3 全球極地船舶技術發展現狀
任何一個國家，要想實施極地戰略，必須首先發展適應自己的極地船舶裝備。以南北兩極的極地船舶為例，總體上可分三類，一是以北極為目的地的開發和運輸，二是跨北極的過境航行，三是在南北兩極開展的科考調查和研究。這三類代表了不同國家不同階段對于極地船舶的主要需求。
1）資源開發與運輸是極地船舶發展的主要動力。北極油氣儲量巨大，目前全球未開發油氣儲量的1/4均分布在北極地區,北極還有豐富的煤炭資源，估計占世界煤炭資源總量的9％,除了這些不可再生資源外，北極地區還有豐富的漁業、水力、電力、森林等可再生自然資源。
油船方面，受極地資源開發及運輸帶動，冰區油船的破冰等級和載重量有增大趨勢，目前船只數和總噸位最大的還屬1A冰級(PC7)的阿芙拉型油船，未來波羅的海油船噸位將可能從10萬載重噸提升到27萬載重噸。
天然氣運輸船（LNG）相對于油船，因天然氣及其液體的能量密度很低，和石油相比，故其運輸成本大大增加，但北極油氣資源相當大的部分為天然氣和天然氣液體，因此冰LNG運輸船會是造船界的新寵，但設計和建造風險極高。
此外，針對加拿大海上補給和礦石運輸的需求，為礦區運輸貴重礦石和補給的靈便型散貨船以及可用于鐵礦石出口的好望角型散貨船也在未來需求之列，除此之外，具備高等級冰區加強的多用途船、集裝箱船和模塊運輸船的研究和設計也在加緊進行。
2）節省油耗、降低排放的北極航線催生冰區加強型船舶。北極航線包括“東北航線”、“西北航線”和“中央航道”。中央航道冰情惡劣，目前還未有商船通過的記錄。東北航線NSR(又稱北海航線Northern Sea Route)，從巴倫支海的摩爾曼斯克沿著西伯利亞海岸到達白令海峽和遠東的北極水域，它是連接大西洋和太平洋間的海上捷徑，也是聯系歐亞兩地海上的最短航線，該航線目前商業運作較成熟；另一條西北航線，以白令海峽為起點，向東沿美國阿拉斯加北部離岸海域，穿過加拿大北極群島，直到戴維斯海峽，目前該航線己開始嘗試商業運輸。目前東北和西北兩條航線更接近地球表面上兩點的最短連線，是連接太平洋北部與大西洋北部最短的航線。與繞道蘇伊士運河相比，從東北亞地區駛往歐洲的貨船取道東北航線大約可節省20％的燃料費用，同時可避免海盜風險，無須繳納運河通行費，縮短近10天的運輸時間。可以預計，北極航線一旦全面貫通，全球海上運輸格局將面臨重大變革，從而導致國際分工和產業布局發生連鎖反應。
北極航行的商業運作取決于利潤和風險的評估，破冰船引航費用、破冰功率增加導致油耗的增加、動力裝置加強導致的投資增加、破冰結構導致結構重量增加載重量減少以及防凍設計導致建造成本增加和極地運輸貨物保險增加等等將是制約船東目前決策的主要因素。對于我國而言，目前來自俄羅斯的石油、天然氣能源輸入較多的采用管線運輸，北極航線船舶運輸的貨品主要還是礦石、零散的大件貨和包裝貨。
3）極區環境和資源調查的迫切需求加快各國更新極地科考破冰船。近年來，各國開始建造或計劃建造第二代極地科考破冰船，這些國家包括俄羅斯、德國、挪威、澳大利亞、美國、韓國和南非等。總體上說，新一代極地科考破冰船的特征為破冰能力更強大以及船體規模大型化。以歐盟最新投資的“北極光”號科考船為例，該船投資巨大，建成后將達到2.5米的破冰能力。2019年7月11日，中國歷經十年自主建造的第一艘極地科考破冰船“雪龍2”號在上海正式交付，它是全球第一艘符合國際極地最新規則的極地科考船，也是世界上第一艘采用船艏和船艉雙向破冰技術的極地科考破冰船。
4 極地船舶主要裝備
極地船舶最開始是作為航海探險之用，經過數百年的演變，如今極地船舶已經發展成為涵蓋極區油船、極區LNG船、極區散貨船、極區集裝箱船、極區海洋工程船及極區破冰船等多功能全方位支撐極地探險、航運和科考的裝備體系。其中，極區散貨船主要以靈便型散貨船和好望角型散貨船為主；冰區油船主要以原油船、成品油船為主；極地破冰船主要以常規破冰船、多用途破冰船、科考船等為主。
圖3：極地船舶類型
為抵御極地環境風險, 極地船舶及設備應具有足夠的極地水域操作能力,包括：船體結構和推進系統滿足適當的冰級要求、推進功率和機械設備在有冰水域移動能力、船舶設備具有經受低氣溫和結冰狀態能力、船舶通導設備適合預定高緯度區域航行、船舶應急設備和系統具有在偏遠區域應急響應能力。極地船舶按 國際船級社協會（IACS）冰級要求包括 PC1～PC7，如圖4所示。隨著極地活動增加,極地船舶類型幾乎涵蓋所有主流船型。
圖4：極地船舶冰級（來源：CCS polar ship guidance）
極地破冰船
根據船舶功能,破冰船包括專業破冰船,還包括具有重型破冰能力的科考船、三用工作船、平臺供應船、拖船和救助船等。其中，三用工作船適用于海洋平臺的物資供應、拋起錨、平臺托運等多種作業,受到環北極國家大力歡迎,其船舶數量最多。隨著北極以及亞北極的海上油氣開采增多，俄羅斯、美國、瑞典等紛紛建造更大功率的重型破冰三用工作船，2016年俄羅斯建造了3條重型破冰三用工作船,其連續破冰能力超過3米,用于巴倫支海油氣工程作業。
根據美國海岸警衛隊（USCG）2017年統計,環北極國家中除冰島、丹麥外, 俄羅斯、加拿大、美國、芬蘭、瑞典、挪威都擁有強大的破冰船隊。對于主機功率大于1萬馬力的破冰船，各國破冰船(不含極地科考船)數量對比如圖5所示。全球現有83艘,在建13艘,計劃建造21艘,總共117艘。俄羅斯、芬蘭、瑞典、加拿大、中國和丹麥屬于第一陣列, 擁有的破冰船分別達到44 艘、10 艘、7 艘、6艘和 4艘。俄羅斯數量最多,也是世界上唯一擁有核動力破冰船的國家,核動力破冰船現有7艘，正在建造3艘，目前2艘正在研發中。
我國目前擁有4艘破冰船,分別為“海冰722”、“海冰723”、“雪龍1”號和“雪龍2”號，其中雪龍號屬于極地專用破冰船。2019年7月11日，中國歷經十年自主建造的第一艘極地科考破冰船“雪龍2”號在上海正式交付，它是全球第一艘符合國際極地最新規則的極地科考船，破冰能力強，達到PC3級，配備2臺7.5兆瓦吊艙推進器和DP-2動力定位系統，能以2～3節的航速連續破1.5米厚冰層加0.2米厚積雪的能力，滿足無限航區包括極區航行和作業的需求。2020年7月15日，由自然資源部組織的中國第11次北極科學考察隊搭乘“雪龍2”船從上海出發，執行科學考察任務。這是“雪龍2”船繼順利完成南極首航后，首次承擔北極科學考察任務。
圖5：破冰船數量對比(來源: USCG)
按船齡統計，各國共有56%破冰船的船齡在20年以上，如圖6所示。破冰船已進入更新換代期，未來船舶工業研發建造破冰船將大有可為。隨著南北極活動的增加,各國正在改造船舶,提高船舶破冰性能與安全性，俄羅斯、加拿大、美國、德國等也正在加緊設計建造更大功率的破冰船。
圖6：破冰船船齡分布
俄羅斯作為世界上擁有最多破冰船的國家，其破冰船發展特點很大程度上代表著全球發展趨勢。縱觀近年來俄羅斯破冰船的發展，呈現以下三個特點：核動力技術優勢顯著，已成未來發展的必然趨勢。由于破冰航行對推進能力要求較高，核動力推進系統因其強勁的推進功率而具有巨大優勢。極地港口相對較少，燃料補給較為困難，核動力破冰船不必頻繁對燃料進行補給，且節約了燃料所需的空間，便于配置更多的科考及作業裝備。經濟性方面，美國海軍研究表明，核動力破冰船全壽期費用與常規動力破冰船基本相當，因此在其極地戰略規劃中也提及了核動力破冰船的相關計劃。由此可見，核動力技術在破冰船領域的應用已成為其未來發展的必然趨勢。
迄今為止，俄羅斯在核動力破冰船技術上遙遙領先，且是世界上唯一擁有核動力破冰船的國家，發展有四代五型核動力破冰船。其中包括第1代核動力破冰船“列寧”號，第2代核動力破冰船“北極”級和“泰米爾”級，第3代也是目前建成最新一代的核動力破冰船“LK-60”級，以及已經開始研發工作的第4代核動力破冰船“領袖”級。
2020年7月6日，世界上功率最大的核動力破冰船“俄羅斯”號10510型領袖級破冰船在俄羅斯濱海邊疆區船廠舉行了該船的第一次鋼板切割儀式，俄羅斯原子能集團（Rosatom）旗下核動力破冰船公司（Atomflot）于2020年4月與遠東紅星造船廠簽署了該型破冰船的建造合同，該船將于2027年交付使用。領袖級核動力破冰船將配備由國家原子能集團公司專家研發的兩座RITM-400型核反應堆，其總功率將高達120兆瓦，這將使該船可以對抗厚度超過4米的冰層。該型核動力破冰船的投入使用將使國家核動力破冰船隊公司能夠保證在北極東部海域的安全和正常運營，并能在北海航線水域提供全年航行服務，為高緯度商業航線開辟新的機會。
破冰船開始配備武器，功能走向軍用化。俄羅斯最新建造或設計的破冰船均配備了先進的武器系統，如23550型“伊萬·帕帕寧”號破冰船搭載了1門AK-176MA型單管76毫米艦炮，8枚NK反艦導彈，可安裝專為北極作戰研制的“道爾-M2DT”防空導彈，且預留了集裝箱式巡航導彈的安裝陣位，甚至還計劃加裝功率為30～200千瓦的高能激光器，從而反制空中優勢和導彈攻擊。美國則計劃在新建6艘破冰船上安裝機槍、艦炮和導彈等武器裝備。這標志著未來破冰船已不僅僅是用于破冰護航的民用船只，而且還是未來極地作戰、資源爭奪、戰略部署的重要裝備。
破冰船建造中開始廣泛使用模塊化技術。俄羅斯“領袖”級破冰船作為世界最新型破冰船，對研究其技術發展極具代表性，其采納了“開放船尾”的新理念，將破冰船視作海上平臺而并非傳統意義上專業化作業船。“領袖”級船尾是自由艙，可依據任務需要搭載不同的作業模塊，其中包括反潛裝置、導彈、火炮、以及無線電或潛水設備等特種集裝箱模塊，快速完成多種功能之間的轉換。
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