ก่อนที่จะมีเรือเดินสมุทร เทคโนโลยีการทำลายน้ำแข็งได้รับการพัฒนาขึ้นในคลองและแม่น้ำภายในประเทศ โดยใช้แรงงานคนด้วยขวานและตะขอ เรือทำลายน้ำแข็งแบบดั้งเดิมลำแรกที่บันทึกไว้คือเรือบรรทุกสินค้าที่เมืองบรูจส์ ของเบลเยียมใช้ ในปี 1383 เพื่อช่วยเคลียร์คูเมือง^{[ 3 ] [ 4 ]} ความพยายามของเรือบรรทุกสินค้าทำลายน้ำแข็งประสบความสำเร็จมากพอที่จะทำให้เมืองซื้อเรือดังกล่าวสี่ลำ

เรือตัดน้ำแข็งยังคงถูกใช้งานอย่างต่อเนื่องในช่วงฤดูหนาวที่หนาวเย็นของยุคน้ำแข็งน้อยโดยมีการใช้งานเพิ่มมากขึ้นในพื้นที่ลุ่มน้ำตอนล่างซึ่งมีการค้าขายและการขนส่งผู้คนและสินค้าจำนวนมาก ในศตวรรษที่ 15 การใช้เรือตัดน้ำแข็งในฟลานเดอร์ส ( อูเดนาร์ เด , คอร์ไทรค์ , อี เปอร์ , เวิร์น , ดิกส์มุยเดและฮุลสต์ ) ได้มีการจัดตั้งขึ้นอย่างแพร่หลายแล้ว การใช้เรือตัดน้ำแข็งขยายตัวมากขึ้นในศตวรรษที่ 17 โดยเมืองสำคัญทุกแห่งในพื้นที่ลุ่มน้ำตอนล่างต่างใช้เรือตัดน้ำแข็งในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งเพื่อรักษาเส้นทางน้ำให้สะอาดอยู่เสมอ

ก่อนศตวรรษที่ 17 ข้อมูลจำเพาะของเรือตัดน้ำแข็งยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ข้อมูลจำเพาะของเรือตัดน้ำแข็งแสดงให้เห็นว่าเรือเหล่านั้นถูกลากโดยทีมม้า และน้ำหนักที่มากของเรือจะกดลงบนน้ำแข็งเพื่อทำลายมัน เรือเหล่านี้ถูกใช้ร่วมกับทีมคนงานที่ใช้ขวานและเลื่อย และเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลังก็ไม่ได้เปลี่ยนแปลงมากนักจนกระทั่งการปฏิวัติอุตสาหกรรม

เรือที่เสริมความแข็งแรงเพื่อรับมือกับน้ำแข็งถูกนำมาใช้ในยุคแรกๆ ของการสำรวจขั้วโลก เดิมทีเรือเหล่านี้ทำจากไม้และดัดแปลงมาจากแบบที่มีอยู่เดิม แต่เสริมความแข็งแรง โดยเฉพาะบริเวณแนวน้ำด้วยการใช้ไม้กระดานสองชั้นที่ตัวเรือและเสริมความแข็งแรงด้วยคานขวางภายในเรือ มีการพันเหล็กเป็นแถบๆ รอบนอก บางครั้งก็มีการติดตั้งแผ่นโลหะที่หัวเรือ ท้ายเรือ และตามแนวกระดูกงู การเสริมความแข็งแรงเช่นนี้มีจุดประสงค์เพื่อช่วยให้เรือแล่นผ่านน้ำแข็งได้ และเพื่อปกป้องเรือในกรณีที่ถูก "หนีบ" โดยน้ำแข็ง การหนีบเกิดขึ้นเมื่อแผ่นน้ำแข็งรอบๆ เรือถูกดันเข้าหาเรือ ทำให้เรือติดอยู่เหมือนถูกหนีบด้วยคีม และทำให้เกิดความเสียหาย การกระทำคล้ายคีมนี้เกิดจากแรงของลมและกระแสน้ำที่กระทำต่อแผ่นน้ำแข็ง

เรือลำแรกที่ใช้ในน่านน้ำขั้วโลกคือเรือของชาวเอสกิโมเรือคายัคของพวกเขาเป็นเรือขนาดเล็กที่ใช้แรงคนพาย มีดาดฟ้าที่ปิดมิดชิด และมีห้องโดยสารหนึ่งห้องหรือมากกว่านั้น แต่ละห้องมีที่นั่งสำหรับคนพาย หนึ่งคน ซึ่งใช้ ไม้พายแบบใบเดียวหรือสองใบเรือเหล่านี้ไม่มีความสามารถในการทำลายน้ำแข็ง แต่มีน้ำหนักเบาและเหมาะสมที่จะยกข้ามน้ำแข็งไปได้

ในศตวรรษที่ 9 และ 10 การขยายตัวของชาวไวกิงไปถึงมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือ และในที่สุดก็ไปถึงกรีนแลนด์และสฟาลบาร์ดในแถบอาร์กติก อย่างไรก็ตาม ชาวไวกิงเดินเรือในน่านน้ำที่ปราศจากน้ำแข็งเป็นส่วนใหญ่ของปี ภายใต้สภาพอากาศอบอุ่นในยุคกลาง

ในศตวรรษที่ 11 ในรัสเซียตอนเหนือ ชายฝั่งทะเลขาวซึ่งได้ชื่อเช่นนั้นเพราะถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็งนานกว่าครึ่งปี เริ่มมีการตั้งถิ่นฐาน กลุ่มชาติพันธุ์ผสมระหว่างชาวคาเรเลียและชาวรัสเซียในรัสเซียตอนเหนือที่อาศัยอยู่ตามชายฝั่งมหาสมุทรอาร์กติกเป็นที่รู้จักกันในชื่อโปมอร์ ("ผู้ตั้งถิ่นฐานริมทะเล") พวกเขาค่อยๆ พัฒนา เรือใบไม้ขนาดเล็กแบบเสาเดียวหรือสองเสาขึ้นมาซึ่งใช้สำหรับการเดินทางในสภาพน้ำแข็งของทะเลอาร์กติก และต่อมาใน แม่น้ำ ไซบีเรียเรือตัดน้ำแข็งรุ่นแรกๆ เหล่านี้เรียกว่าโคชิตัวเรือของโคชิได้รับการปกป้องด้วยแผ่นไม้เรียบที่ทนต่อการลอยตัวของน้ำแข็งตามแนวระดับน้ำที่เปลี่ยนแปลงได้ และมีกระดูกงูเทียมสำหรับการขนย้าย บน น้ำแข็ง หากโคชิถูกบีบโดยทุ่งน้ำแข็ง เส้นตัวเรือที่โค้งมนใต้ระดับน้ำจะช่วยให้เรือถูกดันขึ้นจากน้ำและขึ้นไปบนน้ำแข็งได้โดยไม่เกิดความเสียหาย^{[ 5 ]}

ในศตวรรษที่ 19 มาตรการป้องกันที่คล้ายคลึงกันนี้ถูกนำมาใช้กับเรือตัดน้ำแข็งพลังไอน้ำสมัยใหม่เรือใบ ที่มีชื่อเสียงบางลำ ในช่วงปลายยุคเรือใบก็มีรูปทรงคล้ายไข่เช่นเดียวกับ เรือ โปมอร์ตัวอย่างเช่น เรือ ฟราม (Fram ) ที่ใช้โดยฟริดต์ยอฟ นันเซนและนักสำรวจขั้วโลก ชาวนอร์เวย์ผู้ยิ่งใหญ่คนอื่น ๆ เรือ ฟรามเป็นเรือไม้ที่แล่นไปไกลที่สุดทางเหนือ (85°57'N) และทางใต้ (78°41'S) และเป็นหนึ่งในเรือไม้ที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่เคยสร้างมา

เรือลำแรกๆ ที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานในสภาพน้ำแข็ง^{[ 6 ]}คือเรือกลไฟไม้พายขนาด51 เมตร (167 ฟุต)ชื่อCity Ice Boat No. 1ซึ่งสร้างขึ้นสำหรับเมืองฟิลาเดลเฟียโดย Vandusen & Birelyn ในปีพ.ศ. 2480เรือลำนี้ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ไอน้ำ 2 เครื่อง กำลังเครื่องละ 250 แรงม้า (190 กิโลวัตต์)และใบพายไม้ของเรือได้รับการเสริมความแข็งแรงด้วยเหล็กหุ้ม^{[ 7 ]}  

ด้วยรูปทรงกลมและตัวเรือโลหะที่แข็งแรง เรือPilot ของรัสเซียที่สร้างขึ้น ในปี 1864เป็นต้นแบบที่สำคัญของเรือตัดน้ำแข็งสมัยใหม่ที่มีใบพัด เรือลำนี้สร้างขึ้นตามคำสั่งของมิคาอิล บริทเนฟ พ่อค้าและช่างต่อเรือ ส่วน หัวเรือได้รับการดัดแปลงเพื่อให้สามารถแล่นฝ่าชั้นน้ำแข็งได้ (ยกขึ้น 20° จากแนวกระดูกงู) ซึ่งทำให้เรือ Pilotสามารถดันตัวเองขึ้นไปบนยอดน้ำแข็งและทำลายมันได้ บริทเนฟออกแบบหัวเรือตามรูปทรงของเรือ Pomor โบราณ ซึ่งใช้แล่นในน่านน้ำน้ำแข็งของทะเลขาวและทะเลบาเรนต์มานานหลายศตวรรษเรือ Pilotถูกใช้ระหว่างปี 1864 ถึง 1890 ในการเดินเรือในอ่าวฟินแลนด์ระหว่าง เมือง ครอนสตาดต์และโอราเนียนบาว ม์ ทำให้ฤดูการเดินเรือในฤดูร้อนยาวนานขึ้นหลายสัปดาห์ ด้วยแรงบันดาลใจจากความสำเร็จของเรือ Pilotมิคาอิล บริทเนฟจึงสร้างเรือที่คล้ายกันลำที่สองชื่อBoy ("การทำลาย" ในภาษารัสเซีย) ในปี 1875 และลำที่สาม ชื่อ Booy ("ทุ่น" ในภาษารัสเซีย) ในปี 1889

ฤดูหนาวอันหนาวเหน็บในปี พ.ศ. 2413–2414 ทำให้แม่น้ำเอลเบและท่าเรือฮัมบูร์กกลายเป็นน้ำแข็ง ส่งผลให้การเดินเรือหยุดชะงักเป็นเวลานานและเกิดความเสียหายทางการค้าอย่างมหาศาล คาร์ล เฟอร์ดินานด์ สไตน์เฮาส์ นำแบบหัวเรือที่ดัดแปลงของไพล็อตจากบริทเนฟมาใช้สร้างเรือตัดน้ำแข็งของตนเอง^{[ 8 ]} Eisbrecher I ^{[ 9 ]}

เรือตัดน้ำแข็งสมัยใหม่ลำแรก^{[ 10 ]}ถูกสร้างขึ้นในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เรือตัดน้ำแข็งเยอร์มัก (Yermak ) ถูกสร้างขึ้นในปี 1899 ที่ อู่ต่อเรือ อาร์มสตรอง วิทเวิร์ธ (Armstrong Whitworth)ในประเทศอังกฤษ ภายใต้สัญญาจากกองทัพเรือจักรวรรดิรัสเซียเรือลำนี้ได้นำหลักการสำคัญจากไพลอต (Pilot)มาใช้ในการสร้างเรือตัดน้ำแข็งขั้วโลกเป็นลำแรก ซึ่งสามารถแล่นผ่านและบดขยี้ก้อนน้ำแข็งได้ เรือลำนี้มีระวางขับน้ำ 5,000 ตัน และเครื่องยนต์ลูกสูบ ไอน้ำของเรือ มีกำลัง10,000 แรงม้า (7,500 กิโลวัตต์)เรือลำนี้ถูกปลดประจำการในปี 1963 และถูกแยกชิ้นส่วนในปี 1964 ทำให้เป็นหนึ่งในเรือตัดน้ำแข็งที่ใช้งานได้นานที่สุดในโลก 

ในแคนาดา รัฐบาลจำเป็นต้องหาวิธีป้องกันน้ำท่วมเนื่องจากน้ำแข็งอุดตันในแม่น้ำเซนต์ลอว์เรนซ์จึงมีการสร้างเรือตัดน้ำแข็งเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำแข็งอุดตันในแม่น้ำทางตะวันออกของมอนทรีออลในเวลาเดียวกันนั้น แคนาดาต้องปฏิบัติตามพันธกรณีในแถบอาร์กติกของแคนาดา จึงมีการสร้าง เรือตัดน้ำแข็งพลังไอน้ำขนาดใหญ่ เช่น เรือCGS N.B. McLean (1930) และCGS D'Iberville (1952) ที่มี ความยาว 80 เมตร (260 ฟุต)เพื่อใช้งานสองวัตถุประสงค์ (การป้องกันน้ำท่วมในแม่น้ำเซนต์ลอว์เรนซ์และการเติมน้ำในแถบอาร์กติก)   

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 หลายประเทศเริ่มใช้งานเรือตัดน้ำแข็งที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะ ส่วนใหญ่เป็นเรือตัดน้ำแข็งชายฝั่ง แต่แคนาดา รัสเซีย และต่อมาสหภาพโซเวียตก็สร้างเรือตัดน้ำแข็งขนาดใหญ่ที่สามารถแล่นในมหาสมุทรได้หลายลำ โดยมีระวางขับน้ำสูงสุดถึง 11,000 ตัน

ก่อนที่จะมีการสร้างเรือตัดน้ำแข็ง ดีเซลไฟฟ้าลำแรกในช่วงทศวรรษ 1930 เรือตัดน้ำแข็งส่วนใหญ่เป็นเรือไอน้ำที่ ใช้ถ่านหินหรือน้ำมัน เป็น เชื้อเพลิง ^{[ 11 ]}เครื่องยนต์ไอน้ำแบบลูกสูบเป็นที่นิยมใช้ในเรือตัดน้ำแข็งเนื่องจากมีความน่าเชื่อถือ แข็งแรง มีคุณสมบัติแรงบิดที่ดี และสามารถเปลี่ยนทิศทางการหมุนได้อย่างรวดเร็ว^{[ 12 ]}ในยุคของเรือไอน้ำ เรือตัดน้ำแข็งพลังไอน้ำที่ทรงพลังที่สุดก่อนสงครามมีกำลังขับเคลื่อนประมาณ10,000 แรงม้าเพลา (7,500กิโลวัตต์) ^{[ 11 ]} 

เรือตัดน้ำแข็งดีเซลไฟฟ้าลำแรกของโลกคือเรือตัดน้ำแข็งYmer ของสวีเดนขนาด 4,330 ตัน ในปี 1933 ด้วย กำลัง 9,000 แรงม้า (6,700 กิโลวัตต์)แบ่งระหว่างใบพัดสองตัวที่ท้ายเรือและใบพัดหนึ่งตัวที่หัวเรือ เธอยังคงเป็นเรือตัดน้ำแข็งที่ทรงพลังที่สุดของสวีเดนจนกระทั่งเรือOden เข้าประจำการ ในปี 1957 ต่อมาคือเรือSisu ของฟินแลนด์ ซึ่งเป็น เรือตัดน้ำแข็งดีเซลไฟฟ้าลำแรกในฟินแลนด์ในปี 1939 ^{[ 13 ] [ 14 ]} เรือทั้งสองลำถูกปลดประจำการในช่วงทศวรรษ 1970 และถูกแทนที่ด้วยเรือตัดน้ำแข็งขนาดใหญ่กว่ามากในทั้งสองประเทศ คือเรือ Sisuที่สร้างในปี 1976 ในฟินแลนด์ และ เรือ Ymerที่สร้างในปี 1977 ในสวีเดน  

ในปี พ.ศ. 2484 สหรัฐอเมริกาเริ่มสร้างเรือชั้นวินด์การวิจัยในสแกนดิเนเวียและสหภาพโซเวียตนำไปสู่การออกแบบที่มีตัวเรือที่แข็งแรงมาก สั้นและกว้าง มีส่วนหัวที่ตัดออกและท้องเรือโค้งมน เครื่องจักรดีเซลไฟฟ้าที่ทรงพลังขับเคลื่อนใบพัดท้ายเรือสองตัวและใบพัดหัวเรือเสริมอีกหนึ่งตัว^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}คุณสมบัติเหล่านี้จะกลายเป็นมาตรฐานสำหรับเรือตัดน้ำแข็งหลังสงครามจนถึงทศวรรษ 1980

ตั้งแต่ช่วงกลางทศวรรษ 1970 เรือตัดน้ำแข็งดีเซลไฟฟ้าที่ทรงพลังที่สุดคือเรือตัดน้ำแข็งErmak , Admiral MakarovและKrasin ซึ่งเดิมเป็นของสหภาพโซเวียตและต่อมาเป็นของรัสเซีย โดยมี เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซล 12 สูบจำนวน 9 เครื่องที่ผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อน 3 ตัว โดยมีกำลังขับรวม26,500 กิโลวัตต์ (35,500 แรงม้า) [ ^{11 ] หลัง} ปี 2030 คาดว่าจะ มี การส่งมอบ เรือตัดน้ำแข็งขั้วโลกของแคนาดาCCGS ArpatuuqและCCGS Imnaryuaqซึ่งมีกำลังขับเคลื่อนรวม34,000 กิโลวัตต์ (46,000 แรงม้า)      

แคนาดา

ในแคนาดา การสร้างเรือตัดน้ำแข็งระบบดีเซล-ไฟฟ้าเริ่มต้นขึ้นในปี 1952 โดยเริ่มจากเรือHMCS Labrador (ซึ่งต่อมาถูกโอนไปให้หน่วยยามฝั่งแคนาดา) โดยใช้ แบบเรือชั้น Wind ของหน่วยยามฝั่งสหรัฐฯแต่ไม่มีใบพัดที่หัวเรือ ต่อมาในปี 1960 การพัฒนาเรือตัดน้ำแข็งขนาดใหญ่ของแคนาดาได้ก้าวไปอีกขั้น เมื่อเรือ CCGS John A. Macdonald สร้างเสร็จสมบูรณ์ที่เมืองลอซง รัฐควิเบก เรือ John A. Macdonald มีขนาดใหญ่และทรงพลังกว่าเรือ Labrador อย่างมากเป็นเรือตัดน้ำแข็งที่สามารถแล่นในมหาสมุทรและรับมือกับสภาพขั้วโลกที่รุนแรงที่สุดได้ เครื่องจักรดีเซล-ไฟฟ้าขนาด15,000 แรงม้า (11,000 กิโลวัตต์)จัดเรียงเป็นสามชุด ส่งกำลังอย่างเท่าเทียมกันไปยังเพลาทั้งสาม 

เรือตัดน้ำแข็งที่ใหญ่ที่สุดและทรงพลังที่สุดของแคนาดา คือเรือ CCGS Louis S. St-Laurent ซึ่ง มีความยาว 120 เมตร (390 ฟุต)ได้รับการส่งมอบในปี 1969 ระบบขับเคลื่อนเดิมประกอบด้วยกังหันไอน้ำ 3 ตัว เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 9 ตัว และมอเตอร์ไฟฟ้า 3 ตัว ให้กำลังขับเคลื่อน27,000 แรงม้า(20,000 กิโลวัตต์)โครงการปรับปรุงครั้งใหญ่ในช่วงกลางอายุการใช้งาน (1987–1993) ทำให้เรือได้รับส่วนหัวใหม่และระบบขับเคลื่อนใหม่ โรงไฟฟ้าใหม่ประกอบด้วยเครื่องยนต์ดีเซล 5 ตัว เครื่องกำเนิดไฟฟ้า 3 ตัว และมอเตอร์ไฟฟ้า 3 ตัว ให้กำลังขับเคลื่อนเกือบเท่าเดิม   

เมื่อวันที่ 22 สิงหาคม พ.ศ. 2537 เรือ Louis S. St-LaurentและUSCGC Polar Sea กลายเป็นเรือผิวน้ำลำแรกของอเมริกาเหนือที่ไปถึงขั้วโลกเหนือ เดิมทีเรือลำนี้มีกำหนดปลดประจำการในปี พ.ศ. 2543 อย่างไรก็ตาม การปรับปรุงใหม่ทำให้กำหนดการปลดประจำการขยายออกไปเป็นปี พ.ศ. 2560 ปัจจุบันมีแผนที่จะใช้งานต่อไปจนถึงช่วงปี พ.ศ. 2563 จนกว่าจะมีการนำเรือตัดน้ำแข็งขั้วโลกใหม่ 2 ลำ คือCCGS Arpatuuq และCCGS Imnaryuaq  เข้ามา ประจำการในหน่วยยามฝั่ง^{[ 18 ]}

ปัจจุบันรัสเซียเป็นผู้ดำเนินการเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ ที่มีอยู่และใช้งานได้ทั้งหมด ^{[ 24 ]}ลำแรกคือNS Lenin ซึ่งถูกปล่อยลงน้ำในปี 1957 และเริ่มปฏิบัติการในปี 1959 ก่อนที่จะปลดประจำการอย่างเป็นทางการในปี 1989 นับเป็นทั้ง เรือผิวน้ำพลังงานนิวเคลียร์ลำแรกของโลก และ เรือพลเรือนพลังงานนิวเคลียร์ลำแรก

เรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ลำที่สองของโซเวียตคือ NS Arktikaซึ่งเป็นเรือลำแรกของชั้นArktikaเรือลำนี้ประจำการตั้งแต่ปี 1975 และเป็นเรือผิวน้ำลำแรกที่ไปถึงขั้วโลกเหนือเมื่อวันที่ 17 สิงหาคม 1977 นอกจากนี้ยังมีการสร้างเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์หลายลำนอกสหภาพโซเวียต เรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ชั้นTaymyr ที่มีระวางบรรทุกตื้นสองลำ ถูกสร้างขึ้นในฟินแลนด์ให้กับสหภาพโซเวียตในช่วงปลายทศวรรษ 1980 ^{[ 11 ]}

ในเดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2550 การทดสอบทางทะเลเสร็จสิ้นสำหรับเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ของรัสเซีย NS 50 Let Pobedyเรือลำนี้ถูกนำเข้าประจำการโดย บริษัท Murmansk Shipping Company ซึ่งบริหารจัดการเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ของรัฐบาลรัสเซียทั้งหมด 8 ลำ เดิมทีมีการวางกระดูกงูในปี พ.ศ. 2532 โดยBaltic Worksแห่งเลนินกราดและเรือถูกปล่อยลงน้ำในปี พ.ศ. 2536 ในชื่อ NS Uralเรือตัดน้ำแข็งลำนี้ตั้งใจให้เป็นลำที่หกและลำสุดท้ายของชั้นArktika ^{[ 25 ]}

มีการวางแผนสร้างเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์รุ่นใหม่ 2 รุ่น เพื่อทดแทนเรือชั้นอาร์คติกา ได้แก่ โครงการ 22220และโครงการ 10510เรือชั้นใหม่เหล่านี้มีระวางขับน้ำมากกว่าเรือชั้นอาร์คติกา

เรือตัดน้ำแข็งมักถูกอธิบายว่าเป็นเรือที่ขับหัวเรือที่ลาดเอียงไปบนน้ำแข็งและทำลายมันด้วยน้ำหนักของเรือ^{[ 28 ]}ในความเป็นจริง สิ่งนี้เกิดขึ้นเฉพาะในน้ำแข็งที่หนามากเท่านั้น ซึ่งเรือตัดน้ำแข็งจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับการเดิน หรืออาจต้องถอยหลังซ้ำๆ หลายช่วงความยาวของเรือและพุ่งชนก้อนน้ำแข็งด้วยกำลังเต็มที่ โดยทั่วไปแล้ว น้ำแข็งซึ่งมีความแข็งแรงในการดัดงอ ค่อนข้างต่ำ จะแตกและจมลงใต้ท้องเรือได้ง่ายโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในการทรงตัวของเรือตัดน้ำแข็งในขณะที่เรือเคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยความเร็วที่ค่อนข้างสูงและคงที่^{[ 29 ]}

When an icebreaker is designed, one of the main goals is to minimize the forces resulting from crushing and breaking the ice, and submerging the broken floes under the vessel. The average value of the longitudinal components of these instantaneous forces is called the ship's ice resistance. Naval architects who design icebreakers use the so-called h–v curve to determine the icebreaking capability of the vessel. It shows the speed (v) that the ship is able to achieve as a function of ice thickness (h). This is done by calculating the velocity at which the thrust from the propellers equals the combined hydrodynamic and ice resistance of the vessel.^[1] An alternative means to determine the icebreaking capability of a vessel in different ice conditions, such as pressure ridges, is to perform model tests in an ice tank. Regardless of the method, the actual performance of new icebreakers is verified in full-scale ice trials once the ship has been built.

To minimize the icebreaking forces, the hull lines of an icebreaker are usually designed so that the flare at the waterline is as small as possible. As a result, icebreaking ships are characterized by a sloping or rounded stem as well as sloping sides and a short parallel midship to improve maneuverability in ice.^[29] However, the spoon-shaped bow and round hull have poor hydrodynamic efficiency and seakeeping characteristics, and make the icebreaker susceptible to slamming, or the impacting of the bottom structure of the ship onto the sea surface.^[1] For this reason, the hull of an icebreaker is often a compromise between minimum ice resistance, maneuverability in ice, low hydrodynamic resistance, and adequate open water characteristics.^[11]

เรือตัดน้ำแข็งบางลำมีตัวเรือที่ส่วนหัวกว้างกว่าส่วนท้าย การขยาย ช่องน้ำแข็ง ด้วยเครื่องมือ เหล่านี้ จะเพิ่มความกว้างของช่องน้ำแข็งและลดแรงเสียดทานที่ส่วนท้ายเรือ รวมทั้งปรับปรุงความคล่องตัวของเรือในน้ำแข็ง นอกจากสีที่มีแรงเสียดทานต่ำแล้ว เรือตัดน้ำแข็งบางลำยังใช้ เข็มขัดน้ำแข็งสแตนเลสที่ทนต่อการสึกหรอ ซึ่งเชื่อมด้วยการระเบิดซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานและปกป้องตัวเรือจากการกัดกร่อน ระบบเสริมต่างๆ เช่น ระบบฉีดน้ำแรงดันสูงและระบบเป่าอากาศถูกนำมาใช้เพื่อลดแรงเสียดทานโดยการสร้างชั้นหล่อลื่นระหว่างตัวเรือกับน้ำแข็ง การสูบน้ำระหว่างถังทั้งสองด้านของเรือส่งผลให้เกิดการกลิ้งอย่างต่อเนื่องซึ่งช่วยลดแรงเสียดทานและทำให้การแล่นผ่านน้ำแข็งง่ายขึ้น การออกแบบหัวเรือแบบทดลอง เช่น หัวเรือแบบแบน Thyssen-Waas และหัวเรือทรงกระบอก ได้ถูกทดลองใช้มาหลายปีเพื่อลดแรงต้านของน้ำแข็งและสร้างช่องทางที่ปราศจากน้ำแข็ง^{[ 11 ]}

เรือตัดน้ำแข็งและเรืออื่นๆ ที่ปฏิบัติการในน่านน้ำที่เต็มไปด้วยน้ำแข็งจำเป็นต้องมีการเสริมความแข็งแรงของโครงสร้างเพิ่มเติมเพื่อต้านทานแรงต่างๆ ที่เกิดจากการสัมผัสระหว่างตัวเรือกับน้ำแข็งโดยรอบ เนื่องจากแรงดันน้ำแข็งแตกต่างกันในแต่ละส่วนของตัวเรือ บริเวณที่ได้รับการเสริมความแข็งแรงมากที่สุดในตัวเรือของเรือที่แล่นในน้ำแข็งคือส่วนหัวเรือ ซึ่งรับแรงน้ำแข็งสูงสุด และบริเวณรอบเส้นน้ำ โดยมีการเสริมความแข็งแรงเพิ่มเติมทั้งเหนือและใต้เส้นน้ำเพื่อสร้างเข็มขัดน้ำแข็งต่อเนื่องรอบเรือ^{[ 2 ]}

เรือตัดน้ำแข็งขนาดสั้นและอ้วนโดยทั่วไปสร้างโดยใช้โครงสร้างตามขวางซึ่งแผ่นเปลือกจะเสริมความแข็งแรงด้วยโครงสร้างที่วางห่างกันประมาณ400 ถึง 1,000 มิลลิเมตร (1 ถึง 3 ฟุต)ซึ่งแตกต่างจากโครงสร้างตามยาวที่ใช้ในเรือที่ยาวกว่า ใกล้กับเส้นน้ำ โครงสร้างที่วิ่งในแนวตั้งจะกระจายแรงกดจากน้ำแข็งที่กระจุกตัวอยู่บนแผ่นเปลือกไปยังคานตามยาวที่เรียกว่าสตริงเกอร์ ซึ่งในทางกลับกันได้รับการรองรับโดยโครงสร้างเว็บและผนังกั้นที่รับน้ำหนักตัวเรือที่กระจายออกไปมากกว่า^{[ 2 ]}ในขณะที่แผ่นเปลือกซึ่งสัมผัสโดยตรงกับน้ำแข็งอาจมีความหนาถึง50 มิลลิเมตร (2.0 นิ้ว)ในเรือตัดน้ำแข็งขั้วโลกแบบเก่า การใช้เหล็กกล้าความแข็งแรงสูงที่มีความแข็งแรงครากถึง500 MPa (73,000 psi)ในเรือตัดน้ำแข็งสมัยใหม่ส่งผลให้มีความแข็งแรงของโครงสร้างเท่ากันด้วยความหนาของวัสดุที่น้อยลงและน้ำหนักเหล็กที่เบาลง ไม่ว่าความแข็งแรงจะเป็นอย่างไร เหล็กที่ใช้ในโครงสร้างตัวเรือของเรือตัดน้ำแข็งจะต้องสามารถต้านทานการแตกหักแบบเปราะในอุณหภูมิแวดล้อมต่ำและสภาวะการรับน้ำหนักสูง ซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับการปฏิบัติงานในน่านน้ำที่เต็มไปด้วยน้ำแข็ง^{[ 2 ] [ 30 ]}    

หากสร้างตามกฎที่กำหนดโดยสมาคมจัดประเภทเรือเช่นAmerican Bureau of Shipping , Det Norske VeritasหรือLloyd's Registerเรือตัดน้ำแข็งอาจได้รับการกำหนดชั้นน้ำแข็งตามระดับการเสริมความแข็งแรงของตัวเรือเพื่อรับมือกับน้ำแข็ง โดยปกติจะพิจารณาจากความหนาของน้ำแข็งสูงสุดที่คาดว่าเรือจะปฏิบัติงาน และข้อกำหนดอื่นๆ เช่น ข้อจำกัดที่เป็นไปได้ในการชนน้ำแข็ง แม้ว่าชั้นน้ำแข็งโดยทั่วไปจะเป็นเพียงตัวบ่งชี้ระดับการเสริมความแข็งแรงเพื่อรับมือกับน้ำแข็ง ไม่ใช่ความสามารถในการตัดน้ำแข็งที่แท้จริงของเรือตัดน้ำแข็ง แต่สมาคมจัดประเภทเรือบางแห่ง เช่นRussian Maritime Register of Shippingมีข้อกำหนดด้านความสามารถในการปฏิบัติงานสำหรับชั้นน้ำแข็งบางประเภท ตั้งแต่ปี 2000 เป็นต้นมาสมาคมจัดประเภทเรือระหว่างประเทศ (IACS) ได้เสนอให้ใช้ระบบรวมที่เรียกว่าPolar Class (PC) เพื่อแทนที่การกำหนดชั้นน้ำแข็งเฉพาะของแต่ละสมาคมจัดประเภทเรือ

นับตั้งแต่สงครามโลกครั้งที่สองเรือตัดน้ำแข็งส่วนใหญ่ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ระบบขับเคลื่อนดีเซล-ไฟฟ้า ซึ่งเครื่องยนต์ดีเซลที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อนที่หมุนใบพัดแบบคงที่ เรือตัดน้ำแข็งดีเซล-ไฟฟ้าลำแรกถูกสร้างขึ้นโดยใช้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้า กระแสตรง (DC) และมอเตอร์ขับเคลื่อน แต่เมื่อเวลาผ่านไป เทคโนโลยีได้พัฒนาไปสู่ เครื่องกำเนิด ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) และในที่สุดก็เป็นระบบ AC-AC ที่ควบคุมความถี่ได้^{[ 11 ]}ในเรือตัดน้ำแข็งดีเซล-ไฟฟ้าสมัยใหม่ ระบบขับเคลื่อนถูกสร้างขึ้นตามหลักการโรงไฟฟ้า ซึ่งเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลักจะจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับผู้ใช้บนเรือทั้งหมด และไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องยนต์เสริม

แม้ว่าระบบขับเคลื่อนดีเซล-ไฟฟ้าจะเป็นตัวเลือกที่นิยมสำหรับเรือตัดน้ำแข็งเนื่องจากลักษณะแรงบิดที่ความเร็วต่ำที่ดีของมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้า แต่เรือตัดน้ำแข็งก็ถูกสร้างขึ้นด้วยเครื่องยนต์ดีเซลที่เชื่อมต่อทางกลกับเกียร์ทดรอบและใบพัดแบบปรับมุมได้ระบบขับเคลื่อนเชิงกลมีข้อดีหลายประการเหนือระบบขับเคลื่อนดีเซล-ไฟฟ้า เช่น น้ำหนักเบากว่าและประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่ดีกว่า อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ดีเซลมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของการหมุนของใบพัด และเพื่อแก้ไขปัญหานี้ ระบบขับเคลื่อนเชิงกลมักจะติดตั้งล้อช่วยแรงขนาดใหญ่หรือข้อต่อไฮโดรไดนามิกเพื่อดูดซับการเปลี่ยนแปลงแรงบิดที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างใบพัดกับน้ำแข็ง^{[ 11 ]}

เรือตัดน้ำแข็งขั้วโลกของแคนาดา CCGS Louis S. St-Laurentที่สร้างขึ้นในปี 1969 เป็นหนึ่งในเรือตัดน้ำแข็งไม่กี่ลำที่ติดตั้งหม้อไอน้ำและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โบที่ผลิตพลังงานสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อนไฟฟ้าสามตัว ต่อมาได้มีการปรับปรุงใหม่โดยใช้เครื่องยนต์ดีเซลห้าเครื่อง ซึ่งประหยัดเชื้อเพลิงได้ดีกว่ากังหันไอน้ำ เรือตัดน้ำแข็งของแคนาดารุ่นหลังๆ ถูกสร้างขึ้นโดยใช้ระบบขับเคลื่อนดีเซล-ไฟฟ้า^{[ 11 ]}

เรือตัดน้ำแข็ง Polar-classสองลำที่ดำเนินการโดยหน่วยยามฝั่งของสหรัฐอเมริกามีระบบขับเคลื่อนแบบผสมผสานระหว่างดีเซล-ไฟฟ้าและกลไก ซึ่งประกอบด้วยเครื่องยนต์ดีเซลหกเครื่องและกังหันก๊าซ สามเครื่อง ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซลเชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ผลิตพลังงานสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อนสามตัว กังหันก๊าซจะเชื่อมต่อโดยตรงกับเพลาใบพัดที่ขับเคลื่อนใบพัดแบบปรับมุมได้^{[ 11 ]}โรงไฟฟ้าดีเซล-ไฟฟ้าสามารถผลิตพลังงานได้สูงสุด13,000 กิโลวัตต์ (18,000 แรงม้า)ในขณะที่กังหันก๊าซมีกำลังรวมต่อเนื่อง45,000 กิโลวัตต์ (60,000 แรงม้า ) ^{[ 31 ]}    

The number, type and location of the propellers depends on the power, draft and intended purpose of the vessel. Smaller icebreakers and icebreaking special purpose ships may be able to do with just one propeller while large polar icebreakers typically need up to three large propellers to absorb all power and deliver enough thrust. Some shallow draught river icebreakers have been built with four propellers in the stern. Nozzles may be used to increase the thrust at lower speeds, but they may become clogged by ice.^[11] Until the 1980s, icebreakers operating regularly in ridged ice fields in the Baltic Sea were fitted with first one and later two bow propellers to create a powerful flush along the hull of the vessel. This considerably increased the icebreaking capability of the vessels by reducing the friction between the hull and the ice, and allowed the icebreakers to penetrate thick ice ridges without ramming. However, the bow propellers are not suitable for polar icebreakers operating in the presence of harder multi-year ice and thus have not been used in the Arctic.^[32]

Azimuth thrusters remove the need of traditional propellers and rudders by having the propellers in steerable gondolas that can rotate 360 degrees around a vertical axis. These thrusters improve propulsion efficiency, icebreaking capability and maneuverability of the vessel. The use of azimuth thrusters also allows a ship to move astern in ice without losing manoeuvrability. This has led to the development of double acting ships, vessels with the stern shaped like an icebreaker's bow and the bow designed for open water performance. In this way, the ship remains economical to operate in open water without compromising its ability to operate in difficult ice conditions. Azimuth thrusters have also made it possible to develop new experimental icebreakers that operate sideways to open a wide channel through ice.

Nuclear-powered

เรือตัดน้ำแข็งพลังไอน้ำกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งในช่วงปลายทศวรรษ 1950 เมื่อสหภาพโซเวียตสั่งต่อเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ลำแรกชื่อเลนินในปี 1959 เรือลำนี้มีระบบขับเคลื่อนแบบนิวเคลียร์-เทอร์โบ-ไฟฟ้า โดยใช้เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ในการผลิตไอน้ำสำหรับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โบซึ่งจะผลิตกระแสไฟฟ้าสำหรับมอเตอร์ขับเคลื่อน ตั้งแต่ปี 1975 เป็นต้นมา รัสเซียได้สั่งต่อ เรือ ตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ชั้นอาร์คติกา จำนวน 6 ลำ สหภาพโซเวียตยังได้สร้างเรือบรรทุกสินค้าตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์ชื่อ เซฟมอร์พุตซึ่งมีเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เพียงเครื่องเดียวและกังหันไอน้ำที่เชื่อมต่อโดยตรงกับเพลาใบพัด ปัจจุบันรัสเซียซึ่งยังคงเป็นผู้ดำเนินการเรือตัดน้ำแข็งพลังงานนิวเคลียร์เพียงรายเดียว กำลังสร้าง เรือตัดน้ำแข็ง โครงการ 22220 ขนาด 60,000 กิโลวัตต์ (80,000 แรงม้า)เพื่อทดแทนเรือ ชั้น อาร์คติกา ที่ล้าสมัย เรือลำแรกของเรือประเภทนี้เข้าประจำการในปี 2020