曾在北極海域破冰而出的俄羅斯北風之神級戰略導彈核潛艇

俄羅斯德爾塔Ⅳ級戰略導彈核潛艇。

韓國崔瑩號導彈驅逐艦。資料圖片

隨著科技發展，現代艦艇作戰性能和續航能力得到大幅提升。與此同時，艦艇抗寒防凍招數也在不斷增加。隨著極地成為各國關注的軍事熱點地區，艦艇前往高緯度冰雪海域的頻次增多，防凍成為更多國家海軍艦艇必須面對的問題。

去年3月，俄羅斯3艘核動力潛艇在北極某海域半徑300米的范圍內同時破冰而出，在彰顯其水下軍事實力的同時，也體現出該國在艦艇防凍方面的成果。那么，艦艇在冬季或者極寒海域如何防凍？艦艇在設計中如何應對“冷”課題？請看相關解讀。

冰天雪地間，低溫對艦艇性能的影響幾乎無處不在

對一艘艦艇來說，當所在海區溫度降到冰點以下時，甲板平臺等區域就可能出現結霜、結冰現象。

2014年年底，前往符拉迪沃斯托克訪問的韓國海軍崔瑩號導彈驅逐艦，就因遭遇低溫艦體出現嚴重結冰現象。艦體表面披上了厚厚的“冰衣”，尤其是艦艏的127毫米口徑主炮被凍成了“冰棍”。推測其原因，或者是向來活動在較低緯度海域的韓國海軍艦艇缺乏應對這種極寒天氣的經驗，或者是艦艇設計上未太突出這方面的要求。

艦艇在極寒天氣或環境中結冰、結霜原因是多方面的：艦艇由鋼鐵打造而成，導熱性強，在寒冷天氣下其溫度很容易達到冰點以下，遇水即成冰；艦艇甲板管路系統較為復雜，一旦管路漏水，在冰點以下就會結冰；最常見的來自海浪撲濺，積水結冰；突遇降雪天氣，積雪不能及時清除時，艦艇也會結冰。

可以說，極寒天氣或低溫環境帶給艦艇的影響是全方位的，包括人員安全、設備運行、艦載武器使用以及艦艇行駛的穩定性等。其對艦載裝備的影響，主要體現在機件應力收縮、蓄電池性能降低等方面；對人員的影響則集中體現為凍傷及在冰面上操作存在安全隱患等。

極寒天氣帶來的低溫對艦艇所用油、水的影響首當其沖。燃油在溫度驟降時密度會發生變化，最終凝固或體積變小；滑油由于凝點低，一般不會出現凝固現象，但也會和燃油一樣因低溫體積變小，影響使用效果；海水、淡水在低溫條件下會結冰膨脹，易導致管路等破裂。

對低溫帶來的這些影響，如果不采取措施消除，就可能使艦艇在“冰刀霜劍”的聯手攻擊中陷入困境甚至是危局。

多措并舉，艦體和設備穿上“保暖衣”

低溫對艦艇性能的多方面影響，決定了艦艇必須在防寒、除冰方面下大功夫。這些功夫既要下在一些“面子”工程上，也要下在一些“里子”工程上。出于在冰水中航行的需要，艦艇還要在破冰能力與處理險情方面未雨綢繆。

艦體長期浸泡在海水中，受極寒天氣或者低溫環境的影響最直接。為減少熱脹冷縮帶來的破壞，船體一般都會選用低溫韌性材料。

不少國家在艦艇設計建造過程中，都會采取措施提高船體材料的低溫韌性。一是在鋼鐵原料內增加不同比例的金屬形成合金，這些金屬元素的“聯手”可以在一定程度上提高鋼鐵的低溫韌性；二是改變鋼鐵本身碳、氮、氧的含量，從而提高材料的低溫韌性。

“面子”工程所包含的內容很多。比如，為避免因駕駛室內外溫差過大玻璃窗結霜、結冰，窗戶通常會采用帶電熱絲的玻璃；為保證艦面裝備正常運行，它們一般會被罩上既能保溫又易于“穿”“脫”的“衛衣”，一方面蔽體保溫，另一方面也便于防冰除雪；艙面及一些低溫部位所配電箱和電控裝置，帶有電加熱裝置，以保證用電安全；位于甲板上的管道系統，通常會用保溫絕緣層包裹，并配備防凍閥門，以保證在極寒環境中正常排放海水、淡水，等等。

“里子”工程的內容更加龐雜。一些重要艙室及油、水柜通常采用雙層底設置，這種設置使其既可以作為壓載水艙來增加船舶抗沉性，對在極寒環境中航行的船舶來說，它就如同寒冷地區房屋窗戶所用的雙層玻璃，能減少與外界的熱量交換，起到隔冷防寒作用。

在極寒環境中航行，水艙一般會預留10%左右的體積以應對海水、淡水遇冷膨脹帶來的影響。如果艙室體積較大，則存水時預留的空間比例會更大。

舵機、錨機及相關操縱裝置是防寒重點“關照”對象。一般來說，這些關鍵部位的有關艙室都有相應加熱裝置。在一些關鍵部位，如錨機的液壓管路，由于它貼近甲板位置，還要用保暖材料對管路進行包扎防凍，從而確保錨機任何時候都能正常使用。

主、副發動機及輔助機械冷卻系統的海底門閥箱是防凍重點之一。一般會在閥箱內設置加熱盤管，用以除冰，并保證所吸入的是低溫海水，而不是碎冰。

對在厚冰封凍水域中航行的艦艇來說，僅保持體溫還不夠，還要有針對性地“外練筋骨皮”。艦艏及球鼻部位通常會采取防冰加固措施，以適應破冰的需要。艦艏外殼至少要采用5厘米厚的鋼板，和球鼻部位內部一樣，會用密集的鋼構件來對其支撐。水線部位則常用合金鋼來建造，以確保能應對堅冰的撞擊。

應急消防系統是“保底”工程，所以其管路的位置，通常在艦艇上溫度正常的地方，且消防系統的數量會確保在2套以上。對大多數艦艇配備的泡沫滅火系統，包括室外泡沫原液罐、泡沫原液管線及泵體等，也會采取一定保溫措施，以確保用時安全、順利和高效。

持續發展，向科技要防凍除冰能力

艦艇防凍技術及措施在不斷提高和完善，但是面對艦艇所結的冰，大部分國家的海軍如今依然在使用古老而有效的木槌碎冰法。2018年10月，美國杜魯門號航母戰斗群巡航北極圈，自以為風光無限的航程最后成了航母上的“勞動日”，水手們只好奮力揮動棒球棍和鐵鏟進行除冰作業。

如今，船舶防凍除冰技術的發展主要包括兩個方面：一方面是運用傳統技術，主要由機械、電熱能或者人力除冰。機械除冰是指通過機械使冰的內部產生破壞應力，進而使冰從船體表面脫落；電熱能除冰則是通過熱力進行融冰除霜。目前，在艦艇上甲板等區域的除冰主要以機械除冰為主。這是因為甲板位置較低，如果將冰用熱力融化成水，流經寒冷的排水口和疏水管道時容易再次結冰發生堵塞；對于重要設備的除冰，則大多是通過電能和熱能來實現。兩者相比，機械除冰法比熱力融冰法能耗低得多，但這種方法需要安裝相應機械部件。人力除冰方法相當危險，目前各國已基本不再使用。

另一方面是應用新技術。一是納米技術，即將納米材料與樹脂結合，應用到船舶涂層中，使其表面呈現出很強的防水特性，從而防止艦艇結冰。二是記憶合金技術，此項技術在航空航天方面應用較多。其最大優勢是能利用合金的記憶特性，使船舶表面發生應力變化后很快恢復原狀，在合金形變過程中達到除冰效果，但其工藝相對復雜，具體應用到船舶防凍方面還有一段路要走。三是微波加熱除冰技術，即在船體上敷設一層特殊材料涂層，利用微波使材料中的特定分子高頻快速振動產生熱能，進而融化這一部位的冰層。這些技術再加上機械除冰，有望達到理想的除冰效果。

由此可見，向科技要防凍除冰能力正成為一種趨勢。雖然一些技術距離成熟運用還有一段距離，但可以預計，隨著科技持續發展及其與實踐的進一步融合，艦艇將在不遠的未來更好地解決受極寒天氣和低溫環境影響的問題。（馬玉彬、姜卓 、何文海）