地理位置和技术创新的双重因素让芬兰成为破冰船领域的领先国家之一。气候变化在北极地区的影响显而易见，但这并不意味着破冰船将从此消失。
研究员教授亚里·哈帕拉（Jari Haapala）是一位海冰专家，他是芬兰气象研究所（Finnish Meteorological Institute）的海洋研究负责人。他说北极是受气候变化影响最大的地方，气温上升的速度是其他地区的两倍。
“毫无疑问，气候变化正在北极地区发生。”他说，“所有指标都指明了这一趋势。冰围【冰覆盖面积的大小】、冰厚、多年冰等等，都显示冰比以前少了。”
然而，气温的变化和冰层的相对减少并没有使运输变得更容易。“无论气候如何变化，北极的条件总是极其艰难的，记住这一点非常重要。”哈帕拉说。
碎冰造成波罗的海通航障碍
“北极星号”是Aker Arctic公司帮助设计和测试的芬兰破冰船，于2016年下水。这艘世界上第一艘以LNG为燃料的破冰船正在波罗的海上破冰航行。摄影：Sam Kingsley/AFP/Lehtikuva
“在讨论破冰和气候变化的问题时，有必要区分北极地区和亚北极地区，比如波罗的海、萨哈林、五大湖地区。”Aker Arctic Technology公司总经理雷科·安蒂·索亚宁 （Reko-Antti Suojanen）说。该公司以其破冰专业技术、高质量船舶设计和创新解决方案而闻名。
在波罗的海，即使是海冰较薄的时候，强风也会将冰推向海岸和港口。在位于芬兰和瑞典之间的波的尼亚湾北部，冬季期间冰层会破裂又冻结、冻结又破裂无数次。这样就会产生厚厚的碎冰层。所谓碎冰，其定义是直径最大不超过两米的冰块。在北极水域也能见到相同类型的冰。
“碎冰”名副其实。“船只在碎冰中行驶难度尤其大。”索亚宁说。
波罗的海的天气模式正变得越来越具有挑战性，为了保持运输畅通，船只不得不恪守安排得十分紧张的时刻表。同时，为了遵守环境法规，尽管商船的尺寸在不断增加，其引擎的功率却在不断下降。其结果是船只在冬季航行的能力被削弱了。
“因此，未来商船将更加需要破冰船的帮助。”索亚宁表示。
冰究竟是怎么破的？
芬兰设计的极地研究船“雪龙2号”（右）配备了最先进的装备，可用于北极和南极地区的气候、海洋学和地质学研究。
照片提供：中国极地研究中心
2010年代中，北海航线（Northern Sea Route）作为俄罗斯北极地区通往欧洲和亚洲的出口通道的重要性提高了。为确保在北极冰海中安全、可靠地航行，必须使用特种船只和破冰船。技术和经济因素意味着运输航线只能穿越一年冰的海区。
为了在北极地区实现大规模的商业运输，Aker Arctic公司开发并注册了一种名为“双向船”（DAS）技术的解决方案。为了了解它的组成部分，我们必须潜入冰下，并解释另外两个术语：“方位角推进”和“破冰”。正如我们将会看到的，“破冰”的意思并不像字面上那么简单明了。
“方位角”是航海角度测量中用到的术语。方位角推进器是指可以转向指向任何水平方向的推进器或螺旋桨组，可使船舶的机动性大大提高。
接下来我们需要了解破冰船是如何破冰的。与字面上的意思不同，破冰船并不是真的把冰打破，而是将冰向下压弯。压弯冰块所需的能量比破碎冰块要少得多。这就是为什么破冰船坚固的钢制船体不是垂直的——相反，它是扁平的，几乎是水平的。这种形状用在船尾是很自然的。因此，如果船向后倒行，就可以用较少的能量破冰。问题是，船舶在倒行时无法控制方向，除非用方位推进器取代普通螺旋桨，这样船舶在倒行时，螺旋桨可以调转180度。
将这两样东西结合起来，DAS型船只就应运而生了：这种船只正向和逆向都可以航行。倒行可以用来破冰，而正常的前行模式则用于在开阔水域航行。倒行模式的效率非常高，由于形状扁平，这些船几乎可以从任何海冰上破开航路，甚至可以用螺旋桨粉碎其余的冰块。
Aker Arctic的DAS型高等级破冰船舶能够在最严苛的冰情下航行。除了充当破冰船，这种船只的诞生可能意味着船舶将可以设计成无需破冰船护航。这种创新使得商业运输在北极地区变得可行了。同时，DAS还将所需的船舶动力减少了一半，因此排放量也相应减少了。
LNG与混合动力技术
港口破冰船“Ob号”的4个方位角推进装置提供了极强的机动性，让这艘船得以在俄罗斯萨贝塔帮助船只进出北极港口。
摄影：Dmitri Lobusov/Rosatomflot
使用液化天然气（LNG）代替重油则进一步减少了污染。液化天然气产生的二氧化碳和氮氧化物排放量较少，而且不会产生硫氧化物。液化天然气也不会排放黑碳和烟尘颗粒，这些颗粒对北极地区的破坏性特别大，并会促进气候变化。
Aker Arctic公司设计了大型运输船，用于从北极地区的港口输出液化天然气。LNG被储存在船上的大型储罐中，使气体保持在零下163摄氏度。作为船舶的燃料，LNG也在发挥着越来越重要的作用。有史以来第一艘使用液化天然气的破冰船是芬兰的“北极星号”（Polaris），由Aker Arctic公司设计。
减少排放的下一步是混合动力技术。
“破冰需要高功率，这一点用电池无法实现。”索亚宁说，“然而，电池可以用来平衡快速功率变化，提高燃料效率。其他燃料，如甲醇，也正在探索之中。”
零化石燃料的未来
极地级豪华游轮Le Commandant Charcot号（左）拥有芬兰设计的破冰能力，可以进入极地地区探险。
摄影：Sacha Lalane/Ponant
Aker Arctic近期不断创新的范例包括：为法国Ponant公司建造的极地探险船兼游轮Le Commandant Charcot号（天然气与电力混合动力）；为中国极地研究所建造的最高端极地考察船“雪龙2号”；为俄罗斯Rosatomflot公司建造的超灵便型港口破冰船“Ob号”。目前，“Ob号”正在俄罗斯北部的萨贝塔（Sabetta）作业，它可以利用4个方位角推进装置就地转向，是Rosatomflot公司唯一一艘非核动力破冰船。
“我们接下来即将开展的项目是一艘在北极地区一年四季航行的LNG运输船，这将是同类型船只中的第一艘。另一个项目是设计一艘新的波罗的海破冰船，以满足未来无化石燃料船舶的需求。”索亚宁说。
“未来我们仍然需要加强冰海航行能力的船只和破冰船。根据其任务和将面临的条件而设计和建造的船只，对安全和环境来说都是最好的。”
撰稿：Catarina Stewen，2021年2月
