8月30日，国家综合性学术期刊《船舶》，于2024年第4期郑重推出中国船舶集团首席专家吴刚撰写的科技专著：《中国极地海洋装备的发展探索与技术需求》。冰路征程，极地战略，“中国极地考察40周年成就展”在中国国家博物馆隆重开幕。回望这段历史，自1984年首次南极考察以来，中国极地事业在党和国家的领导下，由极地大国向极地强国迈进。极地海洋装备作为人类参与极地活动的主要载体，对国家战略意义重大。围绕极地海洋装备技术，《船舶》期刊特约中国船舶集团首席专家、船舶设计大师、“雪龙2”号总设计师吴刚研究员撰写此文，分享相关领域最新研究成果及技术发展趋势。
1996年，吴刚从武穴中学毕业，考入华中科技大学船舶与海洋工程专业。2000年大学毕业后，应聘中国船舶与海洋工程设计研究院工作〔又名中船集团七0八所〕。2002年，吴刚复又考进上海交通大学船舶与海洋结构物设计制造专业深造，2005年完成硕士学业，重返中国船舶与海洋工程设计研究院。这是一家国内顶级的船舶与海洋工程设计研究单位，利用这个大舞台，加上个人不懈努力，吴刚通过摸爬滚打，刻苦钻研，终于成为了一名资深的船舶设计师、教授级研究员。
吴刚参与设计的“极地科考船”
吴刚先后担任“科学号”副总设计师，“向阳红01”“向阳红03”“东方红3”“雪龙2”号“中山大学新建科考船”等多型国内顶尖科考船总设计师。主持的项目“科学号深远海综合探测平台研发与应用”获2017年国家海洋局海洋工程科学技术奖特等奖；“科学号海洋科学综合考察船研制”获2014年中船集团科技进步奖一等奖和2015年上海市科学技术一等奖；“深海探测与研究平台体系建设”获2015年度中国科学院杰出科技成就奖等荣誉。2024年6月，被国务院国资委党委授予“中央企业优秀共产党员”称号。
极地和深海是人类探寻海洋的科考前沿，近年来我国极地装备与技术不断发展，取得新突破。首艘自主建造的极地科学考察破冰船“雪龙2”号、我国自主设计建造的新一代破冰调查船“极地”号，已成为我国和平利用和保护极地资源的新平台。作为极地装备的总设计师，吴刚介绍，中国破冰船的发展经历了“引进-消化吸收-再创新”研发模式。1993年，中国拥有了极地考察船“雪龙”号，该船是从乌克兰购买引进，后经多次改造和设备更新，目前依然是中国极地海洋调查和极地考察后勤支撑保障的中坚力量。2019年7月，首艘自主建造的极地科学考察破冰船“雪龙2”号在江南造船正式交付，标志着我国极地科考事业进入“双龙探极”新时代。2024年6月，我国自主设计、建造的新一代破冰调查船“极地”号正式交付，将于今年下半年开始承担科考任务。
“雪龙2”号由第七〇八研究所和芬兰阿克北极公司联合设计，这家芬兰公司在破冰船设计上可谓全球第一，但“雪龙2”号不仅仅是破冰船，更是一艘科考船。第七〇八研究所充分发挥在科考船设计上的传统优势，在敞水性能、科考设计和智能设计上发挥了主导作用。相较而言，“极地”号是中国独立自主设计研发，自主建造，是我国现代破冰科考船技术从跟随国际先进水平发展到逐步成熟的“见证者”。
在很长一段时间里，我国极地科考事业的推进一直受到船只破冰能力的制约。“中国首航南极包括‘向阳红10’号船和J121打捞救生船，其中‘向阳红10’号并不是一艘专业的破冰船。40年后，我们可以同时有3艘破冰船执行类似任务，这种发展在以前是不可想象的。”吴刚表示，得益于极地装备的发展，我们才有能力为“认识极地、保护极地、利用极地”作出中国贡献。
从“向阳红”系列、“东方红”系列、到“雪龙2”号、“极地”号，中国科考船技术不断创新。吴刚表示，“未来中国破冰船会动力更强劲、更耐低温、更环保、更人性化、更安全”。据介绍，“雪龙2”号是全球第一艘采用船首船尾双向破冰技术的极地科考破冰船，能在极地1.5米厚冰环境中以2-3节的航速连续破冰航行。此外，“雪龙2”号还是国际上首艘获得智能船舶符号的极地科考破冰船，拥有智能船体和智能机舱；通过为全船设备配备各种传感器，实现全船信息的全方位智能感知、获取、交换和展示。
“极地”号船长89.95米、宽17.8米，具备全球无限航区航行能力，排水量约5700吨，续航力1.4万海里，自持力80天，艏向破冰能力为0.8-1.0米当年冰。设计上也更为人性化，舱室噪声达到中国船级社舱室噪声1级水平，大大提高了舱室的舒适度。“极地”号破冰调查船最大的亮点是无人化。除了传统的科考工具和设备，“极地”号搭载了无人机、无人船以及水下自主机器人等最新高科技装备。船载的无人机可以从空中俯瞰广阔的海域，实时传回大气、海冰等数据；无人船则能够深入到传统船只难以抵达的区域，为科学家提供更为全面的海洋信息；水下自主机器人更是在深海探测中发挥着不可替代的作用，逐步打开海洋深处的奥秘。“空-天-冰-海-潜”一体化的科考模式，赋予科学家们更为广阔的探索空间。
中国极地装备的快速发展引起了美国等西方国家的关注。白宫宣布，美国与加拿大、芬兰组成一个“破冰船联盟”，以此在日益重要的北极地区对抗中俄。美国、加拿大及芬兰预计在未来十年内拥有70-90艘破冰船。吴刚表示，注意到此报道。在短时间内，我们与传统强国之间还有很大差距，面临艰巨的挑战。目前全球在役极地破冰船主要集中在俄罗斯、美国、加拿大、芬兰、瑞典、丹麦等国。其中，俄罗斯是全球拥有破冰船数量最多、技术最先进、极地作业能力最强，并且是世界上唯一拥有核动力破冰船的国家。
挑战与机遇并存。吴刚表示，我国破冰船正致力于“轻-中-重”体系化建设，我们目前破冰科考船不仅数量严重不足，而且缺乏重型破冰船。极地海面会呈现冰冻状态，因此只有依靠破冰船强劲的动力和坚硬的船体才能把科考人员、装备运达指定位置。
吴刚介绍，国际海事组织把破冰船的破冰能力分成7档，从PC1到PC7，PC1级破冰能力最强，PC7级破冰能力最弱。整体上来看，破冰能力可分成三个级别：PC1、PC2是重型级别，破冰的厚度在2米以上；PC 3、PC4、PC5是中型级别，破冰厚度为1-1.5米；PC6、PC7属于轻型级别，破冰厚度在1米以下。其中 “雪龙”号和“极地”号属于轻型破冰船，“雪龙2”号的破冰能力是PC3，是中型船里的最高等级。“目前中国已经具备了轻型和中型的设计和建造能力，现在我们面临的一个挑战就是重型级别，PC1和PC2重型破冰船属于金字塔尖，这也是我们未来需要前进的方向。”
对于中国破冰船破冰等级从PC3中型破冰船发展到PC1和PC2重型破冰船需要多长时间，吴刚回应道，从“雪龙”号（PC6）发展到“雪龙2”号（PC3），破冰能力从1米提升到1.5米，虽然只有0.5米，但我们整整花费了26年时间（从1993年到2019年）。“从破冰厚度从1.5米升级到2.5米，我们相信这个时间长度会缩短。”这1米之差不仅需要解决包括动力、推进器、耐低温、高强钢等诸多技术问题，还需要加强装备之间的效能以及联网观测网一体化的建设，这是一个久久为功的工程。
对于未来中国极地考察能力，吴刚信心百倍地说：“当前重型破冰船的研发工作稳步推进。未来，我们的破冰船在时空领域都会取得重大突破，可以去以前去不了的地方。”这意味着一旦PC1和PC2重型破冰船研制成功，我国就具备常年在极地环境下进行作业、执行更深入科学考察任务的能力。
