作者简介：陈剑斌（1978—），男，福建莆田人,高级工程师,中国海洋大学在职硕士研究生,主要从事海洋科考船建造与管理工作。中图分类号：P74文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05030005
1引言
海洋占地球表面积的71%,不仅是资源的宝库,还是人类认识并了解地球奥秘、探索生命起源、发展科技的前沿领域。深邃广袤的海洋空间是一个国家的战略资源边疆和外延腹地,提供了国家安全的防御纵深。海洋还是世界贸易的主要通道,也是各国海上兵力部署的舞台。但迄今为止,我们对海洋资源分布、海底地形、水文气象条件、海洋声学特性等方面的认识仍不够。而对海洋的研究是维持海洋经济可持续发展的条件,也是保障国家海洋安全的基础。
海洋调查船是专门用来在海上从事海洋调查研究的工具,涉及海洋气象学、水声学、海洋物理学、海洋化学、海洋生物学、海洋地质学、水文测量学等诸多学科。海洋调查船与海军作战活动和海军武器装备发展密切相关,可为反潜战、登陆战、水雷战、水面作战提供环境预报。为潜艇、水面舰艇的安全航行和两栖登陆作战提供各种海图资料，为海军武器装备的研制提供各种海洋环境参数等。
近年来,随着海洋科学和海洋战略的重要性日益凸显,各国将海洋调查船的建设视为海洋战略与科学发展的重要举措。我国对高性能海洋调查船的需求也持续增长。党的“十八大”报告中明确提出我国要建设海洋强国。而认识海洋,进行海洋调查是海洋开发、利用以及国家海洋安全的基础工作,也是建设海洋强国的前提条件之一。提高我国海洋调查船整体研发和装备配套实力,对合理利用海洋资源、维护海上安全、建设海洋强国有着重要的意义。
2国外海洋调查船发展现状
海洋调查船发展至今已有140年历史。目前全球共有40多个国家拥有近千艘海洋调查船,其中美国最多,其次为日本、俄罗斯,其他拥有海洋调查船主要国家还包括德国、英国、法国、挪威、西班牙和荷兰等欧洲国家。
2.1国外典型海洋调查船简介
英国科考船RRS James Cook见图1。船名:RRS James Cook;船厂:挪威Flekkefjord Slipp & Maskinfabrikk AS;总长:89.5m;型宽:18.6m;吃水:55~57m;总排水量:~5800t;巡航速度:12节;自持力:50d;定员:54人。
图1RRS James Cook号
资料来源:/projtts/rrsjarescak.
英国科考船RRS Discovery［2］见图2。船名:RRS Discovery;船厂:西班牙C.N.P.Freire Vigo shipyard;总长:99.7m;型宽:18.0m;吃水:6.5m;总排水量:~6075t;巡航速度:12节;自持力:50d;定员:52人。
图2RRS Discovery号
资料来源:/
日本极地海洋调查船“白濑(SHIRASE)”号,见图3。船名:Shirase Glacier;船厂:日本Hitachi Zosen Maizuru Works;总长:138m;型宽:28m;吃水:9.2m;总排水量:~20000t;巡航速度:19.5节;破冰速度:3节(1.5m破冰厚度);自持力:175d;载客:80人。
图3“白濑(SHIRASE)”号
资料来源:http://en.wikipedia.org/wiki/Japanese_icebreaker_Shirase_(AGB-5003)/
日本海洋调查船“地球(CHIKYU)”号,见图4。船名:CHIKYU;船厂:日本Mitsui Engineering & Shipbuilding and Mitsubishi Heavy Industries;总长:210m;型宽:38m;吃水:9.2m;总排水量:~57087t;巡航速度:12节;自持力:200d;载客:100人。
图4“地球(CHIKYU)”号
资料来源:http://en.wikipedia.org/wiki/Chikyu/
美国海洋调查船Sikuliaq;船名:Sikuliaq;船厂:美国Marinette Marine Corporation,Wisconsin;总长:80m;型宽:15.8m;吃水:5.8m;总排水量:~4065t;巡航速度:11节;自持力:45d;载客:46人。
图5美国Sikuliaq号
资料来源:/news101/industry-news/
澳大利亚海洋调查船Investigator;船名:Investigator;船厂:Teekay Shipping Australia & Sembawang Shipyard of Singapore;总长:93.9m;型宽:18.5m;吃水:5.7m;总排水量:~4575t;巡航速度:11节;自持力:60d;载客:60人。
图6澳大利亚海洋调查船Investigator号
资料来源:http:// www.ral.ca/news/2013/
德国海洋调查船Maria S.Merian;船名:Maria S.Merian;船厂:德国Kr?ger-Werft,Schacht-Audorf;总长:94.76m;型宽:19.2m;吃水:6.5m;总排水量:~5573t;巡航速度:15节;自持力:60d;载客:45人。
图7德国海洋调查船Maria S.Merian号
资料来源:http://de.wikipedia.org/wiki/Maria_S._Merian_(Schiff)
2.2国外海洋调查船发展思路
(1)美国推行全球海洋展战略,发展成系列、高性能海洋调查船。美国以控制全球海洋为目标,全面实施“海洋安全战略”和“海洋科技战略”。突出特点之一是实施全球海洋控制,强化海上霸权地位;二是争夺海上战略物资,重视海洋油气开发;三是加强海洋环境保护。实施这些需要有丰富准确的海洋数据作为支撑。为此,美国特别重视海洋调查船的发展,以掌握各大洋的气象、水文等情况,为海上军事和经济活动提供基础数据,目前美国现役47艘海洋调查船。
(2)在全球各种调查船中,只有美国发展成系列的海洋调查船。美国海洋调查船分为“全球级”、“大洋级”、“区域级”和“近岸”级。只有发展这种成系列的船只,才能满足美国在全球范围活动的需要。其中“区域级”和“近岸级”主要用于近海区域的海底地形、资源等方面的探测;“大洋级”主要用于美国本土毗邻的两个大洋,即大西洋和太平洋;“全球级”主要用于印度洋等跨洋区域。
(3)在全球各国中,美国海洋调查船性能最强。美国海洋调查船配备了多种先进的海洋环境观测、海洋目标探测设备,另外美国的海洋调查船,还率先配备了无人潜航器。这是由于美国海洋调查船需要勘探的区域有相当大一部分属于别国的领海区域或争议海区,需要配备探测范围更远和精度高的系统设备。
(4)日本推行“海洋立国”战略,注重发展中远海海洋调查船。日本是一个资源贫乏严重的国家,向海洋要资源、要空间是日本发展的一贯主张。为此,日本重视发展海洋调查船,更主要的原因是为了更好地勘探海洋资源,目前现役38艘。由于中远海和极地蕴藏的资源更为丰富,近年来日本重点发展能在两个区域作业的海洋调查船,比如2007年,总吨位高达57087t的大型大洋钻探船Chikyu号服役,以及研制了新Shirase号南极科考船。
(5)苏联冷战时期实行与美国争霸的海上战略,发展远海型的海洋调查船。目前俄罗斯所拥有的海洋调查船有33艘,绝大多数是苏联时期建造的,其中20世纪60年代服役的占6.1%,70年代服役的占18.2%,80年代服役的占72.7%,90年代服役的仅有1艘,只占3%。冷战时期苏联与美国争夺海上霸权,需要发展大量的海洋调查船,获取全球各大洋的气象水文等环境信息。
(6)欧洲海洋战略局限于某个区域,以发展近岸作业的小型调查船为主。欧洲主要国家,比如英国、法国、德国等,采取区域性的海洋战略,以发展近岸作业的小型调查船为主。欧洲中的27个国家目前拥有调查船238艘,船长小于55m的近岸调查船164艘,近70%。此外,这些海洋调查船主要集中在英、法、德、意、挪威、西班牙、荷兰等7个强国,共拥有调查船152艘,占到总数的近80%。
2014年5月绿色科技第5期3国外海洋调查船技术特征分析
3.1船型仍以单体船为主,仅水声监听船采用小水线面双体船
现有海洋调查船绝大部分是采用常规单体船型,只有少数水声监听船采用小水线面双体船型,如美国在役的Victorious和Immaculacy共5艘海洋监听船。海洋监听船主要用于收集声学信息和声监听,采用小水线面双体船型,能够使声学设备在水面以上工作,受到水下噪声影响小,有利于创造良好的声学环境。
3.2船上实验室采用模块化设计
对科考任务需求的不断增加,使海洋主要国家新开发的调查船配制了更多更为精良的船载探测设备,逐渐向多功能化、大型化方向发展。俄罗斯计划于2012年建成并投入适用的“特列什尼科夫院士”号调查船,排水量16800t,该船设计有8个现代实验室模块,可针对不同任务进行替换,船上装备大量现代化科考测量设备,可保障海洋学、地球物理学、气象学、海冰等大范围研究工作;日本2009年服役的新Shirase调查船排水量约20000t,该船将物资运输、装载直升机和海洋观测多种功能融为一体,装备新型海洋观测器、多载波段回声探测器,建有海洋、大气科学、地球物理和生物等多个实验室;英国2007年3月投入使用的James cook号也有5800t,适用于多个海域的调查研究,船上设有8个集装箱型模块化实验室,分别从事不同领域研究,可根据不同研究任务在后甲板搭载相应模块。
3.3动力采用以柴油机为原动力的电力推进系统
国外海洋科考船的动力系统采用以柴油机为原动力的电力推进系统,尤其是近期新建船。如美国Sikuliaq号调查船采用柴电推进系统,4个柴油发电机组,2台电动机,持续功率4290kW。俄罗斯“特列什尼科夫院士”号采用瓦锡兰柴油机,6300kW2台,4200kW1台;电力推进装置,2台,7100kW。德国Maria S.Merian号海洋调查船柴电推进,2台吊舱推进器,每台2050kW;1台喷水推进器,1900kW。韩国Araon号极地海洋调查船主动力系统:柴电推进装置,2台柴油机,总功率10MW。螺旋桨:2部方位推进器,2部首推进器［9］。
采用电力推进,一方面便于船舶总体的灵活布置,且噪音较小,另一方面兼顾了海洋考察船动力定位系统的要求。目前原动机仍以柴油机为主。
3.4新建科考船大部分采用良好的功力定位技术
海洋调查船虽然对高航速没有太高的要求,但受海洋风、浪、流等复杂环境的影响,通常需要动力技术辅助精确定位,便于进行数据采集、深潜器布放等作业,因此对动力定位的技术要求较高。一些新建的调查船如美国Sikuliaq号、德国Maria S.Merian号、英国James cook号、澳大利亚Investigator号、西班牙Sarmiento de Gamboa号均采用了动力定位技术。
3.5部分新建海洋调查船具备冰区航行能力
由于各国对极地区域蕴含丰富资源的高度重视,不断开发出具有极地航行能力的调查船,如近年来新服役或新建的美国Sikuliaq号、俄罗斯“特列什尼科夫院士号”、德国Maria S.Merian号、日本新Shirase号、韩国Araon号等调查船,均具备破冰和冰区航行能力,可在两极地区进行科学考察。
3.6国外新服役或新建的海洋调查船开始装备无人潜航器
国外新服役或新建的海洋调查船,如英国James cook号、印度Sagar Nidhi号、以及美国的Neil Armstrong号、英国的Discovery号、澳大利亚的Investigator号都已经或即将装备无人深潜器,并应用最新计算机和人工智能技术,智能化程度高,布放之后可独立在水下执行探测和识别水下目标,取样、或完成各种人力无法胜任的水下环境和目标数据采集工作。未来,调查船无人潜器将能执行更为复杂的工作,在环境发生难以预料的变化时,还能够自行调整,克服障碍。此外,新一代无人潜器减少了通信和人员监控需要,采用导航帮助和通信中继可进行多个无人潜器协作作业,争强水下环境感知能力。
3.7装备功能齐全的探测设备,实现综合作业功能和多用途
目前,国外海洋调查船普遍装备了用于大气边界层、海气界面气象进行探测的大气剖面仪等大气探测设备;用于对海洋生态环境参数进行探测的温度传感器、盐度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、声学多普勒流速剖面仪等海洋生态环境探测设备;用于对海洋资源、海底地形地貌进行探测的鱼探仪、水下精确定位的超短基线定位系统、多波束探测系统、分裂波束探测系统、浅层剖面仪、海底照相、可视多管采样器等海底探测与取样设备;用于对重力、磁力、地震进行探测的重力仪、磁力仪、地震仪等地球物理与取样设备;从而使其实现了对海洋水文气象、海洋生物与渔业资源、海洋地质地貌、海洋地球物理等的综合作业功能和多用途化。
4国外海洋调查船的管理模式
各国海洋调查船中,尤以美国的数量最多,技术最为先进,体系最为完善,最能代表世界海洋调查船发展的趋势和方向。美国海洋调查船的管理从顶层谋划,有效地保障了调查船队的规模与技术水平。
(1)成立跨部门合作组织,制定海洋科学研究设施实用、更新与投资的政策、程序和计划。为了推动个联邦机构在海洋科学研究与教育方面的合作,美国海军于1997年建立了多家海洋科学合作机构(NOPP),该机构中有一个跨部门机构基础设施组织(IWG-FI),由美国国防高级研究计划局(DARPA)先进技术办公室、能源部(DOE)、环保局(EPA)、矿物管理局(MMS)、美国国家航空与航天管理局(NASA)、美国国家海洋与大气管理局(NOAA)、美国国家科学基金会(NSF)、美国海洋海洋局、美国海军研究局(ONR)、美国海岸警卫队(USCG)、美国地质调查局(USGS)等机构人员组成,支撑美国海洋科技联合委员会(JSOTC)制定美国海洋科学研究设施使用、更新与投资的政策、程序与计划［1］。
(2)大型调查船普遍由政府部门出资建造,研究院所使用管理。美国是世界上拥有调查船数量最多的国家,船长超过40m的调查船有40艘(2007年),其中只有3艘由研究所或大学自己出资建造;其余所有调查船均由政府机构的环保局(EPA)、美国海军、美国国家海洋与大气管理局(NOAA)、美国国家科学基金会(NSF)、美国海岸警卫队(USCG)出资建造。这些国家政府机构出资建造的调查船,除部分由出资机构自己使用外,大部分都投放到各海洋科学研究院所,由研究院所使用管理［2］。
(3)制定长远发展规划,积极推进调查船的长远规划,发布了一些列未来海洋调查船的发展报告,如2001年的《美国国家科学研究船队未来规划》,2009年的《海上科学:用强大的海洋科学研究船队满足未来海洋科学研究目标》,2013年的《联邦海洋科学研究船队现状报告》等［3］。美国根据未来海洋科学发展的需求,制定了不断修正其未来海洋调查船的发展计划,推进海洋调查装备和技术的更新换代［4］。
5我国海洋调查船发展建议
(1)注重深海、极地海洋调查能力建设,重点发展大吨位、远洋综合、绿色节能的海洋调查船。2000年以来,国外总共新建约100艘海洋调查船,其中77艘为全球级(船长大约70m)的海洋调查船,调查功能综合化已成为一种发展趋势。另外,近年来,国际海事组织(IMO)、欧洲以及一些国家也都纷纷出台各种规范、标准,从制度上确保全球海洋环境或区域海洋环境尽可能都免受污染,绿色、环保和环境友好型船舶是当今船舶行业的发展趋势。
(2)为支撑海洋经济发展,协调发展近岸海洋调查船。全球级海洋调查船主要承担大洋调查任务,对于近海区域的海洋调查,无论从适航性和经济性的角度来看,都宜采用小型近岸海洋调查船。欧洲海洋调查船中,近岸海洋调查船占据70%,为海洋开发和海洋经济的发展做出了重要贡献。2012年9月,我国发布了国家海洋经济“十二五”发展规划纲要,明确提出要重点研发海洋调查、观测和监测设备与仪器,以满足海洋经济发展的需要。
(3)加快旧船改造、提升仪器装备性能。海洋调查船旧船改造和新船建造相辅相成,对海洋科学调查事业的可持续发展十分必要。如果船舶更新周期按25年计算,我国目前已有一半以上的调查船面临老化退役,这种现状将严重制约我国海洋经济和海洋科技的发展。因此,对现有的调查船不断充实完善和定期进行现代化改造,形成新老交替的良性循环,才能为我国的海洋调查事业提供强有力的保障。对旧船实现现代化改装,提升相关性能,技能满足当前海洋调查不断增长的需求,同时实现资源的充分利用。建议从国家战略发展的角度看待并重视我国海洋科考船事业,制定全国科考船舶更新建造具体计划,对每艘船的功能定位、设备配置进行系统性的总体规划,争取在5~10年内,明显改变我国海洋科考船整体落后状况［5］。
(4)发展拥有我国自主知识产权的海洋装备制造技术。采取引进与自主研制相结合的方式,对主要和关键装备性能技术要尽快在引进合作中消化、吸收并实现国产。踏踏实实地做好海洋科考装备的技术和人才储备工作,以企业为主体促进国产海洋科考装备的发展。建立国家海洋科考船队建设专项,紧密跟踪世界发展动态,有针对性开展海洋科考船舶及有关装备的研究开发,加快发展国内海洋科考装备自主知识产权技术。
参考文献：
［1］ Interagence Committee on Ocean Science and Resource Management Intergration.Federal Ocean and Coastal Activities Report to the U.S.Congress［R］.Interagence Commitee,2008.
［2］ National Research Council.Science at Sea:Meeting Future Oceanographic Goals with a Robust Academic Research Fleet［M］.Washingtong,D.C:The National Academy Press,2009.
［3］ National Research Council.2011.Critical Infrastructure for Ocean Research and Societal Needs in 2030［M］.Washingtong,D.C:The National Academy Press,2011.
［4］ NSTC Joint Subcommittee on Ocean Science and Technology.Charting the Course for Ocean Science in the United States for the next decade［R］.NSTC Joint Subcommittee,2007.
［5］ 李蔚蔚.中国海洋调查船现状与发展思考［J］.