“實驗1”科考船（英文：“Shiyan 1” SWATH Form Synthetic Scientific Research Vehicle，簡稱：“實驗1”），是中國科技基礎設施項目中建造的新型海洋綜合科學考察船。
“實驗1”科考船2007年12月在開工建造，2009年4月建成下水，正式投入使用。2009年10月13日，“實驗1”科考船項目通過中國科學院驗收。
“實驗1”科考船是入中國船級社（CCS）的遠洋小水線面雙體科考船（SWATH），總噸位3071噸。該船配置交流變頻技術電力推進系統、自動化、動力定位性能先進，能夠滿足近海、遠洋海洋水聲學、海洋地質、海洋大氣環境等綜合科學考察的需要，是中國高性能的水聲研究平台及先進的海洋多學科實驗平台。
基本介紹
- 中文名：“實驗1”科考船
- 外文名：“Shiyan 1” SWATH Form Synthetic Scientific Research Vehicle
- 建造國家：中國
- 建造單位：渤海船舶重工有限責任公司
- 船舶類型：綜合海洋科學考察船
- 船型設計：小水線面雙體設計
- 法人單位：中國科學院聲學研究所
- 運營託管單位：中國科學院海南研究所
- 正式入役：2009年4月27日
- 船舶現狀：在役運行
- 類型：科技基礎設施
建造運營,建造背景,建造進程,探測運行,後續任務,項目目標,項目組成,總體設計,動力裝置,科研設備,科考能力,技術指標,建設成果,技術難點,技術創新,榮譽表彰,文化特色,價值意義,
建造運營
建造背景
- 國際趨勢
20世紀80年代初，隨著人類對海洋的不斷認識和開發，海洋科技迅猛發展，小水線面雙體船（SWATH）作為一個新的高性能船型出現。小水線面雙體船與常規的單體船不同，其船體由3部分組成：兩個水下潛體、連線水下潛體與上船體的狹窄小水線面雙支柱體和高出水面的上層船體。由於小水線面雙體船與水線（海面）接觸的雙支柱體面積遠比同噸位排水量的常規單體船小，因此，小水線面雙體船興波阻力小，受波浪擾動小，在大風浪中船的失速率少，在零航速下具有平緩的運動回響，擁有優良的耐波性。而利用首尾鰭控制系統操控可確保小水線面雙體船在波浪中具有良好的船舶平台穩定性和船舶航姿可控性，能平穩執行海上作業，有效降低暈船率。此外，由於小水線面雙體船主要機器大部分位於水面以上的艙室，所以水下輻射噪聲大大低於常規單體船，是海洋聲學等多學科研究的先進平台。
自20世紀70代初至2000年末，全世界共有12個國家已經成功研究、開發和擁有小水線面雙體船57艘。其中美國有26艘，日本有14艘，是開發最早、擁有量最多、技術水平最高的兩個國家。
20世紀90年代小水線面雙體船開始廣泛用於海洋科學研究和國防海洋的各個領域。
- 中國啟動
從20世紀70年代初，中國船舶科學研究中心便開始了對小水線面雙體船技術的跟蹤研究，對基礎理論做了廣泛並有相當深度的探索。80年代中期開始向研製實用船型過渡，90年代後期開始進行200噸級實船試製，通過驗證小水線面雙體船各項性能，為建設更大噸位的小水線面雙體船提供了理論和實船依據。
根據中國國家中長期發展戰略並結合中國科學院重點涉海學科的需要，中國科學院聲學所等單位聯合提出建造新型小水線面雙體船的申請。
2002年1月，新型綜合科學考察船“實驗1”獲中國科學院立項批准。
2003年10月，“實驗1”科考船完成立項審查。
建造進程
“實驗1”科考船，是中國第一艘2500噸級入CCS船級的遠洋小水線面雙體科考船（SWATH），是根據中國國家中長期發展戰略並結合科學院重點涉海學科的需要建造。
2006年7月，中國科學院聲學研究所簽訂“實驗1”科考船建造契約，船廠負責科考船生產設計和建造。
2008年9月12日，中國科學院副院長陰和俊親手揮斧砍斷了“實驗1”號的纜繩，“實驗1”號成功下水。
2009年4月15日，“實驗1”號在葫蘆島市渤海船舶重工公司碼頭順利交付。4月27日，中國第一小水線面雙體綜合科考船“實驗1”號在廣州珠江新洲碼頭靠岸，標誌著該科考船正式入列。同年10月13日，中國科學院在廣州市新洲碼頭“實驗1”號船上召開了“中國科學院新型綜合科學考察船項目驗收會”，對中國第一艘大型小水線面雙體科學考察船“實驗1”號建設項目進行了驗收。
探測運行
2009年投入使用以來，“實驗1”科考船作為中國國內僅有一艘高性能水聲調查船，承擔中國國家近90%的重大水聲專項任務，國家“973”、“863”、“XXX”專項調查及每年基金委東印度洋、南海綜合科學考察航次等。
2010年4月12日，“實驗1”科考船首次科學考察從廣州母港起錨，主要調查印度洋及南海西部海區。5月29日，“實驗1”科考船航行7900海哩，經48天海上調查，完成南海海洋所首次印度洋綜合科學考察任務，返回廣州新洲碼頭。
2012年，“實驗1”科考船加入“國家海洋調查船隊”，成為“國家海上遙感驗證工作站”。
2012年6月14日，“實驗1”科考船執行首個開放航次出發，歷時26天，航程2150海里，各項試驗取得成功。7月9日，“實驗1”科考船返回廣州新洲碼頭基地。該開放航次實驗內容包括：深海信道特徵與遠程水聲通信試驗、淺海混響試驗、都卜勒流速剖面儀（ADCP）試驗、都卜勒計程儀（ADL）試驗、聲相關計程儀（ACL）試驗、深海水下滑翔機試驗、水文調查試驗及XBT試驗等。
截至2015年底，“實驗1”科考船已完成科考航次48個，海上作業1057天，安全航行11萬多海里，為中國國家海洋科學考察活動提供了安全良好的海上實驗/試驗平台。
2019年12月22日，“實驗1”科考船完成“AUV及相關設備規範化海試航次”，歷時43天，累計航程3570海里。
該航次針對中國國家海洋技術領域的海洋儀器裝備研發需求，開展規範化海上試驗驗證任務。試驗設備包括300kHz移動平台ADCP、海氣界面觀測浮標、水下滑翔機和CTD與XCTD系列溫鹽深儀、船載S波段測波雷達等。該航次的調查海域為珠江口以及南海北部海域，採用走航與定點作業結合的方式開展了9個課題的海上試驗、評估、測試等。
後續任務
2021年5月18日，“實驗1”科考船起航前往中國南海西部海域執行科考任務。該航次由南海所牽頭組織，參加單位包括廈門大學、天津科技大學等科研單位，利用船載拖體、CTD、ADCP、XCTD和水下滑翔機等多種觀測設備，採用大面站定點觀測和走航觀測結合的方式，對西沙海域目標渦旋進行水文與生態要素的高解析度觀測，研究中尺度渦的垂向結構及其生物地球化學效應。
“實驗1”科考船
項目目標
- 科學目標
由於聲波是迄今為止人類知道的僅有能在海中遠距離傳播的能量形式，所以在深海高技術的發展中，水聲學（海洋聲學，聲學海洋學）具有重要的作用，並擔負重要的使命。
20世紀60年代，中國著名物理學家、國防水聲學的開拓者、中國科學院院士汪德昭先生提出了發展水聲事業的戰略方針：由淺入深，由近及遠。經過半個多世紀的努力，中國已經到達了向深海進軍的關鍵時刻。水聲信號在淺海和深海傳播具有很多相似性，又有一些非常不同的規律。在發展深海高技術的過程中，水聲物理，水聲工程將會發揮巨大的作用。它在水聲遙測、遙感、通信水下有人/無人載器，水下滑翔器、深海資源勘探等領域都可以得到廣泛套用。
2006年中國《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》中提出要加快發展空間和海洋技術。而海洋技術又被列為重點發展的六大前沿技術之一。深海高技術則是重點關注的領域。中國的國家安全和國民經濟的發展都需要走向印度洋和太平洋的深海。中國科學院將建造新型海洋聲學科學考察船的項目提上日程。
項目組成
總體設計
“實驗1”科考船採用小水線面雙體船型設計。小水線面雙體船（SWATH）由深置水下提供大部分浮力的魚雷狀下潛體（一般成雙配置，稱為雙體）、高出水面的上船體平台和連線下體與上體的流線型支柱三部分組成。由於支柱水線面面積比相同噸位的單、雙體船水線面面積要小很多。
“實驗1”科考船根據工作特點，將全船布局分為3個獨立區域，後部為露天甲板作業及實驗室區、中部為全船動力區（發電站）、前部為生活服務區。圍繞獨立區域從控制重量、結構特點、減振降噪、分艙穩性等綜合考慮，尋求平衡點，實現科考船的技術特點。
“實驗1”科考船可容納72人，其中船員27人，科研人員45人，房間寬敞整齊，配有獨立衛生間、浴室。餐廳可供50人同時就餐，配備25人次的會議室、醫務室、病房，保障船員及科研人員的基本身心健康。音響設備、影院點唱系統、健身房等生活娛樂設施齊全，同時配備區域網路連線埠，實現船上人員聯網互動，聊天，共享等。
動力裝置
“實驗1”科考船配置先進的交流變頻技術的電力推進系統、雙機雙槳，全船減振降噪、自動化、動力定位性能先進。有力地保障了在海上變幻莫測的惡劣環境下科學實驗的成功。
科研設備
“實驗1”科考船後作業甲板寬敞，配有水文、地質、生物及旁掃聲納絞車，2噸×4米A型門架，8噸×7米可倒式龍門架、3噸電動液壓迴轉、0.5噸電動起升手動迴轉起重機。還配有萬米測深儀、舷側陣聲吶、走航式ADCP、拖曳式主、被動聲吶等專業考察設備。
“實驗1”科考船設有通用工程、聲納終端控制、ROV操作、信息處理中心、小通海井、乾、濕、水文、化學、生物、大氣/海洋遙感數據處理等13個寬敞的實驗室，同時配備先進的ROV動力分配室和ROV船尾主甲板釋放平台，可以進行海底機器人釋放及回收操作。
科考能力
“實驗1”科考船可滿足在近海、遠洋進行海洋水聲、地質、物理、生物、化學、大氣環境等多學科和交叉學科的綜合科學考察，也可擔任大範圍、大尺度測量網路的布設、觀測、調控、遙感和監視等任務，可進行海洋環境實時立體監測體系和綜合信息系統研究。
“實驗1”科考船作為中國海洋科學考察活動中的一項重大裝備，是中國最專業的水聲學科及先進的海洋多學科的海上實驗平台。
技術指標
基本參數 | |
|---|---|
船型 | 小水線面雙體設計 |
船長 | 60.9米 |
型寬 | 26米 |
型深 | 10.5米 |
設計吃水 | 6.5米 |
空船吃水 | 大於5米 |
設計排水量 | 2562噸 |
總噸位 | 3071噸 |
性能參數 | |
續航力 | 8000海里（經濟航速11節） |
自持力 | 40天 |
設計靜水航速 | 15節 |
經濟航速 | 11節 |
最小航速 | 小於2節 |
自持力 | 40天 |
人員編制 | 72人（船員27人，科調人員45人） |
動力裝置 | |
發動機 | 先進的交流變頻技術的電力推進系統 |
推進器 | 雙機雙槳 |
輔助裝備 | 全船減振降噪、自動化、動力定位性能先進 |
建設成果
技術難點
- 建造難題
一、大型淺吃水小水線面雙體船型
大型小水線面雙體船世界上只有美國能獨立自主研究、設計、建造。日本引進美國技術，德國也是在美國技術基礎上開發。中國獨立自主開發科考船，還有“淺吃水”的創新，必須限期完成，技術難度和風險很大。
- “雙吃水”最佳化設計的要求：由於碼頭泊位與航道的特殊要求，“實驗1”科考船在港（淡水）吃水小於5米，出航（海水）吃水6.5米，對於以吃水和荷載敏感著稱的小水線面雙體船的設計，無論從總體布置、船體結構、浮態調整及荷載變動方面，都提出嚴酷要求。經過精心設計協調並在建造中嚴格控制重量後已取得滿意結果。
- “雙航速”最佳化設計的要求：“實驗1”科考船最大航速15節，經濟航速11節，要求在2個設計點的功率都要最佳化，前者是為減少裝船機器功率，後者是為降低全程燃油消耗；在兩者保持不變的前提下，根據總體要求，該船排水體積還增加了60立方米。經過精細的線型最佳化設計和各專業協調達到了最佳化目標：最大航速不變而經濟航速時推進功率減少並油耗下降2.4%。
二、標準、法規、規範
“實驗1”科考船要實現全球航行必須入船級，必須經過相應法規的檢驗、認定。為此中國設計方與船東合作，在自有技術基礎上吸收美國ABS相關法規理論，編制出“小水線面雙體船檢驗指南”作為設計依據，並經檢驗後進一步修改、完善相應法規。
三、特殊技術要求
“實驗1”號是新船型，特殊船舶結構，交流變頻電力推進、動力定位、電磁兼容、主動噪聲控制、全船自動化、網路化、數位化、觀通導航、環境保護、安全保障等系統與現代海洋科學考察研究新裝備集於一船，技術系統十分複雜，還要滿足國際和中國國內所制定的法規、規範、標準等，因此研究設計解決關鍵技術難度極大。
四、結構設計難點
結構設計依據：“實驗1”科考船在中國國內沒有合適的設計規範情況下，在綜合分析研究基礎上，根據21艘船模外載荷試驗資料並與CCS規範所溝通後，提出了針對該船的建造規範並上升為中國國內小水線面雙體船“設計指南”。
技術創新
- 創新成果
“實驗1”科考船的建造完成在多方面取得技術創新成果，主要如下：
- 操縱性能：操縱靈活，航向穩定性好，全速前進時迴轉半徑不大於5.5倍船長，螺旋槳－正－倒時船舶能原地迴轉。
- 耐波性能：“實驗1”是一艘2500噸級的小水線面雙體船，在同樣的海況下運動幅度和周期都相當於10000噸級單體船的運動穩定性。
- 經濟性：該船經濟航速為10.5節的大部分的情況下僅開一台主柴油發電機組並能滿足全船的推進、生活及通訊用電需求，達到最最佳化的經濟性能。設計航速的“升阻比”很低，屬優秀節能船型；經濟航速的推進功率低、節能明顯。
- 自動化系統：包括控制系統、安全系統、報警及顯示系統。在無人值班周期內，自動化系統應能保證電站、電力推進裝置、冷卻系統、艙底水系統、遙控閥件、燃油系統等機電設備連續正常運行。
- 全船網路系統：全船數據資源實現共享及外網接入。
- 動力定位系統：在滿足設計中3級海況，海流1節情況下，可長時間保持在中心點不超過50米範圍，有利於定點實驗。
- 結構外載荷準確預報：在研製“實驗1”科考船進行的外載荷模型試驗，並根據已完成的5艘模型外載荷試驗結果，結合美國15艘船模試驗數據，開展綜合分析和回歸，提出了小水線面雙體船外載荷的確定方法（包括計算公式、載荷組合、載入方式），並為中國船級社制定的《小水線面雙體船指南》所採用。
- 全船的結構布局最佳化。
- 全船動力系統最佳化，包括主機橫置、推力軸承後置等，節約空間、簡化受力、振動減小。
- 實現“安靜”型目標：該船設計建造過程中，對全船振動噪聲系統分析，採用綜合技術治理，最終全船振動噪聲數值全部優於任務書規定指標。
- 科考設備創新：中國國內研發的舷側聲陣和大通海井-升降迴轉裝置、ROV水下實驗平台可以為海洋聲學研究、海洋水聲監測、海軍艦艇與裝備聲學性能試驗、海洋資源開發提供保障。
- 關鍵技術
- 小水線面雙體船綜合最佳化工程設計技術系統：包括船型最佳化、結構設計最佳化、動力-推進系統最佳化設計、振動噪聲控制最佳化、總體布置最佳化、全船重量控制等方面。
- 船體機構的最佳化設計：“雙吃水”技術和“雙航速”最佳化的技術創新。
- 電力推進系統：該船的設計方與ABB、Siemens、Alston和Sam等該司交流切磋，在對主要設備的技術性能、安全可靠性、適應性等信息資料收集分析基礎上，對電力推進系統進行最佳化。
- 電磁兼容：基於該船電氣電子設備多、電磁兼容難度大，採取抑制、、禁止和防干擾等措施實現了電磁兼容。
榮譽表彰
“實驗1”科考船的大型淺吃水小水線面雙體船技術，在“第五屆中國國防發明展覽會”榮獲金獎，並獲評“2004年中國船舶科技十大新聞”之一。
文化特色
- 國慶升旗儀式
2021年10月1日，在南海海域執行國家科學考察任務的“實驗1”“實驗3”全體科考船員在海上舉行國慶升旗儀式等活動，慶祝中華人民共和國成立72周年。“實驗1”“實驗3”科考船全體人員共唱國歌，向國旗敬禮，祝福祖國繁榮昌盛。
價值意義
“實驗1”科考船是中國第一艘2000噸級以上大型小水線面雙體船，也是中國第一艘小水線面綜合科學考察船，設計起點高，建造難度大，在船舶設計和建造等方面在中國國內具有標誌性意義和技術先導作用。該船是中國國內最先進的綜合科學考察船之一，達到了21世紀初期國際先進水平。
“實驗1”號科考船的建成，是中國科考船建設和海洋科考研究的一個重大里程碑，將為中國在近海、遠洋進行水聲學、海洋學等多學科和交叉學科綜合科學考察提供重要的支撐平台。（中國科學院聲學研究所 評）
“實驗1”科考船出航
