國外北極地區(qū)裝備技術(shù)發(fā)展動向

藍(lán)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(zhàn)略等方面的價值日益凸顯，逐漸成為國際社會關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其是美俄等北極地區(qū)國家，正大力發(fā)展極地裝備與技術(shù)，全面構(gòu)建極地監(jiān)視、通信及破冰航行能力，以支撐未來北極地區(qū)的戰(zhàn)略競爭及軍事活動。

發(fā)展極地探測技術(shù)，提高北極監(jiān)視能力

美國發(fā)展“極地態(tài)勢感知”技術(shù)，構(gòu)建北極持續(xù)自主監(jiān)視能力。2012年，DARPA啟動“極地態(tài)勢感知”項目，以發(fā)展冰面、冰下態(tài)勢感知技術(shù)。冰下感知采用水下傳感器結(jié)合結(jié)構(gòu)、深度和其他測量法，分析部署區(qū)域冰下環(huán)境的聲傳播、噪聲及非聲特征，用于支撐無人系統(tǒng)追蹤水下目標(biāo)；冰上感知采用冰面浮標(biāo)結(jié)合計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)分析部署區(qū)域的電磁和光學(xué)現(xiàn)象、海冰分布特征及航道信息，用于支撐無人系統(tǒng)在海冰邊緣區(qū)或浮冰區(qū)對水面艦船等移動物體的監(jiān)視。“極地態(tài)勢感知”系統(tǒng)可在30天內(nèi)快速部署于北極地區(qū)，長期存在且無需能源補(bǔ)給，并能通過中繼衛(wèi)星通信系統(tǒng)向遠(yuǎn)程站點(diǎn)發(fā)送感知信息，有望提升美國在極地區(qū)域的自主、持續(xù)監(jiān)視偵察能力。

美國發(fā)展北極移動式觀測技術(shù)，為極區(qū)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(fā)“北極移動式觀測系統(tǒng)”（AMOS），該系統(tǒng)由浮標(biāo)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(huán)境數(shù)據(jù)，并可通過移動式浮標(biāo)基站向中繼衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)信息。AMOS主要用于北極環(huán)境勘測，研究海冰動力學(xué)及熱力學(xué)特性，分析極地水團(tuán)的循環(huán)和演化特征，提高美軍對北極海域物理環(huán)境的科學(xué)認(rèn)識和預(yù)報能力，為極地裝備發(fā)展和極區(qū)軍事活動提供保障。

俄羅斯發(fā)展極地聲學(xué)探測技術(shù)，建立領(lǐng)海安全壁壘。目前，俄羅斯金剛石-安泰公司正在研發(fā)可用于極地海域的新型反潛探測聲吶監(jiān)聽系統(tǒng)。該系統(tǒng)由海基、天基和岸基部分組成：海基系統(tǒng)包括浮標(biāo)和水下傳感器，負(fù)責(zé)采集水下和水面艦艇的數(shù)據(jù)信息；天基衛(wèi)星通信鏈路負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)發(fā)送給岸基數(shù)據(jù)中心；岸基數(shù)據(jù)中心負(fù)責(zé)分析處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分發(fā)給用戶。該系統(tǒng)預(yù)計2017年完成研發(fā)，部署后覆蓋范圍可達(dá)數(shù)百平方千米，可有效限制競爭對手在俄北極領(lǐng)海等關(guān)鍵海域的軍事活動。

發(fā)展極地通信導(dǎo)航技術(shù)，保障極地活動

美國積極發(fā)展極地衛(wèi)星通信技術(shù)。2012年，美國海軍與海軍陸戰(zhàn)隊聯(lián)合開發(fā)“分布式戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)”。該系統(tǒng)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(wèi)星收發(fā)器實現(xiàn)各站點(diǎn)之間的語音、文本及位置信息傳輸。2012年11月，該系統(tǒng)完成極區(qū)環(huán)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(biāo)系統(tǒng)”衛(wèi)星通信系統(tǒng)，共有5顆衛(wèi)星在軌運(yùn)行，采用寬帶碼分多址波形、無線電臺和復(fù)合網(wǎng)絡(luò)管理等技術(shù)，傳輸速率是當(dāng)前衛(wèi)星系統(tǒng)的16倍，覆蓋范圍可達(dá)北緯89.5o。該系統(tǒng)預(yù)計2018年投入使用，將大幅提高美軍在極地環(huán)境中的通信能力。

俄羅斯研發(fā)“北極綜合監(jiān)測系統(tǒng)”，全面保障極地活動。2012年，俄羅斯聯(lián)邦航天局啟動研發(fā)“北極綜合監(jiān)測系統(tǒng)”。該系統(tǒng)是用于北極地區(qū)環(huán)境監(jiān)視及通信的多功能衛(wèi)星系統(tǒng)，由3個子系統(tǒng)組成：一是光電監(jiān)視子系統(tǒng)，由2顆大橢圓軌道衛(wèi)星北極M組成；二是雷達(dá)監(jiān)視子系統(tǒng)，由2顆太陽同步軌道雷達(dá)衛(wèi)星北極R組成；三是中繼通信子系統(tǒng)，由2顆大橢圓軌道中繼通信衛(wèi)星組成，用于北極地區(qū)的政府通信、空中海上航運(yùn)管理和導(dǎo)航信號中繼。該系統(tǒng)于2017年發(fā)射首顆衛(wèi)星，2018年正式啟用。

俄羅斯發(fā)展水下格洛納斯通信導(dǎo)航系統(tǒng)。2016年12月，俄羅斯圣彼得堡海洋設(shè)備公司完成水下格洛納斯通信導(dǎo)航系統(tǒng)研制。該系統(tǒng)由水下、水面移動和冰面固定3種浮標(biāo)構(gòu)成：水下浮標(biāo)由超短波無線電臺、格洛納斯接收機(jī)、信使-D1M衛(wèi)星通訊系統(tǒng)、無人潛航器水下通信系統(tǒng)和電源模塊構(gòu)成；水面移動浮標(biāo)裝在可漂浮保護(hù)殼內(nèi)，帶有備用電源；冰面固定浮標(biāo)裝在隔熱性好、強(qiáng)度高的保溫箱內(nèi)。該系統(tǒng)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(tǒng)為基礎(chǔ)，為無人潛航器等水下作業(yè)平臺提供定位信息，建立水下監(jiān)控信息網(wǎng)絡(luò)，奪取極地水下戰(zhàn)主動權(quán)。

發(fā)展新概念破冰技術(shù)，提升艦船極地通行能力

芬蘭發(fā)展“側(cè)向”破冰技術(shù)，引領(lǐng)破冰船型創(chuàng)新。現(xiàn)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(jìn)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(tǒng)方式開辟出的航道并不是很寬。即便是依靠兩側(cè)壓水艙進(jìn)行左右搖擺進(jìn)行破冰，也無法開辟很寬的航道。而芬蘭阿克北極技術(shù)公司提出“側(cè)向”破冰概念，并設(shè)計出“側(cè)向”破冰船型。該船型的兩個舷側(cè)采用不同形狀設(shè)計，利用多部全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器提供側(cè)向推力，使船體斜向航行，用舷側(cè)破冰，提高破冰寬度。2014年，芬蘭赫爾辛基船廠完成首艘“側(cè)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(jié)航速連續(xù)破1.2米厚的海冰。波羅的海號船體是不對稱的，當(dāng)推進(jìn)器將其調(diào)整為側(cè)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(yè)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(dān)營救和浮油清理任務(wù)。該船型可顯著提高破冰效率，為未來多功能型冰區(qū)艦船發(fā)展提供更多船型選擇，也預(yù)示著冰凍的極地將可能迎來大規(guī)模通航的新時代。

俄羅斯發(fā)展激光破冰技術(shù)，為現(xiàn)役艦船擴(kuò)展冰區(qū)通行能力。2012年，俄羅斯提出激光破冰技術(shù)，目前正在開展激光破冰船建造。激光破冰技術(shù)利用艦載高能激光器切開冰層，以開辟航道。艦載激光器設(shè)計重量小于5噸，工作壽命長達(dá)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(nèi)切割大尺度冰塊，未來激光破冰技術(shù)的實用化將大幅提升現(xiàn)有艦船的冰區(qū)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(tǒng)進(jìn)行測試，該激光系統(tǒng)專門設(shè)計用于輔助艦船在北冰洋環(huán)境下航行，其未來目標(biāo)是研制200千瓦艦載激光器用于冰層切割。

而在建的8500噸級的伊萬·帕潘寧級破冰巡邏艦除了像戰(zhàn)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(xué)家透漏稱，新的激光系統(tǒng)被設(shè)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(jìn)行必要的經(jīng)驗計算測試，創(chuàng)建系統(tǒng)，評估能量消耗和計算其他參數(shù)。該級破冰巡邏艦將加入俄羅斯現(xiàn)有40艘破冰船序列。

結(jié) 語

美俄積極發(fā)展極地衛(wèi)星系統(tǒng)，探索低能耗、抗低溫的無人系統(tǒng)及傳感器技術(shù)，用于實現(xiàn)對極地冰區(qū)環(huán)境及作戰(zhàn)空間的持續(xù)監(jiān)視，并為極地裝備提供通信導(dǎo)航保障。我國應(yīng)及早意識到未來在北極地區(qū)來自美俄的威脅，可從以下幾方面合理規(guī)劃布局極地裝備技術(shù)發(fā)展，構(gòu)建新能力，應(yīng)對未來極地戰(zhàn)略競爭與軍事對抗。一是構(gòu)建我國對北極地區(qū)的氣候及環(huán)境的認(rèn)知能力，掌握各國極地軍事行動。二是強(qiáng)化極地通信導(dǎo)航能力，用于保障我國極地交通運(yùn)輸、科學(xué)考察、軍事活動的安全性和高效性。三是提升艦船冰區(qū)通行能力，保障極地資源開采及航運(yùn)，構(gòu)建冰區(qū)水面軍事力量，提升極地作戰(zhàn)能力。四是發(fā)展新型無人系統(tǒng)，利用其成本低、易部署、可長期運(yùn)行等特點(diǎn)，構(gòu)建持久自主的極地態(tài)勢感知能力，強(qiáng)化極地存在。