自主创新极地破冰的第四种方案

开栏的话 4分钟可以做什么？吃一个汉堡，喝一杯奶茶，和朋友互发几个表情包？而他们用短短4分钟时间可以带来一场科学知识头脑风暴。这就是全国科普讲解大赛选手——一支致力于普及科学知识、弘扬科学精神的科普“尖兵”。

全国科普讲解大赛是由科技部主办的科技活动周重点活动，也是目前全国范围最大、水平最高、代表性最强的科普讲解比赛。自2014年创办以来，全国各地组织选拔活动超过3000场次，参与选手超过20万，他们以生动有趣、通俗易懂的语言讲解深奥的科学原理，呈现一场场精彩的科普盛宴。

为更好宣传展示这些优秀的讲解作品，科普时报社联合广东科学中心开设科普讲解专栏，以期帮助更多读者叩开科学之门，探索科学之美，感受我国科技进步与创新的蓬勃生机。

2012年中国极地科考破冰船“雪龙”号首航北冰洋。上图为“雪龙”号破冰，下图为作者在“雪龙”号上。 （图片由作者提供）

4月6日，“雪龙2”号极地科考船返回位于上海的中国极地考察国内基地码头，中国第39次南极科学考察圆满完成任务。这不禁让我回想起10年前驾驶“雪龙”号，参加我国第五次北极科考时被困脱险的场景。

2012年8月30日凌晨4点，我驾驶着中国极地科考破冰船“雪龙”号，在北极点附近航行。突然，船不动了，反复前进、后退，依然没有效果。这让我想到了1912年“圣安娜”号船，就是在北极点航行时被冰困住，最后船毁人亡。因此，我们必须尽快破冰突围！

破冰船该如何破冰呢？“雪龙”号采用的是船首破冰方式。刚开始，我们走的几乎是直线，遇到的海冰很薄，船舶可以通过自身前进的动力，像一把利刃把冰面给切开，这就是“连续式破冰法”。

接下来，来来回回十分曲折，因为我们遇到了冰脊。冰脊就好比是一座小型的冰山，在水面以下暗藏着一堵冰墙，想要把这一堵冰墙给砸碎就需要先倒退一段距离，利用船舶向前的冲量把冰脊给撞碎，这就是“冲撞式破冰法”。

当我们遭遇到第三道冰脊时，不幸被冰卡住了，并且还有两个气旋把我们刚刚压碎的冰聚拢到船尾。这是我们最担心的一种情况，因为“雪龙”号没有船尾破冰功能，我们只能被困在冰中，随冰漂流。

在这期间，我们尝试了“摇摆式破冰法”，在船的前后左右各有一些压载水舱，可以把船首的水抽到船尾，或者把左舷的水抽到右舷，像跷跷板或者不倒翁那样来调整船舶的运动姿态，从而把冰脊给压碎。

这就是破冰船常用的3种破冰方法，虽然这次“雪龙”号脱困了，但我们用了整整10个小时。

“雪龙”号返航后，我国在设计建造新一代科考破冰船的过程中，重点论证了船尾破冰的可能性。2019年7月，“雪龙2”号终于诞生了，她是中国第一艘自主建造的极地科考破冰船，更是全球首艘实现了船首和船尾双向破冰的破冰船。

人们可能要问，船舶尾部是如何破冰的呢？我们并不是用船尾直接撞冰，而是利用船尾的两台全回转电推式螺旋桨。它们在高速旋转时就好比两台抽水机，以强大的水流形成水体低压区，多向回转抽吸式破冰，同时这股水流还包裹在船身表面，起到润滑作用，以减少船舶与海冰之间的摩擦，让船快速移动。此外，当船舶的尾部被海冰困住时，它还会像碎冰机那样把冰脊直接削碎，这就是面向极地复杂冰况中国自主创新的第四种破冰方案。

作为中国第一位驾驶“雪龙”号穿越北冰洋的女航海驾驶员，我见证了中国两代极地科考破冰船的变迁。未来，两艘姊妹船将继续承载着中国人探索极地的梦想，在科技强国、海洋强国的道路上劈波斩浪，破冰前行。

（作者系上海海事大学副教授，第九届全国科普讲解大赛一等奖获得者）