11月28日，来自自然资源部的消息称，中国首艘自行建造的极地研究破冰船“龙雪2号”首次成功破冰，为龙雪进入南极中山站开辟了一条通道，并为下一次卸载做准备。
《龙雪2》有什么不同？极地破冰船与普通船只有何不同？建造破冰船有什么困难？让我们慢慢来。
(1)极地破冰船如何破冰？
冰对运输是危险的。
除了碰撞和下沉的明显危险，一艘船可能会被封闭的冰困住，被迫漂流数百甚至数千海里(1海里=1.852公里)达数月或一年以上。
2014年1月，中国研究船“龙雪”号成功营救被困在南极的俄罗斯极地研究船“肖卡尔斯基院士”。救援过程非常困难，甚至龙雪本身也曾被困，这也说明了极地航运的风险。
面对极地环境，所有极地船只都会加强其结构。极地破冰船是一种非常重要的极地船只，它可以在极地地区独立航行，也可以为整个极地舰队开辟航道。
(破冰船护送其他极地船只通过冰区)
极地破冰船，顾名思义，是指能在极地海冰水域破冰的船只。
破冰船破冰的方法不是像我们大多数人想的那样从中间向两边分开，而是通常在垂直方向施加力来压碎或打破冰。这是因为冰通常是分层的，可以被视为在水平方向上无限延伸，而在垂直方向上，只有有限的横截面面积用于承受外力。在水平方向上由作用在冰上的相同力引起的剪应力(即压力)接近于零，而冰在垂直方向上可能破裂。
(破冰船破冰时通常垂直施力)
破冰船的破冰方法包括顶推法、顶压法、侧压法、碰撞法、气动法等。其中，最常见的方法是增量发射法。它依靠破冰船前进时的动量，以及螺旋桨、硬壳和上翻的船首的推进力来分裂和粉碎冰，这适用于破碎较薄的冰。
(破冰船采用顶推方式持续破冰)
其他方法还包括第一加压法，即利用船体的重力迫使破冰船在冰层上破冰，并调节压载水使船体左右摇摆，以增加破冰效果，从而打开更宽的通道；
纯粹的压力方法依靠破冰船独特的头部形状和螺旋桨工作时产生的巨大驱动力，从而“爬升”到冰上。这时，船头用它自身的重量压碎了冰，从而打开了一条通道。
碰撞法(行走破冰法)主要用于冰层较厚时，利用破冰船船头吃水浅的特点来增加马力，冲向冰面。船体靠自身的重量破冰一次，然后破冰船翻转一定的距离，再次全速冲向前方的冰层进行第二次破冰。
气动方法是通过气泡系统从船体底部喷射压缩空气，使得船体侧面的冰块受到向上的浮力，并随着气泡的上升而破裂，从而减小船体上的摩擦力。
此外，一些破冰船配备了船体加热设备，可以加热低温船体，避免船体结冰，从而避免船体钢因低温而韧性降低，防止侧碎冰再次结冰。
(破冰船破冰方法)
破冰能力是极地破冰船最重要的参数之一，可分为连续航行破冰能力和重复打孔破冰能力。目前，从电力系统的角度来看，大多数柴电破冰船具有1.2米以上的连续航行破冰能力。更先进的破冰船可以破冰1.8米，而核动力破冰船可以连续破冰3米。
在有限的连续航行和破冰条件下，破冰船将通过反复打孔进行破冰作业。一般来说，反复打孔破冰船的厚度通常是连续航行破冰船的2 ~ 4倍。
(2)建造破冰船有什么困难？
目前，由于我国缺乏冰池，船舶设计、低温材料和配套技术的发展受到严重影响，极地船舶的数量和技术水平远远落后于欧洲、俄罗斯、日本和韩国等国家和地区。以破冰船为例，在中国极地唯一能破冰的船是目前服役的“龙雪号”。它属于中国第三代极地破冰船和科学研究船，也是中国最大的极地研究船。
俄罗斯有30多艘破冰船，其中最大的可以在任何北极海域航行和执行任务，破冰厚度可达3米。美国曾经拥有仅次于俄罗斯的破冰船舰队，包括五艘极地破冰船。
那么建造破冰船有什么困难呢？哪些因素制约了中国破冰船的发展？我们将从基础理论、船体设计和动力系统三个方面对其进行介绍。
(1)基础理论:冰荷载计算还有很长的路要走
由于海冰的作用，在冰区航行的船只将承受额外的冰载荷。因此，合理确定船舶冰载荷是冰区船舶设计的基本能力要求。
冰荷载一直是国内外研究者的热门话题。目前，冰荷载的计算主要采用三种方法:理论分析、试验和计算模拟。与波浪荷载相比，冰荷载的研究历史还很短，理论还不成熟，相关的研究还需要系统地进行。
(海冰有许多损坏模式)
(2)船体设计:目前耐低温结构材料仍为进口。
2009年，中国正式启动“龙雪2号”建设项目，建造一艘新的极地研究船。当时，国内船舶设计单位对极地船舶的认识还处于理论阶段，缺乏实践经验和论证条件，破冰船船体结构的设计不能独立完成。
国务院确立了“国内外联合设计、国内施工”的基本原则。为了满足中国的科研需求，中国向芬兰船舶设计公司提出了相应的定制要求:新一代科研破冰船“底盘”更好地保证了其使用寿命；同时，为了提高船舶的破冰能力和灵活性，“龙雪2号”必须采用全回转推进，实现双向破冰。
芬兰公司提供的船体设计方案的母船是一艘货船，不能满足科研需要。在国内相关研究单位的优化下，该船在敞水性能和航行稳定性方面进行了优化设计，并进行了大量的研究工作。
为了防止低温对船体的损伤，船体结构设计一般选用特殊的低温高性能钢，并在船头、船尾和吃水线附近加厚。
我国现有的高档超高强度船用钢主要采用调质生产工艺，以中碳成分为主，钢板焊接性能差，不能满足极船结构焊接和超低温焊接维修的要求。中国也依赖进口这种低温钢。
(3)电力系统:与国外相比，极端天气条件下的工程应用仍有差距。
极地船只的航行环境非常恶劣。极低的环境温度会影响电气设备及其部件的运行性能，降低可靠性，并影响船舶的正常航行、运行和寿命。
对于极地研究船，由于破冰过程中冰载荷的随机波动，船舶的电力推进系统将在随机和冲击载荷下处于极端工况，这就对电力推进系统的设计和变频控制提出了极高的要求。
目前，我国已掌握了船舶电力推进系统的大部分关键技术，在电力系统形式、功率密度和运行效率方面均优于国外，但在极端天气条件下的工程应用仍远远落后于国外。
此外，由于材料在重载下的低温脆性，结构构件容易损坏，铸钢件容易冻结和开裂。钢丝绳冻硬，难以缠绕，甚至断裂。低温下，机械设备内外部件冻结，发动机启动困难，液压系统卡滞，无法正常工作。在极低的温度下，齿轮箱中的电机和齿轮线等机械传动部件中的润滑油会过于粘稠，导致阻力增加，甚至齿轮箱或天线因结冰而无法工作。
所有这些都需要逐一解决。
(3)《龙雪2》有哪些新特点？
“龙雪2号”长122.5米，宽22.3米，速度为115节，续航能力为20000海里。它接近环绕地球，可容纳90人。它能在1.5米厚的极地冰和0.2米厚的雪的条件下持续破冰。其破冰能力达到P3水平。这是一艘中型破冰船，可以将中国极地科学研究从夏季扩展到春季和秋季。
此外，龙雪2还具有以下新功能:
(1)从头到尾双向破冰
“龙雪2号”是世界上第一艘在船头和船尾使用双向破冰技术的极地研究破冰船。当遇到难以“拱起”的冰脊时，船体可以旋转180度，将船尾变成船头，尾部的螺旋桨可以在海面下破冰，将冰脊挖空10多米，突出包围圈。这也大大提高了这艘船摆脱困境的能力。龙雪曾经遇到的问题将为未来的龙雪2提供更多的解决方案。
(2)月池水工仓库
在过去的极地科学考察中，考察队成员在探测器的取样和部署过程中一直站在船边，这造成了很大的安全隐患。与此同时，极端天气也使这一过程变得极其困难。
为了克服这个问题，在“龙雪2号”的船尾中央，有一个3米见方、深至船底甲板的“井口”，叫做“月池”。科学仪器和设备可以从这里直接进入水中，即使在100%被海冰覆盖的海域，取样操作也可以进行，在这里工作比在户外更温暖、更舒适。
(雪龙月池2)
(3)智能控制平台
“龙雪2号”拥有一套智能导航、智能节能、智能机舱和智能船体的综合平台，控制着整个船体系统。
船上安装了7000多个智能感应“神经系统”，可以收集内部和外部信息，优化船体功能，使其能够在复杂环境中实现自动驾驶。
在这样的条件下，船员的工作和生活条件得到了极大的改善。
结论
从2016年12月20日首枚钢片被点燃切割到2018年9月发射，再到昨天“龙雪2号”首次在南极破冰的消息，中国积累了极地船舶规章制度方面的经验，掌握了双向破冰船型设计、PC3破冰船结构设计、低温破冰船防寒设计等关键技术，组建了一支日益成熟的研究型船舶设计团队。在龙雪2号等中型破冰船的基础上，中国将很快启动一项名为“极地重型破冰船关键技术研究”的重大科研项目，并进一步进入重型破冰船领域。
原标题:“龙雪2”通过了破冰测试！建造极地破冰船的方法有很多。