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DOI:10.3772/j.issn.1673-6516.2014.10.000
開展海洋環境、海洋生物資源、海底地質和資源勘探研究是我國經略海洋、建設海洋強國的基礎。我國海洋綜合考察能力應與我國的經濟政治地位相適應，海洋科學綜合考察船作為海洋探測與研究的重要平臺，是海洋能力建設關鍵的組成部分，也是一個國家綜合國力的體現。我國現有科考船數量少、船舶老舊、功能落后、作業效率低、配套不完善，難以滿足當前日益發展的多學科綜合考察，特別是深遠海綜合考察的需求。在此背景下，國家對海洋科學綜合考察船建設項目給與了高度重視，促成了我國新一代深海海洋科學綜合考察船“科學”號的立項。該船的設計突出多學科綜合探測研究的特點，裝備精良、功能齊全，具備強大的深海大洋立體探測與同步作業的能力；銜接各種通訊工具，具備全球范圍內信息處理與交換的能力；具備科學的綜合布局和良好的適航性，以滿足海洋考察的作業需求和提高探測精度。“科學”號海洋科學綜合考察船是我國“十一五”國家重大科技基礎設施項目，由中國科學院海洋研究所牽頭承建。
新一代海洋科學綜合考察船
設計和建造一艘國際先進的、滿足現代海洋科學考察需求的海洋科學綜合考察船是中國科學院海洋研究所多年的夢想和建設項目的終極目標。海洋科學綜合考察船項目組在廣泛調研和了解國外科考船的設計理念和先進技術的基礎上，結合我國涉海單位的科研需求，制定出完整的、滿足現代海洋科學考察需求的建造方案，與設計單位（中國船舶工業集團第708研究所）和承建單位（武昌船舶重工有限責任公司）一起進行科技攻關和設計創新，在主尺度選型、船體性能優化、科考設備的研發與配置、艙室的綜合布局等方面解決了一個又一個關鍵技術難題。
“科學”號海洋科學綜合考察船是我國首艘滿足特種用途船新規范SPS2008 ，采用吊艙綜合電力推進且具備完全自主知識產權的現代化海洋科學考察船。在設計過程中，項目組重點瞄準國際上交付不久和正在建造的新型科考船，通過消化吸收國內外船型相關技術，重點研究了用于科考船多波束嵌入式安裝的防氣泡球艏設計、經濟節能的短長寬比船型設計、不同推進形式和電站配置的綜合評估、艏樓遮蔽甲板抗風穩性研究、操控支撐系統與科考實驗室綜合布置研究、減振降噪技術研究等關鍵技術難題。
海洋科學綜合考察船屬于特種用途船，是一種復雜的布置型船型。除船舶系統不同于常規船型外，其龐大的船載探測系統、船載實驗系統、網絡信息系統和操控支撐系統是科考船特有的大型裝備。船型分析與型線設計是緊密相連的，不同的船型尺度和型線決定了不同的阻力特性、耐波性等船體性能，還將影響安裝在水下的探測設備的探測效果，影響到推進器的選型、主機配置，進而影響到船舶的功能、經濟性和適航性。
我國現有自主設計的海洋科學考察船大都體現出瘦長型的特點，在海洋科學考察活動中由于其橫向耐波性差，使海上作業受海況的制約性很大。設計過程中，項目組結合科考船承載的任務和使命、海上作業工況和操作流程、實驗室功能和空間的劃分、考察設備的移動性以及后續的升級改造等，抓住關鍵，實現了船型尺度比和型線的優化，快速性、經濟性和耐波性之間的平衡，防氣泡球艏開發和船載探測與實驗系統的模塊化等，設計出具有自主知識產權，適應性好、實用性強的新船型。
“科學”號海洋科學綜合考察船在建造過程中，采用先進的三維建模技術進行生產設計，確保建造精度。為解決大量現代海洋科學考察海上作業的實際問題，在國內沒有可參考先例的情況下，研制了多項船舶和輔助科研裝備，如國內首個升降鰭板系統、國內首套側推封蓋系統和國際首制重力取樣裝置翻轉機構等；創造了諸多國內第一，如 “科學桅”、全海深多波束嵌入式安裝技術、低噪音空調風管安裝技術、減震降噪技術、在國內率先采用艏部圓弧線形優化技術等。研發團隊對該船操控支撐系統的安裝及調試、大型聲學設備安裝精度控制等項目的研究及實船推進，同樣都取得了重大突破。
“科學”號海洋科學綜合考察船采用現代造船模式，按殼、舾、涂一體化的要求，應用成組技術按區域組織建造。通過中間產品的成組制造確保產品質量，提高生產效率。主船體采用環形總段建造法和島式建造法相結合的方法進行建造，在主船體形成過程中按區域進行舾裝，實現完整性下水。
為了解決突出難題，把好質量關，項目組成立了焊接創精品小組、減振降噪創精品小組和內裝創精品小組，對關鍵工藝和創新項目進行刻苦公關，提升科考船的性能；按照“民品軍造”的要求，對船體進行了百分之百的探傷檢驗，確保了工程質量。
快速性和經濟性指標水平先進
試航測定，單臺發電機運行時（功率為2610KW的發電機，夏季時負荷率為86.8%，冬季時負荷率為80.2%）航速達到12.12kn，雙機運行時最大航速達到15.88kn，是相同噸位級別的同類型電力推進船舶中油耗最低的船型之一，快速性和經濟性指標均達到和超過國際同類型船的先進水平。
采用國際通用的快速性指數（每千瓦推進功率推動船的排水量所能達到的航速指標）對比，可見該船快速性已處于國際先進水平：
空船重量重心得到有效控制，船舶生命力加強
經傾斜試驗驗證，船舶重量與重心位置與設計預估狀態非常吻合，未采取臨時固定壓鐵處理方案。試航期間，船舶調配壓載靈活，各種液艙包括消耗品艙、壓載水艙均實現了預先設計的功能，充分體現了重量重心有效控制的成果。
機動性和耐波性指標全面實現，船舶操控靈便
試航測定“科學”號最大航速15kn時的回轉直徑為194m，回轉最大橫傾角約12度；服務航速12kn時回轉直徑為185m，回轉最大橫傾角約6.5度；回轉直徑均低于兩倍船長（2*99.6m），大大優于常規軸槳推進的船舶，回轉性能良好；在最大航速下228秒內可實現停船，慣性滑動距離約為722m；緊急停船時間在130秒內，滑動縱距不超過450m；在5分鐘內可實現原地回轉，橫移自如，航向穩定。
抗風安全性得到初步驗證
“科學”號按照CB/T 3526-94《海洋調查船特殊抗風力要求》進行設計。2012年春節期間，該船在臺灣東北部試航時遇到9～10級的較大風暴，船舶一度處于橫浪上，橫搖角度達到35度，仍舊具備較好的復原力臂。船舶經歷了較大的穩性生存考驗，抗風安全性得到初步驗證。
機電系統全面實現自動化
“科學”號采用無人機艙的設計，并獲取無人機艙（AUT-0）船舶入級證書。經試航測定和一年多的運行結果證明，該船機艙設備運行平穩，動力系統和船舶管系通暢，機艙監測系統運行正常，充分驗證了該船自動化程度高、系統安全可靠、設備操作簡單、維護保養方便的特點。
動力定位能力目標實現，為科學考察奠定堅實基礎
“科學”號在艏部兩個艏側推、艉部兩個吊艙推進的聯合作用下，在1.5節流、5到6級風海況下，能夠實現定位精度0～3米、船艏向±10°的可靠控位。船舶電站負荷在動力定位時有充足的儲備，前后推進器也進行了損失單個推進器的定位測定，結果表明：配置的DP-1動力定位系統滿足各項指標要求且具有較高的可靠性和冗余度。在深海極端環境航次中，“發現”號水下纜控潛器在水下作業長達7～8個小時，過程中 “科學”號動力定位系統始終將船位控制在0.3～0.4米的范圍之內。
機艙減振降噪措施起到明顯效果
采用減振降噪技術，通過優化設備配置和建造過程的層層把關，取得了非常明顯的效果。經振動噪聲測定該船在全速航行時，機艙、集控室及機修間的振動噪聲指標均滿足或大大優于國際標準值。如：機艙集控室的噪聲指標為60dB，遠優于船級社設定的最高舒適度等級中對于機艙集控室70db的要求，已達到駕駛室最高舒適度標準。此外，機艙及機械場所等通風設備采用特殊降噪技術，降噪效果十分明顯。
全船生活環境全面提升
“科學”號定員80人；共有40間臥室，其中套間4間，單人間10間，公共區設有餐廳、休閑廳、網吧、學術廳（影院）、會議室、咖啡吧、健身房、桑拿房、理發室等。經海上航行測定，全速航行時噪聲指標達到船員臥室噪聲舒適度最高等級的房間為30間（低于52dB），占全船臥室的75%；達到客船乘客高級艙室噪聲舒適度最高等級的房間為10間（低于45dB），占全船臥室的25%。
綜合布置科學合理，設計理念符合國際趨勢
“科學”號采用煙囪左置，右舷L型主流布局；同時采用了干濕性實驗室分置的綜合布置；艉部作業甲板設置了較大的低舷作業面積和有效空間，為科考作業的操作和設備擴展預留了空間。甲板預埋緊固件為移動式設備和集裝箱的安裝提高了效率。此外，遮蔽作業甲板、船艏“科學桅”、船舯部的通海井和升降鰭板以及作業集中操控室為科考作業提供了理想的環境條件。
綜合科考功能全面，科學目標得到初步體現
“科學”號具備全球航行能力，實現了集多學科、多功能、多技術手段為一體，滿足深海海洋科學多學科交叉研究需求的工程目標。“科學”號在試運行期間，多次赴深海大洋和西太平洋海底冷泉和熱液區，圓滿完成了深海海底油氣資源形成機理、深海極端環境調查、大洋環流系統與氣候變化、深海生物基因資源及生物多樣性、大洋生態系統與碳循環、洋中脊與大陸邊緣熱液系統及地球深部過程的科學考察，取得了豐碩成果，科學目標得到初步體現。
“科學”號型長99.6米，型寬17.8米，型深8.9米，總噸位4711，續航力大于15000海里，自持力60天，載員80人，抗風力大于12級；采用全回轉電力推進系統，可實現0～15kn無級變速、低速原地回轉和橫向移動；配有高精度的動力定位系統和可控被動式減搖水艙，安裝有自主研發的升降鰭板、側推封蓋等科考設施。
“科學”號海洋科學綜合考察船具備水體探測、大氣探測、海底探測、深海極端環境探測以及遙感信息現場印證等長周期、立體交叉、綜合同步探測的能力，可進行定點和走航式海洋環境參數的連續探測、海面常規氣象連續探測、海氣界面通量探測、海底地形地貌探測、底質采樣、地球物理探測、纜控深潛器探測與可視取樣，以滿足低空大氣、海面、水體、海底及深海極端環境等海洋科學研究的需求。
船載網絡信息系統建立起以水體、大氣、海底、深海極端環境、遙感信息現場印證等探測數據和船舶數據為基礎的船載海洋環境探測數據庫；實現探測設備網絡互聯及系統控制，實現海基數據集成和與陸基實驗室的數據傳輸；實現現場視頻監控和岸基實時監控，促進船舶和海上監控能力手段的提升。
“科學”號的成功交接標志著我國海洋科學考察能力邁上了新的臺階。“科學”號將承擔我國深海遠洋科學調查的主要任務，為我國海洋科學基礎研究和海洋高新技術研發，特別是為深海和大洋研究提供先進的海上移動實驗室和試驗平臺，為提升我國海洋科技國際競爭力，建設創新型國家作出新的貢獻。
肩負使命駛向大洋
“科學”號海洋科學綜合考察船建成后所承擔的使命將以變化的海洋動力環境、底質環境和生態環境作為對象實施綜合探測，為國家安全與權益、災害監測等提供高分辨率和高質量的海洋環境基礎數據資料，是獲取海洋科學新知識、發現和認證變化規律、發展地球系統科學的基礎平臺，是我國開發、利用深海資源的先導和獲取基礎海洋環境信息的保障。其六大科學目標為：（1）大洋環流系統與氣候變化；（2）海洋動力過程與災害；（3）深海生物、基因資源及生物多樣性；（4）大洋生態系統與碳循環；（5）洋中脊與大陸邊緣熱液系統及地球深部過程；（6）深海海底油氣（含天然氣水合物）資源形成機理。
“科學”號海洋科學綜合考察船在建造過程中既開始籌劃國家重大科研項目。2013年1月投入試運行以來，“科學”號承擔了“南海成因與南海中南部盆地構造研究”、“熱液系統海底環境特征及其影響”、“主流系與西太平洋暖池變異機制”、“典型弧后盆地熱液活動及其成礦機理”、“全球變化與海氣相互作用太平洋專項”等國家重大項目，總航行天數400余天，航程48000余海里。
2013年5月至8月，“科學”號在國內首次開展了南海中南部地球物理調查，獲得了南海東–西和南–北向近8000公里的橫跨陸架–海盆–陸架的綜合地球物理大斷面數據和樣品采集，為研究南海成因及盆地構造、南海形成演化等重大科學問題提供了重要數據。
2014年4月至5月，“科學”號首航奔赴西太平洋執行中科院“熱帶西太平洋海洋系統物質能量交換及其影響”戰略性先導科技專項任務，使用國內先進的4500米級“發現”號水下纜控潛器，對沖繩海槽熱液區的熱液噴口周圍海洋物理、化學環境進行了現場原位觀測和取樣分析，獲取熱液噴口及鄰近區域大型海洋生物樣品1400余頭，種類超過50種，并從熱液區底層水、沉積物、巖石及大型生物樣品中現場分離培養超過300株微生物，采集硫化物、巖石和沉積物等地質樣品30多個（袋）。
2014年8月至10月，“科學”號大規模地在西熱帶太平洋海域開展了大型潛標的集中布放，對西邊界流和赤道流系流量和流速及其結構進行長時序的連續觀測，以揭示熱帶西太平洋海洋環流對暖池變異的影響，熱帶西太平洋深層環流深層混合的特征、變異及與大尺度環流的關系，深層水體混合及其對環流變異的影響等重大科學問題。
“科學”號在試運行期間所取得的重要科研成果，在國內外引起廣泛關注，世界著名學術刊物NATURE兩次報道和評述“科學”號及我國海洋科學考察能力的提升。
后記
作為我國新一代先進的海洋科學綜合考察船，“科學”號是一艘擁有自主知識產權，集多學科、多功能、多技術手段為一體，滿足海洋科學多學科研究需求的現代化海洋科學綜合研究平臺。“科學”號海洋科學綜合考察船的建造成功在一定程度上反映了當今國際第三代科考船的發展特點。該船在設計中嘗試了諸多設計創新，其本身的理念和實踐對于國內科考船設計具有里程碑意義，有些創新設計在國際上也具有一定的引領和借鑒作用。新船的投入使用將為國家海洋科學基礎研究和海洋高新技術研發，特別是深海及洋區的海洋基礎科學研究提供先進的海上移動實驗室和試驗平臺。在未來10～20 年內，該型船將成為我國遠洋科學綜合考察的主力船型之一。2013年海洋科學綜合考察船項目入選中國科學院科技創新成果展，2014年獲得中國船舶工業集團科技進步一等獎。“科學”號團隊入選2014年“科技盛典”團隊。
