面向遠(yuǎn)海護(hù)航的艦船導(dǎo)航裝備發(fā)展需求

韓云東， 金良安， 彭術(shù)光， 蔣永馨， 周紅進(jìn)

(1. 海軍大連艦艇學(xué)院 航海系， 遼寧 大連 116018； 2. 海軍裝備部水面艦艇裝備局， 北京 100841)

面向遠(yuǎn)海護(hù)航的艦船導(dǎo)航裝備發(fā)展需求

韓云東1， 金良安1， 彭術(shù)光2， 蔣永馨1， 周紅進(jìn)1

(1. 海軍大連艦艇學(xué)院 航海系， 遼寧 大連 116018； 2. 海軍裝備部水面艦艇裝備局， 北京 100841)

結(jié)合海軍遠(yuǎn)海護(hù)航的任務(wù)需求，在簡要分析護(hù)航艦船護(hù)航模式、導(dǎo)航裝備等實際情況的基礎(chǔ)上，根據(jù)遠(yuǎn)海護(hù)航海區(qū)的水文氣象特點(diǎn)，分析遠(yuǎn)海護(hù)航特定環(huán)境對護(hù)航艦船導(dǎo)航裝備的主要影響，從高溫、高濕、高鹽、高塵及長時間工作等不同角度對今后護(hù)航艦船導(dǎo)航裝備的發(fā)展需求進(jìn)行有針對性的深入分析，并提出相關(guān)的具體要求。

艦船； 遠(yuǎn)海護(hù)航； 導(dǎo)航裝備； 發(fā)展需求

Abstract: The naval distant escort missions and the hydrological and meteorological characteristics of the operation area are introduced. The conditions on board the worships in escort missions and the requirements for the marine navigation equipment are explained. The effects of the environment condition featuring high temperature, high humidity, high salt, high dust, high strength and long working time, on the marine navigation equipment are intensively analyzed, and the specific requirements are put forward.

Keywords: warship; distant escort; navigation equipment; development demand

遠(yuǎn)海護(hù)航是海軍在國家利益不斷向遠(yuǎn)海拓展、海上戰(zhàn)略通道控制權(quán)爭奪日趨激烈及海軍自身轉(zhuǎn)型建設(shè)大力向前推進(jìn)等形勢下遂行的非戰(zhàn)爭軍事行動。[1]亞丁灣護(hù)航的主要目的不僅僅是打擊海盜，保障我國商船的安全，更重要的是為遠(yuǎn)海防衛(wèi)作戰(zhàn)積累經(jīng)驗。目前海軍正處在由“近海防御”向“近海防御與遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時期，護(hù)航行動為加快海軍由近海走向遠(yuǎn)海提供了重要的實踐平臺和難得的歷史機(jī)遇。[2-4]

對于海軍遠(yuǎn)海護(hù)航艦船而言，航海導(dǎo)航裝備是重要的艦載裝備，負(fù)責(zé)向航海部門、作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)和各種武器系統(tǒng)提供高精度的艦船位置、速度及姿態(tài)等信息，在保證艦船安全航行、充分發(fā)揮艦船武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能方面發(fā)揮著極其重要的作用。[5-6]遠(yuǎn)海護(hù)航任務(wù)對艦船航海裝備有著新的影響和需求，因此結(jié)合海軍護(hù)航實際情況，根據(jù)護(hù)航海區(qū)的水文氣象特點(diǎn)，分析航海導(dǎo)航裝備的發(fā)展需求，有利于提高航海導(dǎo)航裝備的遠(yuǎn)海保障能力。

1 海軍遠(yuǎn)海護(hù)航情況

1.1護(hù)航艦船概況

自2008年12月至2015年12月，我國海軍先后派出22批次護(hù)航編隊，參加護(hù)航任務(wù)的艦船以導(dǎo)彈驅(qū)逐艦、導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦和綜合補(bǔ)給艦為主，共計11種型號、36艘。這其中既有服役期較短的艦船，也有服役期相對較長的艦船，雖然都具有遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)能力，但此前主要在我國近海活動，無長時間在遠(yuǎn)海執(zhí)行遠(yuǎn)洋護(hù)航任務(wù)的經(jīng)驗。

1.2護(hù)航方式

我國海軍護(hù)航編隊主要采用伴隨護(hù)航、區(qū)域護(hù)航和隨船護(hù)衛(wèi)等方式護(hù)航。[7]

1) 伴隨護(hù)航：在亞丁港西南和索科特拉島以北附近海域各置一個匯合點(diǎn)和解護(hù)點(diǎn)，護(hù)航艦船與被護(hù)船舶按約定的時間在匯合點(diǎn)集合，組成護(hù)航船隊通過亞丁灣，在解護(hù)點(diǎn)解除護(hù)航。

2) 區(qū)域護(hù)航：將亞丁灣和索馬里以東海區(qū)(即船舶主要航線附近)分成若干個區(qū)域，每個區(qū)域由指定的艦船巡邏；通過劃分責(zé)任區(qū)開展接力護(hù)航，一旦有商船在某個區(qū)域遭到海盜襲擊，負(fù)責(zé)該區(qū)域的艦船能以最快的速度接近海盜。

3) 隨船護(hù)衛(wèi)：對于航速慢、干舷低、易受攻擊的船舶或裝載有重要物資的船舶，派出由特戰(zhàn)隊員組成的護(hù)衛(wèi)小組，攜帶必要的武器裝備登船護(hù)衛(wèi)。

1.3護(hù)航艦船主要導(dǎo)航裝備概況

海軍護(hù)航艦船上的導(dǎo)航裝備主要包括無線電導(dǎo)航裝備、電子海圖系統(tǒng)、導(dǎo)航雷達(dá)、陀螺羅經(jīng)、磁羅經(jīng)、操舵裝置、測深儀、計程儀、氣象傳真設(shè)備和其他裝備等10大類，這其中：

1) 無線電導(dǎo)航裝備又包括羅蘭C導(dǎo)航儀、全球定位系統(tǒng) (Global Positioning System，GPS)衛(wèi)星導(dǎo)航儀、GPS/GLONASS(Global Navigation Satellite Syetem)組合導(dǎo)航接收機(jī)和北斗接收機(jī)。

2) 計程儀包括電磁計程儀和復(fù)合計程儀。

3) 氣象傳真設(shè)備包括氣象傳真機(jī)和船舶氣象儀。

4) 其他裝備包括航向裝換裝置、航跡記錄儀、子母鐘、船舶自動識別系統(tǒng)(Automatic Identification System,AIS)、航行告警接收機(jī)和航行數(shù)據(jù)記錄儀等。

2 艦船遠(yuǎn)海護(hù)航海域情況及其影響

遠(yuǎn)海護(hù)航是新世紀(jì)新階段海軍維護(hù)國家安全利益、應(yīng)對多種安全威脅、完成多樣化軍事任務(wù)能力的體現(xiàn)。航海導(dǎo)航裝備保障是圓滿完成遠(yuǎn)海護(hù)航任務(wù)的前提和基礎(chǔ)，因此需注重研究海軍艦船護(hù)航區(qū)域的水溫氣象特點(diǎn)，探索護(hù)航環(huán)境對航海導(dǎo)航裝備的影響。[6]

2.1護(hù)航區(qū)域

海軍護(hù)航編隊主要在亞丁灣海域執(zhí)行護(hù)航任務(wù)，該海域遼闊，東西長為1 480 km，平均寬度為482 km，面積約53萬m2。我國海軍護(hù)航編隊的護(hù)航行動主要在亞丁港西南和索科特拉島以北附近海域展開，分別設(shè)立商船匯合點(diǎn)和解護(hù)點(diǎn)。圖1為護(hù)航航線示意，對于進(jìn)入紅海的船舶，A點(diǎn)為匯合點(diǎn)，B點(diǎn)為解護(hù)點(diǎn)；對于從紅海出來的船舶，B點(diǎn)為匯合點(diǎn)，A點(diǎn)為解護(hù)點(diǎn)。

2.2護(hù)航海域水文氣象特點(diǎn)

圖1 護(hù)航航線示意

亞丁灣海域具有熱帶海洋氣候特征，是季風(fēng)最顯著的海域之一。[7]該海域每年10月至翌年3月盛行東北風(fēng)；4—5月由東北季風(fēng)轉(zhuǎn)為西南季風(fēng)；6—8月西南季風(fēng)風(fēng)力較大，以7月最為強(qiáng)盛；9—10月由西南季風(fēng)轉(zhuǎn)為東北季風(fēng)。受季風(fēng)影響，該海區(qū)內(nèi)的海流弱、變化多：東北季風(fēng)期間多為西向流；4—5月開始轉(zhuǎn)為西南季風(fēng)控制；9—10月在東北季風(fēng)的作用下很快轉(zhuǎn)為西向流。

該海域平均總云量為3～4成，能見度較好，全年平均氣溫25～28 ℃。由于5月份處于季風(fēng)轉(zhuǎn)換季節(jié)，因此風(fēng)力較弱，海面高溫高濕，大氣穩(wěn)定度低。夏季受來自于干燥的非洲大陸沙漠地區(qū)的西南風(fēng)控制，冬季受來自于北部大陸的干冷氣流控制，年降水量僅有100 mm左右。

2.3護(hù)航環(huán)境對航海導(dǎo)航裝備的影響

亞丁灣護(hù)航行動區(qū)域主要在北緯5°～8°的低緯度海區(qū)，地處熱帶，與國內(nèi)海區(qū)相比存在高溫、高鹽、高濕及高塵的“四高”現(xiàn)象。

亞丁灣海域海表溫度較高，月平均海表溫度都在26 ℃以上，5—6月平均水溫達(dá)30 ℃；8月水溫略有下降，為28～29 ℃。在亞丁灣以東，水溫向東迅速下降，至索科特拉島以南和塞拉萊與馬西拉島之間達(dá)到最低，約為23 ℃。阿拉伯海及其北部至卡拉奇港海域平均海表溫度也較高，都在20 ℃以上。這使得護(hù)航艦船處于高溫環(huán)境下，直接影響導(dǎo)航裝備中潤滑油脂的黏度，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)動部位潤滑效果變差，材料應(yīng)力疲勞與磨損加劇。

由于平均氣溫高、海水蒸發(fā)量大，導(dǎo)致海面空氣濕度比較大；此外，受副高壓氣旋和信風(fēng)帶影響，副高壓氣旋盛行下沉，氣流不易形成降水，導(dǎo)致海水鹽度較大，海水表層平均鹽度都在36.0‰以上。航海裝備長期在高鹽的環(huán)境中工作，設(shè)備、器材腐蝕嚴(yán)重，對導(dǎo)航裝備電氣絕緣、甲板設(shè)備防銹、外觀緊固、機(jī)械密封及冷卻效果都有較大影響，尤其是對電子類器材的影響極大。[8]

亞丁灣海域還經(jīng)常出現(xiàn)大風(fēng)浪甚至沙塵浮霾天氣，尤其是夏季受到來自于干燥的非洲大陸沙漠地區(qū)的西南風(fēng)控制，空氣中浮塵較多，嚴(yán)重影響艦船航行的能見度，既會對導(dǎo)航裝備中的外置設(shè)備造成極大傷害，也會給部分設(shè)備的冷卻、潤滑和振動等帶來不良影響。

3 航海導(dǎo)航裝備的發(fā)展需求

隨著護(hù)航任務(wù)常態(tài)化，研究護(hù)航艦船導(dǎo)航裝備保障及護(hù)航環(huán)境對導(dǎo)航裝備的影響等問題顯得尤為重要。因此，確保航海裝備能在高溫、高濕、高鹽及高塵環(huán)境下長時間無故障運(yùn)行，已成為極為迫切的發(fā)展需求。

3.1高溫防護(hù)對航海導(dǎo)航裝備的需求

從我國南海至亞丁灣的整個海域溫度均較高，尤其是亞丁灣，屬于亞熱帶沙漠氣候，氣溫常年在30 ℃以上，護(hù)航期間白天最高氣溫可超過40 ℃，對航海裝備的影響非常大。

溫度是影響電子裝備中各類元器件功能的主要因素。溫度過高會導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的工作點(diǎn)發(fā)生漂移、增益不穩(wěn)定、噪聲增大及信號失真，嚴(yán)重時引起熱擊穿；溫度升高會使電阻器的使用功率下降，導(dǎo)致其壽命降低；溫度升高不僅會導(dǎo)致電容量及功率因數(shù)等參數(shù)發(fā)生變化，更主要的是會減少其使用壽命；工作溫度過高會使變壓器及扼流圈絕緣材料的性能下降，減少其使用壽命；對于CPU及GPU等芯片，由于其核心是硅晶片，因此受溫度影響明顯，高溫下容易導(dǎo)致系統(tǒng)頻繁死機(jī)。

2) 室外天線等裝置在高溫環(huán)境下工作也容易出現(xiàn)絕緣漆老化現(xiàn)象，從而導(dǎo)致裝備發(fā)生故障。因此，在研發(fā)航海導(dǎo)航裝備時必須充分考慮高溫防護(hù)的需求：一方面要做好導(dǎo)航裝備中室外裝置的抗高溫處理；另一方面要做好導(dǎo)航裝備工作環(huán)境的控制，普遍安裝空調(diào)以控制溫度。

3.2高濕防護(hù)對航海導(dǎo)航裝備的需求

航行海域和護(hù)航海域的濕度均較大，尤其是亞丁灣海域，盡管降水量不大，但每天夜間的相對濕度均在95%以上。高濕度帶來的影響主要有：

1) 室外裝備(如無線電導(dǎo)航裝備天線、氣象傳真裝備傳感器和分羅經(jīng)等)的內(nèi)部元件絕緣值降低，導(dǎo)致電容、電感及半導(dǎo)體元件容易損壞或被擊穿；此外，元器件阻值在高濕度環(huán)境下降低會增加電源模塊的負(fù)荷，從而增大電源模塊發(fā)生故障的概率。

2) 駕駛室內(nèi)有空調(diào)，氣溫較低，兩舷水密門的每次開關(guān)都會導(dǎo)致駕駛室操舵裝置、導(dǎo)航雷達(dá)等裝備的表面與機(jī)箱內(nèi)部的溫差發(fā)生變化；室外接近飽和的空氣遇到低溫的裝備，水汽馬上凝結(jié)成水珠附著在裝備面板上和密封不嚴(yán)的機(jī)箱內(nèi)部，導(dǎo)致元器件的阻值及整個電路絕緣的電阻降低,內(nèi)部部分電路甚至出現(xiàn)短路現(xiàn)象，容易燒毀元器件而使電路板發(fā)生故障；即使電路板未發(fā)生故障也會增加電源模塊的負(fù)荷，導(dǎo)致電源模塊的使用壽命降低、故障率升高，該現(xiàn)象在護(hù)航期間尤為明顯。

因此，在航海導(dǎo)航裝備的模塊組成、電子電路、操作面板及線路布設(shè)的設(shè)計與研發(fā)過程中充分考慮高濕防護(hù)的需求：一方面，在裝備元器件的選用上注意對高性能的要求；另一方面，針對室外設(shè)備要適當(dāng)增加防護(hù)罩或保護(hù)涂層；此外，使用時應(yīng)嚴(yán)格按照使用保養(yǎng)規(guī)則操作。

3.3高鹽高水溫防護(hù)對航海導(dǎo)航裝備的需求

由于降水少、氣溫高、蒸發(fā)多，亞丁灣海域的鹽度常年在35‰以上，水溫有時在32 ℃以上，高鹽和高水溫主要導(dǎo)致以下2個問題：

1) 增加對計程儀桿絕緣層的腐蝕，這樣容易導(dǎo)致絕緣層的使用壽命降低；一旦絕緣層被完全破壞，會導(dǎo)致感應(yīng)器進(jìn)水燒壞。

2) 大風(fēng)浪航行，上層建筑上浪之后，海水蒸發(fā)后的鹽對各無線電導(dǎo)航裝備天線、氣象傳真裝備傳感器及分羅經(jīng)等有一定的腐蝕作用。

因此，在航海導(dǎo)航裝備研制過程中必須充分考慮高鹽和高水溫防護(hù)的需求：適當(dāng)增加絕緣層的涂層厚度，增強(qiáng)抗腐蝕能力；對上浪后的航海導(dǎo)航裝備進(jìn)行必要的淡水沖洗。

3.4高塵防護(hù)對航海導(dǎo)航裝備的需求

亞丁灣海域6—9月下旬塵霾天氣相當(dāng)嚴(yán)重，艦船在幾個小時之內(nèi)就會附著厚厚的塵土，帶來的主要影響有：

1) 灰塵過厚會削弱艙面天線及傳感器接收信號的靈敏性，嚴(yán)重影響GPS，AIS及氣象傳真機(jī)等設(shè)備接收信號的能力。

2) 塵土?xí)S轉(zhuǎn)動部位的轉(zhuǎn)動與滑油混在一起，導(dǎo)致活動部位的摩擦力增大，進(jìn)而使帶動其轉(zhuǎn)動的電機(jī)的負(fù)荷增加，故障發(fā)生概率增大。

因此，在航海導(dǎo)航裝備(尤其是室外裝備)研制過程中，必須充分考慮對高塵防護(hù)的需求：一方面在室外轉(zhuǎn)動部分增加防護(hù)罩設(shè)計，提高抗塵防護(hù)能力；另一方面加強(qiáng)塵霾天氣過后的清潔工作，保持裝備表面的清潔。

3.5大風(fēng)浪防護(hù)對航海導(dǎo)航裝備的需求

6—9月下旬，阿拉伯海和亞丁灣東部處于西南季風(fēng)期，長期存在大風(fēng)浪海況，浪高最高可達(dá)5～6 m，冬季在孟加拉灣和我國南海又會遇到大風(fēng)浪海況，因此整個護(hù)航期以大風(fēng)浪海況為主，對裝備的影響也較明顯。

1) 艦船頻繁大幅度縱橫搖會導(dǎo)致平臺羅經(jīng)力矩電機(jī)經(jīng)常處于高負(fù)荷狀態(tài)，故障發(fā)生概率增大。

2) 艦船大幅度搖擺會導(dǎo)致各航海裝備電路板、各電器元件松動，從而導(dǎo)致接觸不良或產(chǎn)生較大阻值，引起難以預(yù)料的后果。

3) 大幅度搖擺對處于關(guān)機(jī)狀態(tài)的陀螺羅經(jīng)的陀螺球損害較大。

因此，在航海導(dǎo)航裝備研制過程中，要加強(qiáng)對裝備電路板、各電器元件的防震和防松脫處理；對于陀螺羅經(jīng)等裝備，應(yīng)在強(qiáng)化硬件的同時加強(qiáng)人員使用培訓(xùn)，提高應(yīng)對不同情況的裝備操作能力。[9]

3.6長時間連續(xù)工作對航海裝備的需求

護(hù)航時，陀螺羅經(jīng)、操舵裝置、電子海圖系統(tǒng)、航跡記錄儀、GPS及AIS等裝備需長時間連續(xù)工作，而護(hù)航與正常航行的主要區(qū)別在于護(hù)航的連續(xù)航行時間長，經(jīng)常會連續(xù)1～2個月。由此，這些裝備會因工作時間非常長而帶來以下問題：

1) 連續(xù)工作與按規(guī)定停機(jī)保養(yǎng)之間存在沖突。

2) 長時間工作，裝備元器件長期處于高溫疲勞狀態(tài)，加速元器件的老化，時間越長，出現(xiàn)故障的概率就越大。

因此，在航海導(dǎo)航裝備研制過程中，要選擇抗老化特性更優(yōu)的元器件；同時，應(yīng)制訂遠(yuǎn)航期間的裝備使用保養(yǎng)規(guī)則，以適應(yīng)遠(yuǎn)海護(hù)航任務(wù)的特點(diǎn)。[10]

4 結(jié)束語

隨著我國國家地位的不斷上升和國家海上利益的不斷拓展，承擔(dān)維護(hù)世界和平的國際性義務(wù)和責(zé)任越來越多，海軍遠(yuǎn)海護(hù)航已實現(xiàn)常態(tài)化。遠(yuǎn)海護(hù)航海域的特點(diǎn)和護(hù)航模式都對艦船導(dǎo)航裝備發(fā)展提出新的需求，這里在研究高溫、高濕、高鹽、高塵環(huán)境及大風(fēng)浪、長時間連續(xù)工作對航海導(dǎo)航裝備的影響的基礎(chǔ)上，提出有針對性的發(fā)展需求，對推進(jìn)海軍裝備發(fā)展、建設(shè)海洋強(qiáng)國具有重要的現(xiàn)實意義。

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DevelopmentDemandsofDistantEscortWarshipsonNavigationEquipment

HANYundong1，JINLiang’an1，PENGShuguang2，JIANGYongxin1，ZHOUHongjin1

(1. Department of Navigation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China；2. Equipment Department of Naval Equipment Bureau, Beijing 100841, China)

U666.1

A

2016-05-15

國防科研基金軍內(nèi)科研2015年資助項目(HJJNKY2015-021)

韓云東(1977—)，男，山東昌邑人，博士，副教授，從艦船航海導(dǎo)航裝備保障方法的研究。E-mail: gyro-han@163.com

1000-4653(2016)03-0005-04