應(yīng)急通信保障船的需求分析與概念設(shè)計(jì)

劉瀛昊，張韓西子，李 敢，喬 岳，李 智

(1. 中國(guó)艦船研究院，北京 100192；2. 渤海造船廠集團(tuán)有限公司，遼寧 葫蘆島 125005)

0 引 言

從我國(guó)重點(diǎn)海區(qū)來(lái)看，我國(guó)東海、南海面積遼闊、安全形勢(shì)復(fù)雜、自然環(huán)境惡劣，隨著我國(guó)海路對(duì)外貿(mào)易規(guī)模的快速增長(zhǎng)、海洋產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展、“一帶一路”戰(zhàn)略的推進(jìn)實(shí)施、東海南海主權(quán)維護(hù)活動(dòng)的日益常態(tài)化，各種海洋自然災(zāi)害和海上突發(fā)事件給海洋交通、海洋運(yùn)輸、海洋漁業(yè)、海洋旅游等海洋經(jīng)濟(jì)和海洋生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生的危害日益顯現(xiàn)，面向我國(guó)海上活動(dòng)的應(yīng)急通信保障能力亟待加強(qiáng)。

應(yīng)急通信是指在出現(xiàn)自然或人為的突發(fā)性緊急情況時(shí)，綜合利用各種通信資源，保障緊急救援、救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一種具有暫時(shí)性的特殊通信機(jī)制[1]。目前，我國(guó)遠(yuǎn)海海洋觀測(cè)所依賴(lài)的通信手段基本上是國(guó)外的衛(wèi)星通信系統(tǒng)（如銥星系統(tǒng)、ARGOS系統(tǒng)、海事衛(wèi)星系統(tǒng)等），數(shù)據(jù)安全和緊急情況下的大容量通信保障受制于人；北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一套以定位導(dǎo)航功能為主的功能系統(tǒng)，其具備的短報(bào)文通信功能，在通信頻度、單次通信容量、實(shí)時(shí)性等方面不能完全滿足需求；最新發(fā)展的高軌通信天通系統(tǒng)是我國(guó)面向終端用戶的第一套移動(dòng)通信系統(tǒng)，需要低軌移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)的配合才能進(jìn)一步發(fā)揮天基通信系統(tǒng)在海洋應(yīng)急通信中的優(yōu)勢(shì)；水下通信是海洋通信的一個(gè)新的需求增長(zhǎng)點(diǎn)，目前我國(guó)有一定的水下通信技術(shù)儲(chǔ)備，但還沒(méi)有裝備儲(chǔ)備[2–3]。因此，總體看，我國(guó)目前可用于海洋應(yīng)急通信的信息基礎(chǔ)設(shè)施整體能力薄弱，不能適應(yīng)應(yīng)急條件通信保障能力需求。

我國(guó)在海洋應(yīng)急通信方面的能力短板，不但體現(xiàn)在民用領(lǐng)域，在軍用領(lǐng)域同樣有所體現(xiàn)。將民口的海洋應(yīng)急通信能力用于軍用，不但可以切實(shí)補(bǔ)充相關(guān)軍用通信系統(tǒng)在緊急情況下的不足，而且可以將軍事行動(dòng)隱藏于民用活動(dòng)之中，強(qiáng)化軍事活動(dòng)的保密性與效能。目前，海洋應(yīng)急通信是最容易開(kāi)展軍民融合應(yīng)用探索的領(lǐng)域，軍民在通信體制、通信頻段、相關(guān)基礎(chǔ)通信設(shè)備等方面具有一定的共通性，具有開(kāi)展軍民融合試驗(yàn)探索的良好條件。

本文針對(duì)我國(guó)海洋領(lǐng)域應(yīng)急通信需求，提出一種新型應(yīng)急通信保障船的概念設(shè)計(jì)方案。該船具備搭載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，其甲板可靈活部署各類(lèi)方艙，形成海上機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信服務(wù)平臺(tái)，完成各種狀況下的應(yīng)急通信任務(wù)。

1 應(yīng)急通信保障船功能定位及需求分析

應(yīng)急通信保障船典型的應(yīng)用場(chǎng)景是我國(guó)東海南海全域海區(qū)長(zhǎng)時(shí)間駐留強(qiáng)化應(yīng)急通信能力的保障。當(dāng)我國(guó)東海、南海全域海域發(fā)出災(zāi)害預(yù)警或有應(yīng)急事件發(fā)生時(shí)，利用應(yīng)急通信保障船搭載多種通信載荷，可快速抵達(dá)應(yīng)急海域，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)急船周邊30～80 km左右范圍的全天時(shí)、全天候、多功能水面用戶應(yīng)急通信接入，保障應(yīng)急海域的通信能力。應(yīng)急通信保障船的具體工作流程如圖1所示。

為保障應(yīng)急海域的通信能力，該應(yīng)急通信保障船需搭載的主要通信載荷有船載通信方艙、系留無(wú)人機(jī)方艙、系留氣球方艙、超短基線定位系統(tǒng)、浮潛標(biāo)系統(tǒng)等。這些通信載荷系統(tǒng)均采用模塊化設(shè)計(jì)，以方艙形式部署在應(yīng)急通信保障船甲板上，形成海上機(jī)動(dòng)應(yīng)急通信服務(wù)平臺(tái)，完成各種狀況下的應(yīng)急通信任務(wù)。因此，根據(jù)使用需求，可將應(yīng)急通信保障船總體分為船舶平臺(tái)系統(tǒng)和通信保障系統(tǒng)兩部分。

船舶平臺(tái)系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能要求：

1）滿足船載通信、系留氣球、系留無(wú)人機(jī)等通信載荷的搭載、布置和操作等需求，提供其所需的載重量、布置位置、布置空間、操作空間等。

2）滿足通信系統(tǒng)工作人員指揮控制、應(yīng)急會(huì)議等空間場(chǎng)所需求。

3）滿足船上所有人員住宿、飲食、休閑娛樂(lè)、人員保護(hù)、設(shè)備檢修與維護(hù)等基本需求。

4）具備船岸通信和船上人員通信等設(shè)備和功能。

5）具備生活物資儲(chǔ)存、食品加工、生活垃圾處理、船上污水處理等設(shè)備和功能。

6）具備通風(fēng)、空調(diào)、消防、救生、錨泊、系泊等設(shè)備和功能。

通信保障系統(tǒng)滿足以下功能要求：

1）配置吊機(jī)、錨絞機(jī)、A字架等輔助設(shè)備，解決各通信模塊的吊裝、移位和定位問(wèn)題。

2）提供各類(lèi)通信模塊基座設(shè)計(jì)、固定和綁扎方案設(shè)計(jì)，為通信系統(tǒng)的平穩(wěn)可靠運(yùn)行提供保障。

3）為各通信模塊提供電力、燃油、淡水等消耗品等能源供給接口和保障。

2 應(yīng)急通信保障船概念設(shè)計(jì)

根據(jù)應(yīng)急通信保障船的功能定位及總體需求，參考現(xiàn)有科考船及工程船船型，分析優(yōu)化，初步確定船型、主尺度、技術(shù)參數(shù)等，其總體側(cè)視圖如圖2所示。

2.1 應(yīng)急通信保障船主尺度

根據(jù)需搭載的通信載荷系統(tǒng)設(shè)備要求，工作甲板面積至少要達(dá)到450 m2，方能保證各設(shè)備的正常使用，初步確定應(yīng)急通信保障船的主尺度如表1所示。

2.2 應(yīng)急通信保障船主要技術(shù)參數(shù)

為滿足我國(guó)東南遠(yuǎn)海海域的應(yīng)急通信任務(wù)需求，該船應(yīng)具備較長(zhǎng)的續(xù)航能力及自持力。據(jù)此，將應(yīng)急通信保障船續(xù)航力初步定為3 000 n mile，自持力為30天。

在發(fā)生事故時(shí)，船舶可快速駛至事故區(qū)域，因此，將設(shè)計(jì)航速定為16 kn，最大航速預(yù)計(jì)可達(dá)18 kn。

除船員外，船上還需搭載通信載荷系統(tǒng)的工作及科研人員，以完成指定的應(yīng)急通信任務(wù)。初步估算，該船定員約為40人，其中船員10人，工作人員30人。

2.3 主甲板以上空間布置

本文提出的應(yīng)急通信保障船主甲板平坦、開(kāi)闊，有足夠的露天空間布放各類(lèi)通信載荷。各通信設(shè)備方艙及通信載荷系統(tǒng)工作區(qū)域的布置如圖3所示。浮潛標(biāo)的擺放區(qū)域位于主甲板靠近首樓側(cè)，主甲板中間位置右舷側(cè)設(shè)計(jì)安放單臂吊機(jī)1臺(tái)，其工作半徑可覆蓋整個(gè)甲板面，用于浮標(biāo)的吊放及甲板面設(shè)備的轉(zhuǎn)移；系留氣球方艙、綜合通信方艙、系留無(wú)人機(jī)方艙分別位于左舷側(cè)、船中及右舷側(cè)，各方艙間距1.5～2 m，既要保障各方艙間通信設(shè)備工作時(shí)互不干擾，又要保障其信息互聯(lián)互通。因此，可在甲板上各方艙間鋪設(shè)通信線纜，保障數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)，為保障人員在甲板工作操控設(shè)備時(shí)的安全性，在船兩側(cè)設(shè)舷墻。

表1 應(yīng)急通信保障船主尺度Tab. 1 Main dimensions of the emergency communication support vessel

圖3 應(yīng)急通信保障主甲板以上空間總布置圖Fig. 3 The general arrangement plan above the main deck of the emergency communication support vessel

為避免通信設(shè)備工作時(shí)對(duì)駕駛室視線造成影響，將上層建筑置于船首，內(nèi)設(shè)有駕駛室、會(huì)議室、餐廳、生活區(qū)域以及干、濕實(shí)驗(yàn)室等。干、濕實(shí)驗(yàn)室位于主甲板入口處，濕型實(shí)驗(yàn)室可以用來(lái)擺放浮潛標(biāo)等出水后的水下通信設(shè)備，干型實(shí)驗(yàn)室則可以進(jìn)行臨時(shí)通信設(shè)備的擺放及調(diào)試等。

2.4 主甲板以下空間布置

應(yīng)急通信保障船主甲板以下設(shè)舵機(jī)艙、空調(diào)機(jī)室、食品庫(kù)、機(jī)艙、機(jī)艙監(jiān)視室、儲(chǔ)藏室、錨鏈艙、液艙等艙室。

圖3 應(yīng)急通信保障主甲板以下艙室布置圖Fig. 3 The general arrangement plan below the main deck of the emergency communication support vessel

為保障應(yīng)急通信保障船執(zhí)行遠(yuǎn)海任務(wù)的續(xù)航力，船舶需配備足夠的燃油及淡水，因此在設(shè)計(jì)時(shí)需預(yù)留足夠的液艙空間，具體液艙容積如表2所示。

表2 應(yīng)急通信保障船液艙容積Tab. 2 Tank volume of the emergency communication support vessel

3 結(jié) 語(yǔ)

船舶是一個(gè)復(fù)雜的綜合性系統(tǒng)，各設(shè)計(jì)要素錯(cuò)綜相連，在船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮對(duì)一個(gè)要素進(jìn)行確定時(shí)，往往涉及到其他要素[4]。而在初始設(shè)計(jì)階段，這些要素由于種種原因，難以考慮周全[5]。在船舶的設(shè)計(jì)階段，通常按照設(shè)計(jì)螺旋線理論進(jìn)行全船總體的方案設(shè)計(jì)工作，將設(shè)計(jì)工作由粗至細(xì)、由簡(jiǎn)至繁地劃分成若干階段或循環(huán)，進(jìn)而螺旋式提高總體技術(shù)方案的設(shè)計(jì)水平。為達(dá)到既定的技術(shù)要求，要仔細(xì)考慮每個(gè)系統(tǒng)、子系統(tǒng)與其他系統(tǒng)間的相互作用及其設(shè)計(jì)布局對(duì)整體性能的影響[6–7]。船舶的主尺度和船型參數(shù)與各系統(tǒng)間的關(guān)系非常復(fù)雜且模糊[8]。應(yīng)急通信保障船執(zhí)行任務(wù)時(shí)的作業(yè)能力與設(shè)計(jì)的合理性及各系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性息息相關(guān)，本文根據(jù)應(yīng)急通信保障船的功能定位及總體需求給出了一個(gè)概念設(shè)計(jì)方案，確定了主尺度及主要技術(shù)參數(shù)，依據(jù)各通信系統(tǒng)設(shè)備的工作及布放需求進(jìn)行主甲板空間的布置，并給出了全船的總布置方案。