國外北極地區裝備技術發展動向

藍海星 王國亮 魏博宇

在全球氣候變暖的影響下，北極冰蓋日益消融，北極在資源、交通及地緣戰略等方面的價值日益凸顯，逐漸成為國際社會關注的焦點，尤其是美俄等北極地區國家，正大力發展極地裝備與技術，全面構建極地監視、通信及破冰航行能力，以支撐未來北極地區的戰略競爭及軍事活動。

發展極地探測技術，提高北極監視能力

美國發展“極地態勢感知”技術，構建北極持續自主監視能力。2012年，DARPA啟動“極地態勢感知”項目，以發展冰面、冰下態勢感知技術。冰下感知采用水下傳感器結合結構、深度和其他測量法，分析部署區域冰下環境的聲傳播、噪聲及非聲特征，用于支撐無人系統追蹤水下目標;冰上感知采用冰面浮標結合計算機網絡、大數據等新技術分析部署區域的電磁和光學現象、海冰分布特征及航道信息，用于支撐無人系統在海冰邊緣區或浮冰區對水面艦船等移動物體的監視。“極地態勢感知”系統可在30天內快速部署于北極地區，長期存在且無需能源補給，并能通過中繼衛星通信系統向遠程站點發送感知信息，有望提升美國在極地區域的自主、持續監視偵察能力。

美國發展北極移動式觀測技術，為極區軍事活動提供保障。美國海軍研究署擬在2017財年—2021財年開發“北極移動式觀測系統”（AMOS），該系統由浮標基站、無人潛航器、波浪滑翔者及多種傳感器組成，傳感器具有低能耗、抗低溫特性，能長期自主收集環境數據，并可通過移動式浮標基站向中繼衛星系統傳輸數據信息。AMOS主要用于北極環境勘測，研究海冰動力學及熱力學特性，分析極地水團的循環和演化特征，提高美軍對北極海域物理環境的科學認識和預報能力，為極地裝備發展和極區軍事活動提供保障。

俄羅斯發展極地聲學探測技術，建立領海安全壁壘。目前，俄羅斯金剛石-安泰公司正在研發可用于極地海域的新型反潛探測聲吶監聽系統。該系統由海基、天基和岸基部分組成：海基系統包括浮標和水下傳感器，負責采集水下和水面艦艇的數據信息;天基衛星通信鏈路負責將數據發送給岸基數據中心;岸基數據中心負責分析處理數據，并將數據分發給用戶。該系統預計2017年完成研發，部署后覆蓋范圍可達數百平方千米，可有效限制競爭對手在俄北極領海等關鍵海域的軍事活動。

發展極地通信導航技術，保障極地活動

美國積極發展極地衛星通信技術。2012年，美國海軍與海軍陸戰隊聯合開發“分布式戰術通信系統”。該系統通過由66顆銥星組成的星座提供可靠的通信連接，并利用手持式衛星收發器實現各站點之間的語音、文本及位置信息傳輸。2012年11月，該系統完成極區環境驗證并投入使用，為美軍提供極地超視距、全天候移動通信能力。

洛克希德·馬丁公司為美國海軍研制了“移動用戶目標系統”衛星通信系統，共有5顆衛星在軌運行，采用寬帶碼分多址波形、無線電臺和復合網絡管理等技術，傳輸速率是當前衛星系統的16倍，覆蓋范圍可達北緯89.5o。該系統預計2018年投入使用，將大幅提高美軍在極地環境中的通信能力。

俄羅斯研發“北極綜合監測系統”，全面保障極地活動。2012年，俄羅斯聯邦航天局啟動研發“北極綜合監測系統”。該系統是用于北極地區環境監視及通信的多功能衛星系統，由3個子系統組成：一是光電監視子系統，由2顆大橢圓軌道衛星北極M組成;二是雷達監視子系統，由2顆太陽同步軌道雷達衛星北極R組成;三是中繼通信子系統，由2顆大橢圓軌道中繼通信衛星組成，用于北極地區的政府通信、空中海上航運管理和導航信號中繼。該系統于2017年發射首顆衛星，2018年正式啟用。

俄羅斯有望以水下格洛納斯通信導航系統為基礎，建立水下監控信息網絡

俄羅斯發展水下格洛納斯通信導航系統。2016年12月，俄羅斯圣彼得堡海洋設備公司完成水下格洛納斯通信導航系統研制。該系統由水下、水面移動和冰面固定3種浮標構成：水下浮標由超短波無線電臺、格洛納斯接收機、信使-D1M衛星通訊系統、無人潛航器水下通信系統和電源模塊構成;水面移動浮標裝在可漂浮保護殼內，帶有備用電源;冰面固定浮標裝在隔熱性好、強度高的保溫箱內。該系統能在北極冰蓋下工作，為無人潛航器等提供毫米級定位能力，并與空中、水面和岸上控制中心實時交換信息。俄羅斯有望以該系統為基礎，為無人潛航器等水下作業平臺提供定位信息，建立水下監控信息網絡，奪取極地水下戰主動權。

發展新概念破冰技術，提升艦船極地通行能力

芬蘭發展“側向”破冰技術，引領破冰船型創新。現有的破冰船大都是用船頭破冰，一般常采用兩種破冰方式：在冰層較薄的情況下，依賴大馬力的推進裝置配合，利用船首破切冰層;若是遇上較厚的冰層，就會采用重力破冰法，即在船尾壓水艙注水使船頭抬高，沖上冰層后再排空船尾壓水艙，注滿船首壓水艙，依靠自身重量壓碎冰面。相比較而言，由于破冰船本身尺寸的限制，用這種傳統方式開辟出的航道并不是很寬。即便是依靠兩側壓水艙進行左右搖擺進行破冰，也無法開辟很寬的航道。而芬蘭阿克北極技術公司提出“側向”破冰概念，并設計出“側向”破冰船型。該船型的兩個舷側采用不同形狀設計，利用多部全回轉推進器提供側向推力，使船體斜向航行，用舷側破冰，提高破冰寬度。2014年，芬蘭赫爾辛基船廠完成首艘“側向”破冰船波羅的海號建造并交付俄羅斯，2015年該船在喀拉海完成破冰能力驗證，其能以3節航速連續破1.2米厚的海冰。波羅的海號船體是不對稱的，當推進器將其調整為側傾角度，就變成了一把巨大的刀子，可在冰層中開辟出寬約70米的道路，不僅能夠作為專業的破冰船在極地航行時為船隊開辟航道，還能在緊急時刻承擔營救和浮油清理任務。該船型可顯著提高破冰效率，為未來多功能型冰區艦船發展提供更多船型選擇，也預示著冰凍的極地將可能迎來大規模通航的新時代。

俄羅斯發展激光破冰技術，為現役艦船擴展冰區通行能力。2012年，俄羅斯提出激光破冰技術，目前正在開展激光破冰船建造。激光破冰技術利用艦載高能激光器切開冰層，以開辟航道。艦載激光器設計重量小于5噸，工作壽命長達1萬小時，功率小于0.2兆瓦，可擊穿2米厚的冰層。目前，研究人員已利用長波激光束克服了冰面的反射作用，并可在實驗室內切割大尺度冰塊，未來激光破冰技術的實用化將大幅提升現有艦船的冰區通行能力。

2017年底，研究人員在一艘目前在白海海域工作的柴油動力破冰船Dixon號上對30千瓦艦載激光系統進行測試，該激光系統專門設計用于輔助艦船在北冰洋環境下航行，其未來目標是研制200千瓦艦載激光器用于冰層切割。

洛克希德·馬丁公司為美國海軍研制了“移動用戶目標系統”衛星通信系統

而在建的8500噸級的伊萬·帕潘寧級破冰巡邏艦除了像戰艦一樣擁有武器外，還將安裝大功率激光，用于切割冰層。俄羅斯物理學家透漏稱，新的激光系統被設計為激光切割器，而不是一種武器。目前研究討論的是如何盡可能的幫助船舶在北方海域航行。第一階段的主要工作是進行必要的經驗計算測試，創建系統，評估能量消耗和計算其他參數。該級破冰巡邏艦將加入俄羅斯現有40艘破冰船序列。

結 語

美俄積極發展極地衛星系統，探索低能耗、抗低溫的無人系統及傳感器技術，用于實現對極地冰區環境及作戰空間的持續監視，并為極地裝備提供通信導航保障。我國應及早意識到未來在北極地區來自美俄的威脅，可從以下幾方面合理規劃布局極地裝備技術發展，構建新能力，應對未來極地戰略競爭與軍事對抗。一是構建我國對北極地區的氣候及環境的認知能力，掌握各國極地軍事行動。二是強化極地通信導航能力，用于保障我國極地交通運輸、科學考察、軍事活動的安全性和高效性。三是提升艦船冰區通行能力，保障極地資源開采及航運，構建冰區水面軍事力量，提升極地作戰能力。四是發展新型無人系統，利用其成本低、易部署、可長期運行等特點，構建持久自主的極地態勢感知能力，強化極地存在。

目前現有的破冰船大都是用船頭破冰

責任編輯：張傳良