0 引言

北冰洋广袤的冰层之下蕴含着巨量的石油、天然气等资源。目前，该区域的油气储量勘探仍处于较低水平，但根据已掌握的物探信息估算，该地区拥有的石油和天然气储量约占全球未开采储量的1/5。俄罗斯在该区域的可开采储量占绝对优势，拥有整个区域储量的最大份额，约折合2900 亿桶石油当量，约占储存总量的88%[1]。

一直以来，俄罗斯十分重视北极油气资源的勘探与开发。尤其是21 世纪以来，气候变化和北极地区冰盖逐渐减少，俄罗斯进一步找到了开发北极油气的机会，将北极视为一个战略地区[2]，以便为本国争取到最大、最重要的能源份额。

2010 年，俄罗斯的相关研究设计部门对北冰洋的海底生产系统进行理论探索，提出方案的概念图像[3,4]。2015年～ 2017 年，俄罗斯政府的政策研究基金（Fund for Policy Studies）资助了名为“Iceberg”的研究项目，该项目提出一系列用于海底物探潜艇、水下施工潜艇、海底生产系统能源供给系统、水下破冰船等方案。本文根据外文资料，整理上述油气勘探装备的技术信息，根据技术方案梳理关键技术，并探讨设计方案对我国船舶产业发展的启示。

1 方案简介

1.1 使用需求及总体方案

如图 1 所示，北冰洋的四周主要是俄罗斯、美国（阿拉斯加）、加拿大、格陵兰等，绝大部分海域被厚厚的冰层覆盖；海底地势较为平坦，最深处约4000 m，由门捷列夫海岭和罗蒙诺夫海岭分割成为数个盆地。大陆架在俄罗斯一侧延伸距离较长，1000 m 以前的部分海域位于冰盖以下。总体而言，北冰洋冰层以下的地形地貌较为平缓，无明显的断崖及暗礁分布。

图1 北冰洋冰盖及海底地形示意图

传统的海洋物探船多采用水面船舶，面对北冰洋的特殊条件显得无能为力。俄罗斯著名的船舶设计局——红宝石设计局（Rubin Design Bureau）根据北冰洋的环境条件，提出北冰洋海底勘探的解决方案。其总体方案如图 2 所示[5]，方案主要由物探潜艇、运输潜艇、水下核动力模块以及配套的水下生产系统组成。此外，天青石设计局也提出核动力破冰潜艇的技术方案，本节分别对这几个水下航行器的技术方案一一介绍。

1.2 物探潜艇

在传统的海洋物理勘探中，常用水面物探船拖曳多条拖线阵完成海洋地质调查[6]。而北冰洋大部分海域覆盖在厚厚的冰层之下，传统的海洋物探方法无能为力。因此，红宝石设计局提出了如图3 所示的物探潜艇方案。

该物探潜艇的总长为135.5 m，正常排水量为 t，工作深度为400 m，水下最高航速为12.6 kn，物探作业的航速不低于3 kn，核动力，自持力90 昼夜[7]。该方案的最大亮点是上层建筑空间内布置的4 具超大型机翼，翼展超过100 m（比A380 飞机的翼展大约20%）。物探潜艇在航渡状态时，机翼折叠收起，以减小航行阻力；需要进行物探作业时，艏部和艉部的4 具超大型机翼展开，展开船体内部的10 条物探线列阵。10 条横向分布的线列阵可形成100 m×100 m 的平面阵，并可从艇体艉部释放出单线阵，可获得较好的探测增益，具有较高的物探效能。此外，在潜艇艏部的透水空间内，还装备有一具重型ROV（Remotely operated vehicle，缆控潜水器）作业系统，具备一定的水下施工作业能力。

图2 Iceberg 研究项目的总体方案

图3 物探潜艇技术方案

红宝石设计局的总工程师Toporov 在2017 年4 月接受媒体采访时表示，该物探潜艇不配置武器系统，这艘潜艇的造价仅为约同等排水量的普通潜艇的40%，原计划首制船将于2020 年开工建造。

1.3 运输潜艇

运输潜艇的主要功能是将有效载荷运输至海底的指定位置并在海底海床上完成精准安装施工作业。如图 4 所示，运输潜艇为双体构型方案，2 个独立的潜体由数个机翼形的连接结构连接成为整体，连接结构上配置有吊装系统，可用于进行有效载荷的吊装、固定、转运及安装施工作业。

运输潜艇的主推进器为2 具可回转的导管桨推进装置，并分别在潜艇的艏艉部分别布置有4个垂直推进槽道桨装置，在水平面和铅垂面内均具有优良的操纵性能。借助优良的船体操纵性，该潜艇可实现有效载荷的海底精准吊装定位和安装。

图4 运输潜艇技术方案

1.4 核动力能源模块

核动力能源模块的功能是为水下的井口系统提供能源动力。如图5 所示，核动力能源模块的耐压结构是一个两端带球封头的环肋圆柱壳，顶部配有吊放结构，可由如图4 所示的运输潜艇吊装，从而进行长距离转运；耐压结构的底部配有专用的坐底装置，可以较为稳固地坐沉海底。壳体内部布置有核反应堆、汽轮发电机组以及其他的配套设备系统。其标称电力模块功率为24 MW，运行时无人值守，平均无故障工作时间为8000 h，将可以为水下生产系统、井口装置及水下探测网络系统提供能量输入。该核动力模块基于现有的技术开发，技术成熟度较高[8]。

文章来源：《北极光》 网址: http://www.bjgzzs.cn/qikandaodu/2021/0114/594.html