目前我国极地考察破冰船综合保障能力分析与评估

历经40多载发展,中国极地考察体系总体趋于成熟,保障能力日益加强。然而极地考察破冰船综合保障能力无法完全满足国家需求,与发达国家相比仍存在一定差距。冰区作业时间受限、需适应冰-海-气-生物相互作用等立体科学观测技术等要求,为考察船的支撑保障能力提出了更高的要求。本文深入分析了“雪龙”号和“雪龙2”号的综合保障能力,以及在执行科考调查和后勤综合保障的运行模式,对比国外主流极地考察船,从支撑保障能力、管理模式和运行机制等方面探讨了存在的差异、面临的挑战以及存在的不足,为进一步提高我国极地考察综合实力提供建议。

极地冰区拖曳作业探索与实践

极地海域作为海洋中极具战略地位和影响力的关键地区之一,越来越受国内外科学研究的关注。拖曳作业是开展海洋调查的重要手段之一,但在极地冰区开展拖曳作业往往受天气、海冰、调查装备类型等因素的影响,此外还面临各种突发问题,可能影响考察任务的顺利实施。我国极地考察在开展冰区拖曳作业中经历了从冰区边缘试探到密集浮冰区实践,从结构简单的拖网采样到系统复杂的地球物理综合调查,通过不断的探索试验,积累了丰富的极地冰区考察实践经验。本文总结了我国在极地冰区开展拖曳作业中遇到的主要风险,开展了深入的分析与探讨,同时对比和借鉴国外的相关考察作业经验,并针对性地提出改进措施和建议,以期为今后在极地冰区开展相关调查作业提供参考和借鉴。

“雪龙2”号冰区表层海水采集系统的设计与实现

表层海水采集系统是现代科学考察船装备的基础科考设备,通过连续水样采集,可以为走航观测设备、实验室以及培养容器连续提供表层海水,并获取表层海水pCO2、温度、盐度、叶绿素、营养盐等基础数据。南、北极科考要求表层海水采集系统在南北极浮冰区以及南大洋区域提供实时、高保真以及连续的表层海水。由于极地考察海域的特殊性,表层海水采集系统常会遇到问题,如:在浮冰区经常被碎冰堵塞吸口导致无法正常供应表层海水、海洋生物在管道内附着导致管道污染、海水在输送过程中升温导致无法保持其原位状态、管道生锈污染海水等。为解决上述问题,“雪龙2”号在“雪龙”号的基础上,对防冰堵、海水高保真、实时性、防海生物污染等几个关键技术点进行重点设计,成功建成了一套可在冰区连续运行作业的表层海水采集系统,经过中国第36次南极考察一个航次实践,大概率降低冰堵情况的发生,获取了大量珍贵的科考数据。

“雪龙”号科考综合管理系统的设计和应用

“雪龙”号科考综合管理系统以国家极地战略需求为导向,按照科考破冰船的航行与科考作业要求,针对极地浮冰区调查作业问题进行设计和应用研究,切实提高我国极地科考保障能力水平。总结和分析极地科考任务特点,提出解决考察现场保障的核心需求,并在此基础上提出建立综合管理系统,最终实现极地科考破冰船科考任务系统监控和管理。

基于IP KVM和DVCS技术的船载实验室设计与应用

为了解决科考船对科考仪器主机进行远程控制,同时对视频数据进行远程显示的问题,"雪龙2"号科考破冰船进行了有效的探索。船载实验室采用KVM OVER IP(KVM为Keyboard、Video、Mouse的缩写,数字式多计算机切换器,简称IP KVM)和DVCS(Distributed Video Control System,分布式控制系统,简称DVCS)技术,将科考仪器主机和视频显示系统通过网络连接在一起,实现了在科考船其他位置操作科考仪器主机,同时将需要远程显示的视频数据传输到需要的屏幕上。经过在极地现场的实际应用,两套系统操作方便、系统稳定、视频清晰、维护简单,为现场作业的科考队员提供了便利条件,也得到了科考队员的认可。

“雪龙2”号极地考察船月池系统的设计与应用

[目的]在极地密集浮冰区极地考察船通过舷侧投放和回收科考探测及采样设备的作业模式受限,因此,为顺利获取极地密集浮冰区内数据和样品,需在“雪龙2”号极地考察船舯部设计月池。[方法]结合我国多年极地科学考察的经验,充分考虑极地冰区作业的特点,合理设计可在舷侧与月池作业切换的动线方案,使用创新的水压密月池底盖、特殊的轨道对接方案、低温环境下活动关节除冰等针对性设计,并经过南极考察现场作业的检验。[结果]结果表明,该设计方案可有效开展极地密集浮冰区内科考调查设备的投放和回收作业。[结论]所设计的月池系统能够较好地适用于我国极地考察船的实际需求,形成了与“雪龙2”号船破冰能力相匹配的密集浮冰区调查取样能力。

“雪龙”号北极西北航道航行实践与探索研究

“雪龙”号在执行中国第八次北极科学考察任务期间完成了北极西北航道的穿越,这是继“雪龙”号完成东北航道和中央航道穿越之后的又一可以载入中国航海史册的壮举。“雪龙”号成功穿越西北航道为中国船舶积累了珍贵的航行经验,是我国航海史上具有里程碑意义的实践。基于“雪龙”号穿越西北航道的整个过程,对西北航道的基本情况和相关政策与法规进行了探讨,通过对航行过程的重点区域进行航行要点分析,总结了极地水域的航行要求、航道准入条件和航行方法,确保航行安全和防止海洋污染,所获得的实践经验为其他船舶穿越西北航道提供参考和借鉴。

极地锚碇潜标系统回收探索与研究

随着南北极考察的深入开展,锚碇观测系统的布放和回收已经成为科考破冰船常态化作业内容。在极地考察作业过程中,锚碇系统的布放作业相对比较简单,但是回收作业往往受天气、海况、浮冰等条件影响,经常发生各种突发问题,造成无法顺利回收。本文根据多年南北极科学考察锚碇系统科考船回收作业经验,分析了大船、小艇回收方式的优缺点以及影响锚碇系统回收的主要因素,针对浮冰区锚碇系统回收新技术方案进行了探讨,并提出了南北极锚碇系统回收的建议和措施,对极地锚碇系统布放和回收具有一定的借鉴意义。

新型船载智能大气采样装置的设计和实现

大气采样器是研究大气污染物的基础样品采集设备,通过采集大气颗粒物研究空气中各种颗粒状有机和无机污染物。但是目前大气采样器以自研和对陆用设备升级改造为主,由于船舶环境条件的特殊性,这些设备在船上应用存在一定的风险。根据中国极地多年考察大气采样器的使用情况,“雪龙2”号自主设计了一种新型船用双通道大流量采样设备。该设备不仅可以进行一般气体颗粒物采集,还可以兼容大体积固相萃取柱采集,成功应用于中国第36次南极考察及第11次北极考察。

“雪龙2”号表层海水多要素实时观测系统的设计与应用

极地考察破冰船航线穿越太平洋、印度洋、南大洋和北冰洋在内的多个大洋,具有长期性和固定性,对于海洋调查研究及许多重大科学问题的研究具有重要意义。海水表层多要素的连续实时观测是海洋调查研究的基础,因此在“雪龙”号表层海水走航观测系统应用的基础上,“雪龙2”号结合国际前沿热点问题,从提高数据准确性、增强系统集成性、提高系统自动化程度等方面着手,设计了一套适合我国现代化极地科学考察的表层海水多要素实时采集系统。经数次极地考察实地检验,系统能较好地满足我国极地考察需求,且运行状态稳定、观测数据准确、维护成本较低。该系统的成功应用,对极区海洋现场观测调查具有重要意义,也对后续科学考察船的走航连续观测系统建设具有一定借鉴意义。