俄罗斯“雅库特”核动力破冰船及其总项目发展情况

项目背景

随着全球气候变暖情况的加剧，北冰洋海域冰期缩短、航运优势不断增加，俄罗斯于2012年中期开始招标研发建造新一代核动力破冰船LK-60Ya型，项目代号22220，即新一代“北极”(Arktika)级，由圣彼得堡的波罗的海造船厂负责建造。

22220型核动力破冰船项目是俄罗斯“2035年前北极国家政策基础”计划的一部分，其目的是发展“北海航线”(NSR)。这些核动力破冰船将沿俄罗斯北极海岸的北海航线航行，在北极为船队引航。并且，俄罗斯希望北海航线可以在气候升温变暖的情况下变成一条“迷你”苏伊士运河，缩短从亚洲到欧洲的航行时间。

从远东到欧洲的货物运输路线：使用北海航线(蓝色表示-超过14000公里)和使用苏伊士运河的替代路线(红色表示-超过23000公里)的比较

22220项目整体情况

22220(LK-60YA型、“北极”级)通用核动力破冰船项目的技术设计由冰山中央设计局开发，船体由波罗的海造船厂建造，核动力装置由阿夫里坎托夫机械工程试验设计局(OKBM Afrikantov)研发。22220项目破冰船设计寿命40年，船长约173米、宽 34米、满载排水量达3.35万吨，装备2座热容量175兆瓦的RITM-200一体化小型压水堆，可提供超过81000马力的推进动力，使得该新“北极”级具有22节的最高航速和超过3米的破冰能力。

“北极”号(上左)、“西伯利亚”(Sibir)号(上右)及“乌拉尔”号(下)

22220项目的核动力破冰船功率为60兆瓦，目前是世界上最大和最强的。他们需要确保俄罗斯在北极地区的领导地位。这些破冰船具备9级破冰能力，可以破除3米厚的冰层，能够在北极条件下为船队引航，保障运载碳氢化合物原料的船只从亚马尔半岛、格达半岛油田和喀拉海大陆架前往亚太市场。

22220项目的破冰船的一个特点是在压载舱的帮助下采用可变吃水功能。双吃水设计使该船即可以在北极深水区使用，也可以在河床的浅水区作业，在不损失速度的情况下突破厚达3米的冰层。根据设计数据，新破冰船将是世界上最大、最强的破冰船。

22220项目首艘破冰船“北极”(Arktika)号已经在北方运行，第一批次“西伯利亚”(Sibir)号也是如此。第二批次“乌拉尔”(Ural)号正准备进入测试。第四批次“楚科奇”号破冰船于2020年底铺设。“雅库特”(Yakutia)号计划于2024年交付给客户，并在2027年交付该系列的第五艘破冰船。“雅库特”号是22220项目“北极”级系列中的第四艘破冰船，也是第三批次正在生产的破冰船。该船于2020年5月26日波罗的海造船厂成立164周年纪念日当天铺设。

图表：LK-60YA型22220项目“北极”级核动力破冰船发展情况

“雅库特”号核动力破冰船研发进程

在公开招标后，波罗的海造船厂和俄原子能国家集团核动力破冰船公司(Atomflot)于2019年8月签署了建造22220项目“雅库特”号第三批次(第四艘)核动力破冰船的合同。

2020年5月26日，在圣彼得堡的波罗的海造船厂举行了“雅库特”号(建造编号05709)核动力破冰船开工建造活动，在船厂A船坞铺设。

“雅库特”号铺设时设立的纪念铭牌

2020年12月4日，开始安装中央隔舱。

2021年7月2日，备用柴油发电机的装载工作完成，旨在应对反应堆装置安全保护时为核动力船提供动力。

2022年8月22日，在波罗的海造船厂，船艏段被装载到正在建造的“雅库特”号上，从而完成了破冰船冰带的形成。冰带是一个约3米宽的区域，当核动力破冰船与冰相撞时，该区域会产生最大载荷。船只此部分的舱段由40毫米厚的高强度钢组装而成。84吨重的潜水段将第一个承担北极冰的冲击。

2022年8月23日，波罗的海造船厂专家在通用核动力破冰船“雅库特”号上完成了装载和组装RITM-200反应堆装置的两台热容量为175兆瓦的蒸汽发电机组。

据报道，波罗的海造船厂将很快完成“雅库特”号的船体的组建并准备下水，预计2022年11月执行。2023年进入海上试验阶段，2024年交付给核动力破冰船公司(Atomflot)，开始运行。

“雅库特”号核动力破冰船性能参数

“雅库特”号核动力破冰船是 22220 项目的第四艘船，该船正在波罗的海造船厂按照联邦国家统一企业核动力破冰船公司(Atomflot)的命令建造。目前，以接近建造尾声，初步预计，2022年11月下水。

“雅库特”号破冰船的建造成本估计为510亿卢布。四分之三的金额将用于承包商和供应商，包括阿夫里坎托夫机械工程试验设计局(OKBM Afrikantov)、基洛夫工厂、电子无线电自动化公司等。据现有公开信息显示，该船的性能参数如下表。

图表：“雅库特”号破冰船性能参数

“雅库特”号核动力破冰船技术优势

核反应堆

包括“雅库特”号核动力破冰船在内的22220项目的破冰船的动力源以2座RITM-200压水核反应堆为基础，每座反应堆的热功率为175兆瓦，这使得LK-60Ya型破冰船成为同类中最强大的装备。使用现代数字系统进行管理。在PTU-72蒸汽涡轮机的帮助下，为所有用电设备发电。

一座机组的重量为147.5吨，高度为7.3米，直径为3.3米。这类动力装置的主要优势在于其具有紧凑性和经济性。它们具有独特的节能一体化布局，从而确保主要设备直接放置在蒸汽发生器内部。由于采用了这种方案，反应堆的重量和尺寸更小，比目前使用的KLT型反应堆轻1.7倍，紧凑2倍，功率几乎提高了20%。RITM-200的单一燃料负荷相当于54万吨北极柴油燃料。换料周期7年。RITM-200也是建造固定式和可移动式低功率核电站(包括浮动式动力装置)的基础。由钢、水和混凝土制成的保护壳确保了反应堆装置的安全。蒸汽发生器在破冰船摆动幅度为45°的横摇和纵摇的影响下能可靠地工作。这种动力装置的使用寿命为40年，独特的设计使22220型破冰船双吃水成为可能，在破冰速度方面提供了改进的船舶技术特性。

RITM-200反应堆装置

双吃水设计

最初，设计局专家考虑了几种使用该船的运输系统方案。第一种是传统的，功能分离的，10521型“亚马尔”号和“50年胜利”号破冰船，吃水深度为10.5-11米，在北海航线的主要航线上运行。北极浅水区和西伯利亚河口的航线，包括叶尼塞河到杜丁卡港和亚马尔西部的地方，运行着10580型“泰梅尔”和“瓦伊加奇”浅吃水核破冰船，吃水8.1米。但在河口的工作时间较短，建造两种类型的破冰船成本相当高。

第二种方案是实验性的，代替2类破冰船去设计建造一类具有双吃水功能的破冰船，该船可以改变河口和浅水区域的吃水。或者，采取压载、潜水和增加吃水，依靠这种方法在北海航线的深水航线上工作。最终结果，采用了双吃水破冰船的设计概念。

新方案甚至对破冰船的设计也提出了一些具体要求：改变结构和生物保护系统，改变破冰船船体的设计以减轻重量，从而可以提供8.5m的吃水深度。同时，破冰船从一种吃水状态到另一种状态的转换时间不应超过四个小时。

此外，LK-60Ya由于更大的冰层穿透力(2.9米的冰层，而前一代“北极”级的冰层为2.25米)，原则上可以在北海航线东部地区实现全年航行。

小结

俄罗斯核动力破冰船的主要任务是确保北海航线的航行。10520型“北极”级和10580型“泰梅尔”级破冰船也能够引导船只和商队沿西伯利亚河口航行。但22220项目的“北极”级和随后的破冰船能够在河道和公海上运行，改变吃水只需要几个小时。这使得LK-60Ya破冰船成为确保航运的便捷高效工具。利用积累的经验和现代工艺，可以提高技术和操作特性，并获得最大可能的使用寿命。从这一点来看，22220新项目相对于俄此前的开发项目具有明显的优势，具有广阔的发展前景。在遥远的未来，俄罗斯核动力破冰船公司(Atomflot)将不得不放弃过时的核动力破冰船，改由22220项目五艘新船和后续的三艘“领袖”级破冰船替代。即将服役的3号船“乌拉尔”号及不久将下水的4号船“雅库特”号将加强俄罗斯北海航线的规划力度，同时推进俄核动力破冰船的更新换代。