俄羅斯將于2017年在摩爾曼斯克北部的Nerpa造船廠開始拆解“西伯利亞”號核破冰船,這是核動力破冰船的首次拆解。該破冰船建造于波羅的海造船廠,1978年試航,1993年退役。該船于1993年卸載乏燃料,其反應堆工作了10萬多小時。自退役以來,俄羅斯政府一直沒有劃撥拆解該船所需的資金,直到政府批準了為保證輻射安全提供資金預算的2016-2030年聯邦目標計劃。
專為確保己方船只冰區航行而造的破冰船
破冰船是用于破碎水面冰層,開辟航道,保障艦船進出冰封港口、錨地,或引導艦船在冰區航行的勤務船,其分為江河、湖泊、港灣或海洋破冰船。從動力上分,破冰船主要有柴油動力和核動力兩種,其中核動力推進系統的破冰船只有俄羅斯擁有,主要用于開辟北極航道;而在南極,很多港口不接受帶有核燃料的船只靠港。在設計和建造破冰船能力上比較強的國家有俄羅斯、芬蘭、瑞典、德國、美國、挪威、丹麥、日本、加拿大等。目前全球破冰船隊中,功率超過1萬馬力的破冰船有50艘,其中俄羅斯擁有的破冰船最多。
破冰船的主要特點是船體寬(縱向短,橫向寬)、船殼厚、馬力大,且船體各區域設有不同的壓水艙,動力多采用對稱的多軸,多螺旋槳配置(一般裝有2-4只螺旋槳)。破薄冰的船在船尾和靠近船頭的側位,分別裝兩只螺旋槳,船頭螺旋槳從冰下將水抽出,削弱冰層的支托并使其成為片狀裂開。船在后兩只螺旋槳的推動下前進。破冰船一般常用兩種破冰方法,當冰層不超過1.5米厚時,多采用“連續式”破冰法。主要靠螺旋槳的力量和船頭把冰層劈開撞碎,每小時能在冰海航行9.2千米。
如果冰層較厚,則采用“沖撞式”破冰法。沖撞破冰船船頭部位吃水淺,會輕而易舉地沖到冰面上去,船體就會把下面厚厚的冰層壓為碎塊。然后破冰船倒退一段距離,再開足馬力沖上前面的冰層,把船下的冰層壓碎。如此反復,就開出了新的航道。還有一種方法是使用螺旋槳當刀子把冰切碎。用燃料油為動力的破冰船,多采用柴油機帶動發動機發電,電動機驅動螺旋槳(組合機組驅動),驅動功率可達上百萬瓦,可以滿足較長時間破冰航行的需要。
在極地海域航行,對操作要求也非常高,難度遠遠大于普通水域。破冰船在南北極航行時通常包括開闊水域的航行、浮冰區航行和陸緣冰區航行,其中最為復雜的是陸緣冰區的航行。所謂陸緣冰區,就是靠近沿岸連成一片沒有水域的海冰區。這時候,就需要采用各種特殊的破冰方法,例如旋回破冰法、徒步破冰法等。徒步破冰法也就是利用船體運動能量破冰前進,破冰船通過沖撞、倒車再沖撞的步驟緩慢前進。破冰等級分1到7檔,第1檔破冰能力最強,第7檔最弱。破冰船并非所向披靡的“破障船”,實際破冰能力受到諸多條件限制。
俄羅斯破冰船發展悠久,動力實現由核轉常
眾所周知,蘇聯/俄羅斯擁有漫長的北部海岸線,特別是北冰洋地區的凍港數量眾多,在巡邏、邊防、漁政、緝私、水文調查和科研等方面對破冰船有著極大的需求。而上述海域的冰層不如極地海域厚度大,同時由于航道狹窄,噸位較大的核動力破冰船并不適用,因此以柴電為動力的破冰船就成為最適合的解決方案。
蘇聯/俄羅斯建造常規動力破冰船的歷史非常悠久,擁有數量龐大的常規動力破冰船力量。特別是在上世紀三十年代“大海軍計劃”時期,蘇聯開始建造專用于邊防海軍的破冰船,使其在航行性能、武器裝備和操控適用上滿足邊防巡邏和近海安全的需要。而在民用領域,蘇聯/俄羅斯同樣設計建造了一批用于港口破冰、近海拖撈等任務的常規動力破冰船。
在蘇俄乃至世界破冰船發展史上,技術的進步都扮演了重要的角色,而核動力推進技術的引進更是發揮了劃時代的作用。在冬季,西伯利亞以北的北方水道洋面冰層厚度一般在1.2至2米之間,而北極海域中心區域的冰層厚度平均可達2.5米。要在這樣的季節性或永久性海冰層上前行,除了動力強勁、噸位厚重、船體堅固和耐力超群的核動力破冰船外將別無他法。
1959年服役的蘇聯“列寧”(Lenin)號核動力破冰船才算將破冰船的潛力真正挖掘了出來。蘇聯“列寧”級(92M型)核動力破冰船僅建造了“列寧”號一艘,于1959年7月在列寧格勒下水。“列寧”號擁有多項世界之最:世界上第一艘采用核動力推進的水面船只;世界上第一艘核動力民用船只;世界上功率最大的破冰船(44000馬力)。
“列寧”號長134米,寬27.6米,吃水10.5米,滿載排水量達19420噸,最大航速為18節,可載員243人。船上安裝有3臺90兆瓦OK-150型壓水式核反應堆和85千克核燃料。其實,實現破冰船的推進只需其中兩臺核反應堆已經綽綽有余,第三臺是為應急和運行實驗而設計安裝的。“列寧”號上的核反應堆與蘇聯第一代核潛艇上安裝的反應堆類似,但體積更大。
由于技術不甚完善,“列寧”號上的核反應堆在運行過程中發生過兩起事故(分別發生在1965年2月和1967年),但后來都進行了修復。不過,1967年那次事故造成的損害較大,使得船上的核反應堆被迫拆除,后來更換為171兆瓦的OK-900型。“列寧”號經過大修后于1970年春重新服役,直到1989年11月才退役。“列寧”號如今仍在世,現保存在摩爾曼斯克港作為科普船進行公開展示。
俄核動力破冰船的中堅力量:“北極”級破冰船
“北極”級(10520/10521型)核動力破冰船占據了俄羅斯現役10艘核動力民用船只中的6艘,是當今俄羅斯核動力破冰船隊的中堅力量,也是世界上最大的核動力破冰船。“北極”級1975年起開始投入使用。船長在148至159米間,寬30米,吃水11.08米,排水量在23000至25000噸間,最大航速18至22節,載員138至200人。由于技術復雜,“北極”級的建造工作共持續了30年時間,因此同級船間略有差異,特別是后期建造的噸位和航速更大。
“北極”級安裝2臺OK-900A型核反應堆(1臺提供推進動力,另1臺備用)和3臺螺旋槳,可同時前進和倒退破冰航行。船體采用雙船殼設計,內外船殼間為可調節的水壓艙,外層破冰區域船殼厚度為48毫米,其余為25毫米,部分同級船的船體還涂有聚合物涂層以減小摩擦。船底還安裝有一部吹氣系統,可在水下9米深區域內產生24立方米/秒的氣泡以輔助破冰作業,破冰厚度2至2.8米。
從船上裝備來看,部分“北極”級船裝有1到2架卡-32型直升機和數艘橡皮艇,同時還安裝有無線電和衛星導航/通訊系統以及廢棄物處理系統。船上除有60余間艙室外,還設有圖書館、休息室、健身房、溫水游泳池和桑拿室等休閑設施。但值得一提的是,由于船上的核反應堆工作時需要冷卻,“北極”級核動力破冰船只能在寒冷的水域航行,因此無法穿越赤道前往南半球(特別是南極海域)航行,這不得不說是個較大的缺陷。
“北極”級核動力破冰船包括“北極”號(原“利奧尼德.勃列日涅夫”號)、“勝利50周年”號(原“烏拉爾”號)、“亞馬爾半島”號(Yamal)、“西伯利亞”(Sibir)號、“俄國”(Rossiya)號以及“蘇維埃聯盟”號(Sovjetskij Sojuz)6艘,其中“北極”號是第一艘達到北極極點的水面艦船(1977年8月17日)。“勝利50周年”號早在1993年12月底就在圣彼得堡下水,但因為資金短缺問題直到2007年4月2日才正式服役。
“西伯利亞”號破冰船將面對退役核動力系統的棘手難題
“西伯利亞”號是率先執行北極旅行觀光任務的核動力破冰船,分別于1989和1990年兩次搭載乘客趕赴北極地區;1991年和1992年的兩次北極觀光任務則改由“蘇聯”號承擔;1993年夏,專門進行了豪華改裝的“亞馬爾半島”號核動力破冰船又三赴北極旅行。“勝利50周年”號也進行了針對游客的船上休閑生活的設施改造,并于2008年6月從摩爾曼斯克出發首次赴北極觀光,當年共往返北極3次。而每位游客的一次為期3周左右的核動力破冰船極地之旅約耗資25000美元。目前在役的“北極”級核動力破冰船隸屬俄聯邦政府,由摩爾曼斯克船運公司(MSCO)規劃使用,駐地位于俄羅斯海軍北方艦隊摩爾曼斯克基地,主要在西伯利亞北部海域執行科考和北極觀光運輸任務。
核潛艇、核航母的退役,不是常規潛艇、常規航母的退役概念,后者只不過相當于拆船。核潛艇、核航母包含有復雜的核反應堆,退役就意味著要拆除這個棘手的裝置。核反應堆不是煤油爐,能夠說熄滅就熄滅,如何結束鏈式反應,如何安全處理剩余核物質,如何處理帶有放射性的各套裝置,都是非常麻煩的過程。其實不僅僅核潛艇,民用核電站的退役也會遇到同樣問題,福島核電站就是一個側面例子。蘇聯核潛艇退役,就曾遇到了這些巨大難題。
蘇聯解體后,大量核潛艇由于缺乏退役拆解技術,只能采用荒港停泊法,棄置在港口內形成“核潛艇墳場”。這實際上是一種拖延戰術,如果不能盡早安全退役,遲早會引發嚴重環境問題。此前真正解決退役技術的只有美國一家。包括英國退役核潛艇,以及一些蘇聯、俄羅斯退役核潛艇,都依靠美國技術實現安全拆解。核動力船舶的退役過程,程序復雜而且成本高昂,前一段時間美國“企業”號核動力航母的拆船合同,居然就高達7.45億美元。正因如此,美國老舊核潛艇的退役也經常磨磨蹭蹭,常常棄置在港口內等著生銹。
在將“西伯利亞”號拖運到Nerpa造船廠之前,需要對其進行全面的工程和放射性調查。“西伯利亞”號原計劃于11月11日拖運到Nerpa造船廠,但由于當時廠內有其它船只以及“航運的復雜性”而延期,據Nerpa造船廠消息,將盡快把“西伯利亞”號拖運到廠內。Atomflot公司首席工程師稱,“西伯利亞”號的反應堆將于2017年在Nerpa造船廠拆除,屆時,破冰船的大部分金屬將被鋸成碎片并回收利用,這種方法可以為原計劃拆解成本(2500萬美元)節省1000萬美元。據一位核專家所說,雖然俄羅斯在核潛艇退役方面很有經驗,但從未拆解過核破冰船,核破冰船的拆解依然存在很多尚未解決的問題,Atomflot公司還未制定出安全拆解計劃。
來源:中國網