方 勇

聚焦海洋制勝 海軍項目縱覽

方 勇

2017年5月17日，美國海軍作戰(zhàn)部長約翰·理查德森簽發(fā)了《未來海軍》白皮書。白皮書中指出，面對嚴峻的挑戰(zhàn)，美海軍將連同美軍其他軍種、合作伙伴以及盟國做好準備來應(yīng)對不斷變化的競爭環(huán)境和競爭對手。復(fù)雜性和節(jié)奏對于快速響應(yīng)能力非常重要，在這方面海軍通過前沿軍事存在以及在國際水域的自由行動已經(jīng)有所建樹。美海軍及其他相關(guān)機構(gòu)在過去一年就未來海軍艦隊開展了多項研究，得出了一致結(jié)論：美國需要一支強大的海軍，艦船規(guī)模約為350艘；還需要采用新型技術(shù)和新型作戰(zhàn)概念。美國海軍在美國國防部實驗室日的展示正透露著這些應(yīng)對未來威脅的舉措。

海軍研究實驗室重點展示了電子戰(zhàn)與通信、定向能武器、醫(yī)療等領(lǐng)域的技術(shù)進展。

電子戰(zhàn)與通信

自適應(yīng)及可重構(gòu)射頻技術(shù) 鑒于海軍平臺從射頻到毫米波系統(tǒng)頻譜使用概率日益提高，加之 假想敵在這些頻率范圍對抗能力日益增強，未來海軍的無線電收發(fā)機在使用電磁頻譜時必須具備很強的機動性及抗干擾能力。維持電磁頻譜持續(xù)優(yōu)勢要求無線電收發(fā)機具備在各種運行模式下的快速切換能力，同時減輕共址及對抗性干擾。

為實現(xiàn)這一目標，海軍研究實驗室正在為未來海軍系統(tǒng)研發(fā)新的轉(zhuǎn)換器、限制器及濾波器技術(shù)。這些轉(zhuǎn)換器使用基于硫族化物的相變材料，此類材料能在非晶相和晶相之間實現(xiàn)熱驅(qū)動、可逆和非易失性轉(zhuǎn)變，顯著改變材料電子及光學(xué)特性。

這些轉(zhuǎn)換器可以在低溫、毫米波頻率范圍工作，具備在輻射環(huán)境下性能不易降低的特點。此外，海軍研究實驗室正在研發(fā)相關(guān)技術(shù)，協(xié)同設(shè)計濾波器及模擬電子器件。這些技術(shù)能促成可重新配置濾波器及多路復(fù)用器，可自主應(yīng)對干擾，無需任何控制信號或?qū)︻l譜進行數(shù)字化處理，使未來的無線電收發(fā)機能在對抗性頻譜環(huán)境下更優(yōu)化地運行。

自適應(yīng)及可重新配置射頻技術(shù)

超寬帶相控陣天線

低成本超寬帶相控陣天線 超寬帶相控陣天線能通過使用創(chuàng)新性低成本、高性能組件，顯著節(jié)約成本。其他優(yōu)點還包括：節(jié)省艦船建造成本、維持跟蹤低高度可觀測物體的穩(wěn)定性、降低艦船目標特征信號等。

無人機多輸入多輸出毫米波機載雷達 該雷達采用一種為低成本無人機三維感知而進行優(yōu)化的不規(guī)則陣列天線拓撲結(jié)構(gòu)。該天線陣列包含相對較少數(shù)量的傳輸和接收子陣列，不同陣列的尺寸差距較大。這些陣列天線能夠在維持足夠掃描能力的同時，具備全向高增益特性。同時，可用于無人機目標識別、感知與歸避、末段導(dǎo)航、地面?zhèn)刹斓取?/p>

塵埃等離子體 塵埃等離子體是一種帶電塵埃顆粒，天然存在于大氣層中間層，能改進高超聲速、再入飛行器及GPS導(dǎo)航能力。針對高超聲速飛行器及再入飛行器再入大氣層、進入“黑障”區(qū)后通信中斷問題，動態(tài)的塵埃等離子體有潛力為高超聲速及再入飛行器開辟中斷的通信渠道，也有助于理解3D打印過程中的電中和問題。

納衛(wèi)星的快速研發(fā)、集成和測試 納衛(wèi)星長不到0.3米，重不足11.34千克。最常見的一種形式是立方體衛(wèi)星。立方體衛(wèi)星的每個邊長10厘米，重量不足1千克。這種大小的立方體衛(wèi)星稱為一個單位或“1U”，研究人員還研發(fā)出了更大版本。目前最常見的是“3U”版本，許多機構(gòu)正在建造6U甚至更大的立方體衛(wèi)星。

在較大衛(wèi)星任務(wù)有備用空間時，納衛(wèi)星會被發(fā)射進入軌道，這與搭乘有空余位置的航班情況類似。一旦負責(zé)主要太空任務(wù)的載荷與運載火箭分離，納衛(wèi)星就會從一個裝有彈簧的發(fā)射筒中彈出部署。2013年和2014年，美國共發(fā)射100多顆納米衛(wèi)星，學(xué)術(shù)、商業(yè)和軍事機構(gòu)正在研發(fā)數(shù)以百計的納米衛(wèi)星。

美國太空與海戰(zhàn)系統(tǒng)中心太平洋分部正在開發(fā)一種名為“納米衛(wèi)星測試和集成加速能力”的納米衛(wèi)星集成能力，將納米衛(wèi)星總線與軍用專用保密有效載荷集成，為作戰(zhàn)人員提供快速響應(yīng)的太空能力，應(yīng)對太空領(lǐng)域日益嚴重的信息優(yōu)勢威脅。

定向能武器技術(shù)

高能激光武器 高能激光武器是一種毀傷機制迥異于傳統(tǒng)動能武器的新興武器。既可以為海軍平臺對抗很多水面、空中威脅、未來反艦巡航導(dǎo)彈及小艇集群，提供高效、經(jīng)濟可承受的防御能力；也可以在對抗高密度、低價值目標方面，為造價高昂的導(dǎo)彈提供有效補充。2014年9月，美國海軍首次在龐塞號驅(qū)逐艦上部署海上激光武器系統(tǒng)（LaWs）樣機。LaWs采用新一代光纖激光器作為主光源，由6套非相干光束合成，功率達33千瓦。在LaWs樣機的基礎(chǔ)上，美國海軍正在開展高功率固體激光武器樣機項目研究工作，旨在開發(fā)150千瓦功率、可裝備于多種水面艦艇的激光武器。該高功率固體激光武器將安裝在現(xiàn)役阿利·伯克級驅(qū)逐艦上進行試驗。

美國海軍電磁軌道炮樣機

海軍電磁導(dǎo)軌炮 電磁導(dǎo)軌炮是一種利用電取代化學(xué)推進劑的遠程射彈發(fā)射武器。高電流產(chǎn)生的磁場會加速兩根鋼軌之間的滑動金屬導(dǎo)體或者電樞，以7200千米/小時的速度發(fā)射射彈。美國海軍2001年啟動電磁導(dǎo)軌炮項目第一階段研究，2005年啟動電磁軌道炮“創(chuàng)新性海軍原型”項目。2010年底，90毫米電磁導(dǎo)軌炮實驗室樣炮試射了10.4千克重的長方形鋼制彈丸，彈丸初速2500米/秒，炮口動能33兆焦，實現(xiàn)了預(yù)期目標。2012年，兩門實驗室單發(fā)電磁導(dǎo)軌炮樣炮通過射擊試驗，如期完成海軍電磁導(dǎo)軌炮項目第一階段研制工作。2013年開始，海軍電磁導(dǎo)軌炮項目研制進入第二階段。2014年7月初，兩門樣炮裝在艦艇上進行了展示。目前，電磁導(dǎo)軌炮要實現(xiàn)工程化應(yīng)用還需攻克以下關(guān)鍵技術(shù)：可重復(fù)發(fā)射的發(fā)射裝置，高強度、耐腐蝕的導(dǎo)軌技術(shù)，先進能源系統(tǒng)及可快速充電、能支持重復(fù)發(fā)射的小型化脈沖電源技術(shù)，抗高過載彈丸技術(shù)與抗燒蝕電樞等。

生化防御與醫(yī)療領(lǐng)域

生物防御研究局機動實驗室自1991年以來，美海軍醫(yī)療研究中心生物防御研究局機動實驗室的科學(xué)家們一直在尋求生化襲擊時保護軍事人員的方法。生物防御研究局機動實驗室團隊成員領(lǐng)導(dǎo)著手持式檢測、分子診斷和驗證性因素分析等探測領(lǐng)域。實驗室成功研制出可在戰(zhàn)場上進行分子檢測的首個機動式實驗室。

這種獨特的實驗室支持軍事人員快速執(zhí)行驗證性實驗，檢測當前是否存在生物制劑。便攜式實驗室曾在“沙漠風(fēng)暴”和“沙漠盾牌”行動中部署，“伊拉克自由”行動中也曾部署過類似的設(shè)備。便攜式實驗室重量約為450千克，需要配置3名工作人員。實驗室可搬到商業(yè)航班上工作，只需要汽油和機油即可運轉(zhuǎn)。這種便攜式實驗室所能容納的儲備足以檢測150個樣品的聚合酶鏈反應(yīng)和酶聯(lián)免疫吸附測定。實驗室還配置了針對人員、發(fā)電機、冰箱、現(xiàn)場照明和現(xiàn)場不間斷電源的防護裝置。生物防御研究局機動實驗室的研究人員研發(fā)了小型手持式檢測分析儀，可在15分鐘內(nèi)鑒別炭疽病等常見的生物威脅。這些檢測被生物防衛(wèi)聯(lián)合方案辦公室選定為在戰(zhàn)場上鑒定生物恐怖制劑的標準檢測。

他們還研發(fā)了基于實時聚合酶鏈反應(yīng)診斷的確認檢測，這些確認檢測以特定生物制劑DNA序列為基礎(chǔ)。確認檢測的最后步驟是最終結(jié)果檢測，可事后在美海軍醫(yī)療研究中心完成檢測。

量化輕度創(chuàng)傷性腦損傷 為理解爆炸作戰(zhàn)環(huán)境，改進培訓(xùn)方案，降低“輕度創(chuàng)傷性腦損傷”的醫(yī)療成本，并量化導(dǎo)致細胞變化和輕度創(chuàng)傷性腦損傷的爆炸特性，海軍研究實驗室一直在開發(fā)將細胞培養(yǎng)物暴露在真實和模擬爆炸和沖擊環(huán)境下的方法。本研究的最終目的是，設(shè)計和制造出可保護各種戰(zhàn)區(qū)作戰(zhàn)人員的可移動、輕量和舒適的頭盔。

探測與跟蹤

生物防御研究局機動實驗室

戴著頭盔的人頭替代品

聯(lián)合軍種爆炸物處理無人系統(tǒng)海軍遠征任務(wù)項目管理辦公室正在開展一系列聯(lián)合軍種爆炸物處理無人系統(tǒng)項目?！氨銛y式機器人系統(tǒng)”項目自2006年以來已向戰(zhàn)區(qū)部署了3000多套系統(tǒng)。世界各地的聯(lián)合軍種爆炸物處理部隊已經(jīng)在執(zhí)行爆炸物處理任務(wù)中廣泛使用這些系統(tǒng)。作為該項目的一部分部署的無人地面車輛派克波特機器人和魔爪機器人，為聯(lián)合軍種爆炸物處理操作人員提供了在安全距離進行爆炸物處理的能力。魔爪機器人的危險品探測組件可搭配多種檢測設(shè)備，如用于探測深埋在地表下爆炸物的探地雷達，這種運用新探測原理的雷達能減少一般磁探儀過高的虛警率，并可對地下目標和介質(zhì)結(jié)構(gòu)進行成像。在發(fā)現(xiàn)可疑物品后，魔爪機器人的強化機械臂便可采取行動。以最新的魔爪-4型工程機器人為例，其機械臂與車體連接軸可全向轉(zhuǎn)動，機械臂最長可伸至2.14米外，最大可舉起33千克的重物，機械臂前端的機械爪可抓握直徑不超過15.75厘米的物體，最大握力達530牛。自部署以來，派克波特和魔爪機器人已經(jīng)接受過若干次升級和改裝。未來，“先進爆炸物處理機器人系統(tǒng)”項目將部署一個基于通用體系結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)族，促進系統(tǒng)譜系內(nèi)各型武器系統(tǒng)之間的互操作性，以及先進爆炸物處理機器人系統(tǒng)平臺與新興無人系統(tǒng)能力的快速研發(fā)與集成。

光學(xué)標記、追蹤和定位技術(shù)美海軍研究實驗室研制了追蹤機動車輛/物體的新型光學(xué)標記系統(tǒng)材料，以及在混亂環(huán)境中定位標記物體的材料。標簽材料是無源的（不會發(fā)射電子信號或者光學(xué)信號），可用于透明、彩色涂層或經(jīng)過處理后肉眼不可見，但是容易被可視區(qū)域之外的特殊相機檢測到。 其技術(shù)原理是以差別吸收與反射為基礎(chǔ)：這些標簽帶有窄帶光譜特征，因而在超出人眼敏感度的區(qū)域具有明顯特征。雖然可以被光譜檢測到，但是對肉眼是不可見的。除此之外還形成了獨特的光譜條碼，以區(qū)分單個場景內(nèi)的多個目標。光學(xué)標記、追蹤和定位技術(shù)對于在復(fù)雜環(huán)境中作戰(zhàn)至關(guān)重要，可用于遠距離識別目標、在混亂環(huán)境中區(qū)分敵軍與友軍，以減少誤傷友軍事件，提高態(tài)勢感知能力，減少完成搜救任務(wù)所需的時間。

材料技術(shù)

透明仿生裝甲 海軍研究實驗室研制出一種透明的熱塑性彈性體裝甲。該裝甲的防護效能提升25%，可抵御7.62毫米槍彈，具備抗多次打擊能力。該透明裝甲可在增強對作戰(zhàn)人員防護的同時，進一步減輕負荷，提升生存能力、機動性及運輸能力。目前，海軍研究實驗室已在透明裝甲研究方面做了大量研究，包括熱塑性彈性體透明裝甲以及尖晶石陶瓷制品等。其中，熱塑性彈性體通過物理方法而非化學(xué)方法使柔軟的橡膠聚合物固化而形成，而固化過程是可逆的，因此能夠就地修復(fù)受損裝甲表面。研究人員稱，在高于軟化點的溫度（100℃左右）加熱受損裝甲，融化小的晶體使斷裂表面融合并通過擴散實現(xiàn)重組。這個過程的完成需要有一個諸如烙鐵的熱金屬板作為模板，使新形成的表面成為一個光滑平整的薄板。美國海軍研究實驗室利用熱壓將尖晶石加工為類似平板的透明裝甲。在實驗室中，研究團隊制作出直徑約20.3厘米的光學(xué)平板，下一步將把這項技術(shù)授權(quán)給一家公司，該公司能將其擴展成更大的平板，直徑可達約76.2厘米左右。

責(zé)任編輯：彭振忠

光學(xué)標記、追蹤和定位技術(shù)（TTL）

透明仿生裝甲