國外深海前沿裝備技術發展簡析
深海具有戰略縱深、便於充分利用廣闊的戰場空間布放各種平台、感測器、無人潛航器充電站等裝備；深海聲道軸、可靠聲學路徑等深海通路、信道具有先天的探測、通信優勢；深海環境穩定，不似淺海區域背景雜訊大，混響嚴重，可使裝備穩定的發揮最大的作戰效能。鑒於此，深海將成為世界軍事強國爭奪制海權的前沿陣地。近年來深海領域的前沿裝備技術發展活躍，尤其是美國，取得了豐碩成果。
一、深海電子信息系統技術發展現狀
深海電子信息系統技術主要包括深海探測技術、深海通信技術、深海定位導航技術等。國外根據對深海探測、深海通信、深海定位導航的軍事需求，力求發展前沿顛覆性技術以彌補現有技術的不足，提升軍事能力。
（一）深海探測裝備技術發展現狀
1、背景
近年來，先進的安靜型潛艇廣泛應用主被動降噪技術，低速航行時的輻射雜訊接近甚至低于海洋環境雜訊水平；無人潛航器等新興水下平台數量多、體積小、航速低、雜訊小，未來將大量裝備，在廣闊海洋中執行各種作戰任務。在水下戰中，探測是至關重要的環節，但淺水環境時變、空變性強，受浪、流、溫、海上交通、水中生物影響嚴重，且缺少縱深，混響嚴重，探測性能不佳。深海乾擾少、空間廣闊、聲道探測性能好，深海探測技術為解決潛艇、無人潛航器的探測提供了新的技術途徑。
2、發展重點
2007年美海軍開始研發「深海主動探測系統」（DWADS），是由水面浮標、聲源、體積陣組成的無人值守探測系統，通過水麵艦布放，一套系統探測近1萬平方公里的海域，多套系統組網，可大範圍探測往來的潛艇。2007年該系統啟動研發工作，2009年完成樣機海試，2011年完成升級版海試，目前作為向型號轉化的備選方案。
圖1 深海主動探測系統工作示意圖
2010年美國國防高級研究計劃局（DARPA）開始研發「獵潛系統」（SHARK），是數十個無人潛航器攜帶聲納等感測器組成的深海探潛網路。該網路水面艦布放，採用自下向上的探測方式，避開了艦艇聲納橫向探測常遇到的因海底和海面聲波折射造成的目標模糊問題；還具有較好的機動性，單個無人潛航器探測直徑可達55-75千米，數十個組網可探測大面積水域，為航母打擊群等高價值裝備掃清海底威脅。2010年該項目啟動，2013年完成無人潛航器大潛深試驗，2016年進行海試並完成研發工作。
圖2 獵潛系統無人潛航器探測示意圖
2013年美國國防高級研究計劃局開始研發「深海上浮式有效載荷」，由運載器、有效載荷、通信系統等組成，水面艦布放，預置水下4千米，可在海中待機5年，需要時遠程喚醒，快速釋放無人機、感測器、導彈等載荷執行探測、打擊任務。2016年6月完成運載器測試，按計劃2017年完成研製，雖未見報道，但2018年已停止研發經費撥付。
（二）深海通信裝備技術發展現狀
1、背景
未來水下作戰模式中，將形成海-空-天一體化協同作戰網路。目前，水上部分使用高速、寬頻的電磁通信技術，已實現聯合作戰，重點突破對象為水下各平台、感測器之間，水面、水下跨域的通信問題，以實現水下潛艇、無人潛航器、感測器陣列等節點之間順暢的信息傳輸。在此背景下，潛艇需要在深海巡航狀態下與其他潛艇、無人潛航器、水面艦、飛機、天基衛星實現安全隱蔽的通信，深海作戰的無人潛航器也需要與其他水下平台、水上指控中心進行安全隱蔽的通信，深海預置平台也需要有效可靠的通信技術進行喚醒。
2、發展重點
2007年美國開始研發「巡航狀態下潛艇雙向通信」技術，主要是應用浮力電纜天線、通信浮標組建通信鏈路實現巡航狀態下潛艇的雙向通信。該項目有三個階段，第一階段研發浮力電纜天線和「深海汽笛」戰術尋呼浮標，實現潛艇與水面艦之間進行雙向數據交換；第二階段研發非系留的聲學到無線電信號網關浮標、兩種由潛艇發射的系留浮標，提高雙向通信的數據傳輸速率；第三階段進一步改善系統通信能力，提高對特種作戰部隊的任務保障，加強全世界範圍內的尋呼能力。該項目2007年啟動，同年12月，美海軍成功完成高頻互聯網協議系統試驗，驗證了浮力電纜天線，2011年4月，「深海汽笛」戰術尋呼浮標水聲通信系統完成北極冰層下與外界的通信試驗。根據研發計劃2015年完成研發工作，但未見報道。
圖3 「深海汽笛」系統部署過程
2016年，美國高級研究計劃局啟動「機械天線」項目，主要是研發適用於無人潛航器的小型電磁發射機。不同於傳統發射機，該發射機由帶有強電場或強磁場的特殊材料的機械振動產生電磁波，比如利用磁棒按特定速率反覆移動產生甚低頻/超低頻信號，採用功率射頻電路、匹配網路、機械振動驅動、電磁波發射材料、天線結構、熱管理組件、封裝與加固結構等技術，在目標頻帶產生電磁波，並將原始數據調製到射頻載波上。2017年8月陸續向6家承包商授予合同啟動第一階段的研發工作，預計2019年第一季度完成第一階段。
圖4 「機械天線」發射機原理示意圖
（三）深海導航裝備技術發展現狀
1、背景
由於水下電磁波衰減嚴重，不能依靠GPS進行導航，水下平台通常靠昂貴的慣導單元等水下感測器獲得定位導航信息，但隨著時間的積累會產生誤差，需要定期上浮接收GPS信號進行修正，既影響了水下平台執行任務的效率，又容易暴露自身。深海導航問題仍然是水下平台所面臨的主要技術挑戰之一，目前主要發展方向之一為深海不依賴GPS的連續高精度導航技術。
2、發展重點
2016年，美國國防高級研究計劃局開始研發「深海定位導航系統」，通過在深海海底布放少量聲源，使潛艇和無人潛航器等水下平台獲得連續高精度的水下導航信息，不需要定期上浮，充分保證了自身的安全性和執行任務的高效性。2016年授予BAE公司第一階段合同，2017年報道稱正在進行第一階段的研發工作。俄羅斯報道稱，也在開展相關技術的研究攻關工作，未來將應用於水下導航。
二、深海動力能源技術發展現狀
（一）背景
動力與能源技術是深海裝備發展的保障性技術，世界各國主要研發適用於深海無人潛航器的前沿動力與能源技術。目前無人潛航器多使用蓄電池為主要動力形式，續航力約10～40小時，難以滿足水下作戰對續航力的要求。為適應長期情報監視偵察或作戰，需研髮長續航力、高可靠性的系統，將水下續航力提高至幾天甚至幾周。此外，為進一步提高無人潛航器水下續航力，擴大其部署範圍，國外還在探索水下充電技術，在無需回收的情況下，為其補充電能。
（二）發展重點
2011年，美海軍正式啟動大排水量無人潛航器燃料電池創新性海軍樣機項目，發展容量達1.8兆瓦時的燃料電池，峰值功率為37.5千瓦，巡航功率700瓦，希望將無人潛航器的續航力延長至70天。2011年開始研發工作，預計2018年開展水下試驗。
美海軍也啟動了「前沿部署能源與通信基地」項目，設想在3000米左右深度的海底布設一定數量的能源補給點，連線可綿延數百千米，壽命超過20年。潛航器在這條線執行任務就如同汽車在高速公路上行駛，能源補給點則如同加油站，潛航器可以在補給點補充能源並中轉數據，保障了水下長航時、遠航程作業。2015年項目正式進入美國海軍樣機項目，目前正處於研發階段。俄羅斯也在研發水下核能充電站，為北極地區的無人潛航器提供能源補給。
三、深海裝備材料技術發展現狀
深海裝備材料技術是深海裝備不斷跨越的技術先導，是人類進行深海探索必須首先解決的關鍵問題。隨著各國深海探索的不斷深入，深海空間站、深海潛器等裝備設施對相關材料，包括各種結構材料、先進浮力材料等的要求也在逐步提高，這種要求反過來也促進了深海材料的不斷發展。
（一）耐壓殼體材料發展現狀
1、背景
耐壓殼體是深海裝備中不可或缺的重要組成部分，它不僅是載人裝備上唯一能保護人員安全的裝置，也是各種潛器中電子設備及相機等正常工作所必須的「防護罩」。深海裝備在海底作業時不僅需抵抗海水腐蝕及應力腐蝕，還必須承受載荷對結構的考驗及深海環境的高壓強（在6500米深處壓強約為680MPa）。
2、發展重點
美國「海神」號深潛器可潛11000米深，耐壓殼體的材料選用氧化鋁陶瓷。「海神」號有大小兩種耐壓殼，均採用氧化鋁陶瓷/鈦合金建造。其中，氧化鋁陶瓷佔96%，是殼體的主要構成材料，鈦合金環起到連接兩個陶瓷殼體分段的作用（在使用時採用高強度的環氧膠粘合到陶瓷上）。這樣設計的耐壓殼在水中的重量要比採用純鈦合金製造的耐壓殼輕331千克。
圖5 安裝到「海神」號上的耐壓殼主殼體
日本「深海6500」載人潛器下潛深度可達6500米，耐壓殼體為球形，採用鈦合金（Ti-6Al4V-ELI）建造，內徑2米，殼厚73.5毫米，艙內能容納兩名操作員及一名研究人員。
俄羅斯是當前採用鋼作為載人深海潛器耐壓殼材料的唯一國家，其兩艘「和平」號載人深潛器最大潛深均為6000米。耐壓殼球體內徑為2.1米，壁厚50毫米，可容納1名操作員及2名觀察員。該球體採用超硬馬氏體時效鋼合金建造，這種合金含有30%的鈷，此外還含有鎳、鉻、鈦等合金元素，其強度/重量比要比鈦合金高10%。球體是用鑄造和機加工獲得的半球體經過螺栓連接而成的，這樣避免了焊接接頭。該球體的密度與水的密度相近，使得該型潛器能夠在不同的深度更靈活地移動。
（二）高強度固體浮力材料發展現狀
1、背景
高強度固體浮力材料是發展現代深潛技術的重要組成部分，對保證潛器尤其是大潛深潛器所必須的浮力，提高潛器的有效載荷，減少其外型尺寸，提高潛器水下安全運動性能具有重要作用。好的固體浮力材料必須同時具備耐壓強度高、密度小、吸水率低的特性。目前在深海裝備上使用的高強度固體浮力材料主要為低密度、高強度的多孔結構材料，屬複合材料的範疇。
2、發展重點
美國「海神」號上的浮力主要由1670個小的無縫陶瓷浮力球提供，浮力球外徑為91毫米，所用材料為99.9%氧化鋁陶瓷，提供的儲備浮力為45千克。每個小球的外面都包覆有5毫米厚的聚氯乙烯（PVC）材料來提供抗衝擊防護，此外這層「外衣」還能提供19克的凈浮力。每個小球在11000米深處能產生的浮力是306克。
日本的「深海6500」載人潛器在浮力材料上選用了複合泡沫塑料，其比重僅為0.54，幾乎與「深海2000」上的浮力材料比重相同，但破裂強度是後者的兩倍。該浮力材料是將兩種不同大小的中空玻璃微球（小球的直徑大約為40-44微米之間，大的中空微球的直徑約為88-105微米之間）添加到高強度的環氧樹脂中得到的，因而在實現高強度的同時獲得了較理想的比重。
四、小結
新時期、海上力量發生新的變化，世界各國均作出相應的戰略調整，也更加註重深海空間的爭奪。美海軍戰略正在從「由海向陸」轉向「制海和由海向陸並重」，在探測、通信、導航、能源動力、材料等多個前沿技術領域開展了大量研究工作，通過創新的方式推動單向技術的進步，並全方位合理布局未來作戰所需的技術，以提高作戰效能。歐洲各國也較為重視深海空間的利用和開發，在深海領域取得了一定成果，但與美國還存在差距，發展的還不夠充分，涉及的裝備技術領域也不夠全面。
信息來源：藍海星智庫 王曉靜 馬曉晨 方楠
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