Alvin。Alvin是第一艘载人深海潜水器，重达17 t，长7 m、宽3.6 m、高2.6 m，于1964年投入使用，可载1名潜水员和2名观测员。最大潜水深度达到4 500 m，其运动速度为1 kn，最大2 kn，装有5只由铅酸电池驱动的推进器。在水下可连续工作10 h(其生命支持系统可维持72 h)，可以在崎岖的海底工作，也可以悬浮于海水中层，以执行科学考察任务或拍摄画面。表年以来世界主要国家海洋科学考察船性能对比技术性能国家(船名)挪威(G.O.SARS)德国(MARIA S.MERIAN)英国(JAMES COOK)印度(SAGAR NIDHI)日本(CHIKYU)主要功能综合考察高纬区环境环境综合考察环境综合考察深海钻探建成时间2003年2005年2006年2006年2008年总吨位/t4 0005 3005 3005 00057 087推进方式电力推进电力推进电力推进电力推进电力推进动力定位有有有有低空大气探测气象站、通量探测和探空系统气象站、通量探测和探空系统气象站、通量探测和探空系统气象站、通量探测和探空系统海洋生态环境多参数探测系统多参数探测系统多参数探测系统多参数探测系统深海立管钻探系统海底剖面探测浅地层剖面仪、二维地震浅地层剖面仪浅地层剖面仪、二维地震浅地层剖面仪、二维地震浅地层剖面仪、二维地震深海取样装置ROV AGLANTHA水下摄像系统ROVROV、AUV海底钻探取样分析信息集成与传输数据网络、数据传输系统数据网络、数据传输系统数据网络、数据传输系统数据网络、数据传输系统数据网络、数据传输系统欧洲一直是全球海洋科学研究的重要力量。法国海洋研究与开发中心(IFREMER)拥有7艘海洋科学考察船，其中4艘能够执行远洋科学考察任务。另外还拥有载人深潜器2艘、遥控深潜器3艘，最大探测深度可达6 000 m。英国在拥有4 000 t级“DISCOVERY”号和3 000 t级的“CHARLES DARWIN”号两艘海洋科学综合考察船之后，还新建成了1艘5 000 t级的“JAMES COOK”号海洋科学综合考察船，该船由挪威Skipsteknisk AS设计，于2006年夏季下水。“JAMES COOK”船长为89.5 m，船宽18.6 m，吃水5.5～5.7 m，排水量5 800 t，巡航速度12 kn，自持力50 d，固定载荷385 t，定员为9名水手和13名科研人员。该船可以进行大西洋海面下4 800 m以下岩心钻井和取样。挪威“G.O.SARS”的船长为77.5 m，船宽18.6 m，总吨位为4 067 t，航速17 kn。这是一艘低噪音的多功能海洋科学考察船，具有矿物评估、试验打捞装置、环境数据采样、地震调查、海底测绘、海洋物理与海洋化学分析、地质采样及潜水器操作等。德国在拥有“SONNE”号、“POSEIDON”号和“LITTORINA”号等一系列先进海洋科学考察船的同时，其新型海洋科学综合考察船——“MARIA S. MERIAN”号探测范围可达全球任何海域。为深入了解极地气候变化，德国还将建造欧盟首艘具有破冰能力的极地科学考察船，预计2014年投入冬季极地科考。这艘名为“AURORA BOREALIS” 的破冰科学考察船，可容纳70名科研人员全年全天候地在极地开展科考活动。通常，科学家观察极地气候的变化都是在夏季，所获得的数据并不完整。有了破冰科学考察船，科学家也可在冬季采集极地气候变化数据。此破冰科学考察船属于欧盟的合作研究项目，由欧盟有关国家共同资助，建造费用预计6.5亿欧元，由德国威特希拉造船公司设计，船长200 m、型宽45 m、最大吃水深度13 m。该破冰科学考察船的设计特点是具有很强的破冰能力和冰面钻探能力，钻探深度可达1 000 m。日本自20世纪60～70年代开始重视海洋科学考察船的作用，先后建造了多型海洋科学考察船，目前已经跻身世界先进海洋科学考察船国家的行列。除“昭洋”级、“天洋”级、“滨潮”级、“拓洋”级、“白濑”级科学考察船之外，1989年建成一艘3 987 t“白凤丸”，并成功开发了深海潜水考察船“新界6500”，1997年3月建成一艘国际先进的4 628 t深海调查船“KAIREI”，该船装备遥控深潜机器人(ROV)、多道地震等多种先进调查设备，为进一步增加海底特别是深海海底的探测和调查能力，2007年排水量高达57 087 t的大型大洋钻探船“地球号”(CHIKYU)投入使用，该船舯部安装一座巨大钻井架，可在2 500 m的深海进行钻探考察，钻探深度达7 000 m，是目前世界最大的海洋科学考察船。2 我国科学考察船的现状我国海洋科学考察船主要分布在国家海洋局、中国科学院、地矿部、教育部等部门，其中极地考察船2艘，远洋级科学考察船10多艘，其余均为中近海的小型考察船。目前我国现役科学考察船约14艘，约占世界总数的3%，与美、日、俄相差甚远。这些现役的海洋科学考察船中，在吨位上适合深海洋区的海洋科学考察船只有9艘，包括3 000 t级以上的海洋科学考察船3艘。我国现有的科学考察船中，仅“延平二号”、“东方红2号”建造于上世纪90年代，“大洋一号”和“雪龙号”于近年改装而成，其余的科学考察船均于上世纪70、80年代初建造，由于当时造船水平不高存在很多不足。1) 在船舶性能和设备方面，多数船只已步入老龄之列，船只性能和设备本身落后，仪器和设备也未能得到及时更新换代，正处于由人工观测向自动化观测过渡阶段，现有海洋科学考察船几乎不具备操纵深潜器进行海底探测与取样的能力，缺少深海现场观测取样和处理能力。2) 在数据处理方面，不具备全船智能网络集成。数据处理工作基本上是由人工或测量设备的数据终端来完成，无法实现海上调查数据的实施卫星双向传输、处理和分析等，学科集成差，现有海洋科学综合考察船只是不同学科共同利用的简单平台，难以实现海洋多参数实时同步观测和系统综合集成的需要。3) 在运行经费方面，由于船龄老化，大多数科学考察船所用的主机都是当时的国产机或20世纪60年代的进口库存机，这些柴油机的油耗率很高，加之当时要求航速高、主机功率大再加上多年的机器磨损，致使现役科学考察船的耗油量大，运行成本高。4) 在船舶管理体制方面，我国的海洋科学考察船归属多个部门或单位，除国家拨款外，使用经费和设备更新经费无其他渠道。由于管理体制和经费条块分割的原因，调查的任务少，导致科学考察船利用率低下。目前，即将建成并投入使用的海洋科学考察船有2艘，分别是“海洋六号”和“实验1号”。“海洋六号”是由我国自行设计并建造的世界上首次集地震、地质调查等多项调查功能为一体的综合海洋地质物理调查船，以海底天然气水合物资源调查为主，兼顾其他海洋地质、海洋矿产资源调查工作。该船总长106 m，型宽17.4 m，型深8.3 m，设计吃水5.5 m，设计排水量4 600 t，满载排水量为5 287 t，试航速度17 kn，自持力60 d，续航力15 000 n mile，可在国际海域无限航区作业。该船于2009年8月试航，投入使用后，将有力推动我国天然气水合物资源调查的进程。“实验1号”由中科院声学所承建、中科院南海所和中科院沈阳自动化协建，是国内第一艘大型小水线面双体船，是根据国家中长期发展战略并结合科学院重点涉海学科的迫切需要而建造的，主要作为水声物理、水声工程、水下机器人海上研究与试验平台，在近海、远洋进行水声、海洋等多学科和交叉学科综合科学考察。排水量为2 500 t级，采用交流电力推进系统、DP—Ⅰ动力定位、全船机舱自动化，满足无限航区(不含冰区)航行要求，具有耐波优异、安静型好等特点，该船于2008年下水。此外，“十一五”期间我国投资建设海洋科学综合考察船国家重大科技基础设施项目，于2007年12月批准立项，该项目由中科院海洋所承建，中国海洋大学、国家海洋局一所、水科院黄海所和青岛海洋地质研究所协建，该船具有高精度的海洋动力环境、地质环境、生态环境以及深海极端环境等综合海洋环境观测、探测以及保真取样和现场分析的能力，为国家海洋科学基础研究和海洋高新技术研发，特别是深海及洋区的海洋基础科学研究提供海上移动实验室和试验平台。排水量为4 864 t，DP—Ⅰ动力定位、艏侧推、吊舱式电力推进、服务航速12 kn、续航力15 000 n mile、自持力60 d，满足无限航区(B3级冰区加强)航行要求，预计2012年年底建成。3 科学考察船的发展趋势20世纪90年代以来，大型国际海洋科学计划日趋活跃，传统的海洋科学研究领域逐渐形成融合，对海洋科学考察船的要求也以海洋综合考察船为主。综合分析国际先进和在建的海洋科学考察船的装备与功能，在设计上突出地表现出如下的发展趋势与性能特点。1) 航海全自动化。无人机舱，机驾合一。2) 多采用吊舱式电力推进和艏尾侧推。吊舱式电力推进，由于占用船体空间小，增加了船舶的有效载荷；由于传动轴更短，原动机转速固定，加之采用的拉式螺旋桨使水流更加均匀，削弱了空泡现象，极大地减轻了推进系统的噪声和振动，使得船舶具有良好的声寂性、操控性、可靠性和经济性。3) 采用高精度动力定位系统。动力定位系统可进行自动或半自动精确操控船舶，是科学考察船完成高精度海上定点作业必备的设备，根据海上作业需求，来确定科学考察船动力定位系统的等级。4) 计算机网络化是新建科学考察船最显著的特征之一。实现了机舱、航海、探测设备等各部分的自动化，通过计算机中心控制室，实现全船智能网络集成。并通过卫星通信设备向其他科考船和陆岸站实验室的计算机系统联网，实现海上调查数据的实时卫星双向传输、处理和分析等。采用计算机网络化设计，具有良好的操纵性能、动力定位性能，各种采样自动进行，测量仪器设备的投放、回收受海况的影响较少，各学科测量数据与船舶船位、水深、船只运动姿态数据同时获取，现场数据采集的采集量、质量、速度大为增强。5) 根据科学考察船的任务，配置精良的船载探测设备，如温盐深测量系统(CTD)、声学多普勒海流计(ADCP)全海深/浅水多波束海底地貌探测系统、侧扫声纳、浅地层剖面仪、多道数字地震系统、重力仪、磁力仪、深海拖曳系统、无人遥控潜水器(ROV)、超短基线、电视抓斗、地质钻探取样设备等设备以及完善先进的操控支撑系统。6) 在研制初期，在船型、吨位、尺度、总体性能、布局和主要设备配套等方面，为科学考察船未来完善和进行现代化改装留有余地。7) 宽敞的工作甲板和实验室空间，而且具有更大的灵活性和可靠性，根据科学考察船的出航任务，加载用于专业调查的集装箱实验室，如水下机器人控制室、声学发射机室等。8) 船上工作人员数量减少，人员素质增强向全能型专业人才发展；实行开放式的管理模式，提高了科学考察船的利用率，取得了较好的经济效益，也满足了项目单位的用船要求。参考文献[1] NI Qi-jun, YE Yong-lin. Optimal design for the complex navigation performance of a SWATH-type comprehensive scientific research vessel[J]. Journal of Ship Mechanics,2008,12(6):904-913.[2] MASALU DESIDERIUS G P. 20th anniversary of the institute of marine sciences and marine science in Tanzania-what next step[J]. Ocean & Coastal Management,2004,43;963-972.[3] 徐建设.中国极地考察船[J].现代舰船,2003(10):43-45.

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