美國海軍海洋測量船發(fā)展及使用研究

王 凱，許昭霞，李岳陽，張孟琨

(1.中國人民解放軍31010部隊，北京100081；2.中國人民解放軍61081部隊，北京100094；3.中國船舶集團公司第七一四研究所，北京100101)

0 引言

通常來看，海洋環(huán)境要素包括海洋氣象要素、海洋水文要素、海洋地理要素以及海洋水聲要素等，是影響武器裝備和海上軍事活動的重要因素，對作戰(zhàn)行動、軍事演習(xí)、武器試驗、搶險救災(zāi)的影響顯著。海洋觀測則是指利用科學(xué)儀器對這些要素進行連續(xù)的長期觀測，對于海軍作戰(zhàn)具有重要意義。

現(xiàn)代海洋觀測主要由岸基、海基、空基、天基、潛基五維一體觀測體系構(gòu)成，本文重點研究美國海軍基于海洋測量船開展海基海洋環(huán)境探測的體制機制及技術(shù)能力。

1 美國海洋測量船發(fā)展現(xiàn)狀

美國海軍依據(jù)任務(wù)類型的不同，將其海洋測量船劃分為海洋地理調(diào)查船（T-AGS）、海洋科學(xué)研究船（AGOR）以及水聲監(jiān)視船（T-AGOS）。其中，海洋地理調(diào)查船主要用于海洋地質(zhì)、地貌以及水道測量；海洋科學(xué)研究船主要從事海洋氣象水文數(shù)據(jù)搜集，浮標(biāo)潛器的試驗與布放；水聲監(jiān)視船則是專用于水聲測量與探測的特種艦船。

目前，美國海軍在役海洋測量船17艘，包括海洋地理調(diào)查船“帕塞芬德”級6艘、海洋科學(xué)研究船“托馬斯·格·湯普森”級3艘、“基洛·莫納”級1艘、“尼爾·阿姆斯特朗”級2艘，以及水聲監(jiān)視船“勝利”級4艘、“無瑕”級1艘。

表1 美國海軍海洋測量船Tab.1 U.S.navy oceanographic research ships

2 管理運營模式

管理模式上，美國海軍地理調(diào)查船（T-AGS）和水聲監(jiān)視船（T-AGOS）由軍事海運司令部直接雇傭平民船員進行運營管理。兩類船在指揮體制上服從軍事海運司令部調(diào)遣，服務(wù)對象包括美國艦隊司令部、海軍海洋學(xué)部門、水下監(jiān)視司令部、海上系統(tǒng)司令部、海軍戰(zhàn)略系統(tǒng)項目辦公室、海軍特種戰(zhàn)司令部、美國環(huán)境保護局以及潛艇部隊等。人員配置上，船上船員多數(shù)是民間雇傭的海員，僅有十幾名軍方艦長、安全和通訊人員。通常，兩類船承擔(dān)的任務(wù)主要包括特別任務(wù)和預(yù)先配置任務(wù)。其中，預(yù)先配置任務(wù)包括為支撐美國海軍海戰(zhàn)場環(huán)境保障日常對海洋氣象、水文等海洋學(xué)數(shù)據(jù)的測量；特別任務(wù)則是為了支持美國軍事存在的擴張而進行的一系列水道測量、水聲環(huán)境測量、預(yù)警探測等任務(wù)。

美國海軍科學(xué)研究船（AGOR）則由美國海軍出資建造，交由大學(xué)和科研院所多個部門運營，使用上由國家主管部門統(tǒng)一安排、調(diào)度使用，并對一些調(diào)查項目給予資助，各個單位用船時需提前申報用船計劃。美國利用這種方式提高了海洋調(diào)查船的利用率，既滿足各項目單位的用船要求，又避免人力物力的浪費。美國大學(xué)—國家海洋學(xué)實驗室系統(tǒng)（UNOLS）是負責(zé)該類調(diào)查船調(diào)度使用的主要單位。該系統(tǒng)下設(shè)船舶調(diào)度委員會每年會召開一次或多次會議，及時溝通、協(xié)調(diào)用船需求和船時安排。科學(xué)家通過國家大學(xué)海洋實驗室系統(tǒng)網(wǎng)站提交船時需求申請表，包括計劃航次日期、在航天數(shù)、調(diào)查區(qū)域、所需船載調(diào)查設(shè)備以及所需調(diào)查儀器等。用船申請經(jīng)供資機構(gòu)和其他項目發(fā)起者及同級機構(gòu)審查后，在預(yù)算允許的情況下，船舶調(diào)度委員會根據(jù)申請者提出的對調(diào)查任務(wù)和作業(yè)海區(qū)的要求進行船時安排，經(jīng)多次協(xié)調(diào)確認(rèn)，最終在需求年份前一年年底確定船時計劃。

圖1 UNOLS組織架構(gòu)Fig.1 Organization of UNOLS

3 探測能力與技術(shù)水平

美國海軍海洋測量船依據(jù)任務(wù)類型不同，其搭載的探測設(shè)備也不盡相同。通常，海洋地理調(diào)查船搭載有多波束測深系統(tǒng)、海底地質(zhì)測量測繪設(shè)備、海流測繪儀、地磁探測儀等，用于地形地貌勘探及水道測量；海洋科學(xué)研究船一般搭載有各類絞車、起重設(shè)備、氣象水文測量系統(tǒng)、CTD、溶解氧探測計及各類無人潛器，用于海洋氣象、水文、生物環(huán)境測量；海洋監(jiān)視船則通過其搭載的拖曳線列陣聲吶系統(tǒng)進行水下目標(biāo)探測及水聲數(shù)據(jù)收集任務(wù)。

3.1 海洋環(huán)境觀測能力

美國海軍地理調(diào)查船在海洋環(huán)境信息采集體系中主要負責(zé)針對特定海域開展地理環(huán)境數(shù)據(jù)的調(diào)查。其測得的海洋水文數(shù)據(jù)包含遂行反潛、反水雷封鎖作戰(zhàn)的關(guān)鍵信息。如“鮑迪奇”號，其每天測得數(shù)據(jù)高達3200萬組，交由美國海軍情報系統(tǒng)?；谄錅y得的資料，美軍情報系統(tǒng)制作了亞太海域的戰(zhàn)術(shù)電子海圖與海底地圖。“帕塞芬德”級海洋地理調(diào)查船是美國海軍用于海洋地質(zhì)、地貌、水道測量的典型艦船，搭載有多種探測裝置，用以獲取所關(guān)注海域的特征信息，其主要設(shè)備有：阿特拉斯電子水道測量雷達；1臺EM 121A型多波束測深儀，頻率為12 k Hz，可實時精確測量海底深度，測量深度為10～11 000 m；1臺BATHY-2000型單波束測深儀，頻率為12 kHz和33 kHz，用于對多波束測深儀數(shù)據(jù)進行精度檢驗，最大探深達12000 m；1臺3.5 kHz寬波束淺穿透測量裝置，頻率為3.5 kHz，能夠描繪10000 m深度以內(nèi)的海底地貌；1套深水地震海底地質(zhì)構(gòu)造測繪系統(tǒng)；1臺VM-0150型150 kHz海流測繪儀，測量深度可達380 m；1臺G811/813型地磁儀，用以測繪地球磁場；1套ICTD電導(dǎo)率－溫度－深度探測系統(tǒng)，可探測深達7000 m的整個海洋的電導(dǎo)率，以及繪制溫度與深度關(guān)系曲線的縱剖面圖；1臺海水采樣器，可對7000 m深的海水進行采樣。

美國海軍海洋科學(xué)研究船在海洋環(huán)境信息采集體系中以氣象水文測量、海洋實驗為主，通常搭載有溫鹽深儀（CTD）、波浪儀、潮汐、海流及海冰測量儀等水文測量儀器，測風(fēng)儀、氣溫、氣壓、濕度傳感器等氣象設(shè)備，以及PH、溶解氧、油類、海鹽等生態(tài)化學(xué)測量儀。以“亞特蘭蒂斯”號為例，其船上配備有6個科學(xué)實驗室、儲存室、3套絞車、3臺起重機（起重能力可達42000磅）、工作車間及專門的安置艙，搭載有精確導(dǎo)航系統(tǒng)、海底聲吶測繪儀、動力定位系統(tǒng)、衛(wèi)星通信設(shè)備和“阿爾文”號載人潛水器，能夠滿足全年世界各地氣象水文的研究要求，包括下放、拖曳和回收各種設(shè)備。此外，船載動力定位系統(tǒng)在作業(yè)時能夠借助來自全球定位系統(tǒng)聲學(xué)垂直定位系統(tǒng)、陀螺羅徑和風(fēng)參照系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)，使船保持在100 m范圍內(nèi)穩(wěn)定或直線航行。

3.2 水聲探測能力

美國海軍海洋監(jiān)視船作為美國海洋情報偵察體系的一部分，則主要用于水下聲學(xué)環(huán)境監(jiān)測、水文數(shù)據(jù)測量等任務(wù)。通常情況下，美國海軍海洋監(jiān)視船的主要任務(wù)是負責(zé)對各國潛艇聲學(xué)特征信息進行收集，對重要海域進行監(jiān)視，以及對其潛在對手軍事活動情報的竊取。戰(zhàn)時，其使命任務(wù)主要是探測、識別、并跟蹤敵方潛艇，海戰(zhàn)場環(huán)境保障等，特殊情況下也可用于對潛艇作戰(zhàn)指令的傳達。

美國海軍海洋測量船的水聲探測能力主要依賴于其所攜帶的拖曳線列陣聲吶系統(tǒng)，“勝利”級、“無瑕”級監(jiān)視船和“帕塞芬德”級地理調(diào)查船均配備有拖曳線列陣聲吶系統(tǒng)。其中，監(jiān)視船主要用于水下目標(biāo)探測，地理調(diào)查船則兼顧海底地貌調(diào)查和水下目標(biāo)探測。其中，“勝利”級安裝的是AN/UQQ-2型SURTASS-CLFA系統(tǒng)，“無瑕”級安裝的是TL-29A型SURTASS-LFA系統(tǒng)?！盁o瑕”級搭載的SURTASS-LFA拖曳線列陣聲吶系統(tǒng)是一種甚低頻主/被動聲吶，由洛克希德·馬丁公司生產(chǎn)，是目前世界上最先進的聲吶系統(tǒng)，具有聲信號收集和分析處理的功能。該系統(tǒng)由主、被動2個獨立部分組成，系統(tǒng)的LFA（低頻主動）部分垂直懸掛在船體下方，向水中發(fā)射低頻聲波。被動部分裝有一系列水聽器，由緩慢航行的監(jiān)視船拖曳，用于接收反射回來的聲波。

圖2 SURTASS-LFA聲吶的工作原理示意圖Fig.2 Schematic diagram of the principle of SURTASS-LFA sonar

SURTASS-LFA系統(tǒng)低頻主動部分重達155 t，高122 m，由18個甚低頻發(fā)射換能器單元組成，每個換能器能夠360°發(fā)射聲強215 dB的聲波，由雙體中間的豎井放入水中。被動部分拖纜長1 829 m，聲學(xué)基陣長度達到2614 m，單次收放需時2 h以上，在拖曳使用過程中一般船速不能超過10 kn，為保持被動部分拖纜保持在同一水平面，要求監(jiān)視船的航行速度不低于5.6 km/h（3 kn）。

圖3 水聲匯聚區(qū)示意圖Fig.3 Schematic diagram of Hydroacoustic convergence zone

被動模式下，在不使用匯聚區(qū)效應(yīng)的情況時，SURTASS聲吶可靠探測距離可以達到100 km，使用匯聚區(qū)作用的情況時可以達到1 000 km。而主動工作模式下，不使用匯聚區(qū)作用距離可提高至450 km左右。SURTASS聲吶系統(tǒng)可在航行時有效地探測和跟蹤安靜型核潛艇及柴電潛艇，母艦上收集到的聲學(xué)數(shù)據(jù)將通過衛(wèi)星終端傳給作戰(zhàn)艦艇及陸上反潛中心引導(dǎo)反潛攻擊。

3.3 信息處理、匯交能力

美國海軍地理調(diào)查船采集獲得的數(shù)據(jù)首先通過船載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行預(yù)處理，處理后的數(shù)據(jù)通常以2種方式進行匯交：海洋地理數(shù)據(jù)等非實時數(shù)據(jù)以光盤的方式進行存儲，定期交由美國海軍情報系統(tǒng)；實時數(shù)據(jù)則通過WSC-6超高頻衛(wèi)星通信線路與陸上數(shù)據(jù)收集中心進行傳輸。數(shù)據(jù)匯交至美國海軍氣象海洋司令部后，再由工作人員進行分類下發(fā)。

水聲監(jiān)視船與地理調(diào)查船相類似，收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過艦載數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)處理后，以1/10的低數(shù)據(jù)率通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈與岸基海軍海洋信息處理中心進行數(shù)據(jù)的雙向傳送。按照分工，惠德貝島海軍海洋處理中心負責(zé)從美國西海岸到波斯灣的數(shù)據(jù)處理、分析和報告；達姆萊克海軍海洋處理中心負責(zé)從地中海到美國東海岸的數(shù)據(jù)處理、分析和報告。除上述數(shù)據(jù)傳輸方式外，海洋監(jiān)視船還可利用海上輔中繼站與岸基進行信息的雙向傳送。美國海軍岸基信息處理中心在對數(shù)據(jù)處理、分析后將呈報給海軍作戰(zhàn)部作為決策參考。最后，經(jīng)數(shù)據(jù)處理中心處理的目標(biāo)信息和決策信息再被傳送至海上的作戰(zhàn)艦艇。

圖4 美國海軍海洋監(jiān)視船情報保障流程Fig.4 Intelligence support process of U.S.navy oceanographic Surveillance ships

美國海軍海洋科考船在獲得相應(yīng)的科考數(shù)據(jù)后，主要通過船載的R2R系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送給岸基數(shù)據(jù)中心，再分別匯交至國家地球物理數(shù)據(jù)中心（海洋地理、地質(zhì)數(shù)據(jù)）和國家海洋學(xué)數(shù)據(jù)中心（海洋氣象、水文數(shù)據(jù)）。主要數(shù)據(jù)類型如表2所示。

3.4 持續(xù)作業(yè)能力

普遍上講，美國海軍海洋測量船擁有較好的續(xù)航性能。其中，海洋監(jiān)視船戰(zhàn)時以跟蹤、監(jiān)視敵方潛艇為主要任務(wù)，需要良好的自持力。因此，無論是“勝利”級還是“無瑕”級，其自持力均可達到60 d，足夠滿足絕大多數(shù)任務(wù)需要?！芭寥业隆奔壓Ｑ蟮乩碚{(diào)查船作為全球級測量船，船長100 m，在12 kn航速航行狀態(tài)下續(xù)航力可達12000 n mile，是全球續(xù)航力最好的調(diào)查船之一。此外，“托馬斯·格·湯普森”級海洋科學(xué)考察船，船長83.5 m，12 kn航速下續(xù)航力達到了11300 n mile，自持力60 d；唯一一艘小水線面雙體船“基洛·莫納”號續(xù)航力也有10000 n mile，能夠持續(xù)海上作業(yè)近50 d。

表2 海洋科學(xué)測量主要數(shù)據(jù)類型Tab.2 Main data types of marine scientific survey

4 部署范圍及活動特點

整體上看，美國海軍海洋測量船的活動范圍涵蓋俄羅斯遠東地區(qū)海域、中國東南沿海、南沙群島附近海域、西太平洋北部海域、北極圈附近海域、大西洋海域以及世界主要熱點海域。然而，美國海軍地理調(diào)查船和水聲監(jiān)視船依據(jù)使命任務(wù)不同，活動海域有所區(qū)別。

美國海軍地理調(diào)查船主要活動于全球范圍內(nèi)潛在海戰(zhàn)場等重要海域。主要活動海域主要包括美國東西海岸近海、全球關(guān)鍵海道（巴拿馬運河、蘇伊士運河等），以及我國、印度等東南亞國家的周邊海域。其中，“帕塞芬德”級海洋調(diào)查船中第3艘“鮑迪奇”號近年來頻繁活動于我國東南沿海，活動海域覆蓋印度、馬來西亞、菲律賓、韓國和日本附近海域。

據(jù)美國海軍作戰(zhàn)部發(fā)布的水聲監(jiān)視船年度報告顯示，美國海軍水聲監(jiān)視船活動范圍覆蓋太平洋、大西洋、印度洋、地中海等，作業(yè)極限緯度約為南北緯60°。據(jù)統(tǒng)計，2013年美國海洋監(jiān)視船年平均作業(yè)時間為240 d，維護時間71 d，航渡時間54 d。近年來，美國海洋監(jiān)視船在我國附近海域活動大量增加，除“能力”號外，其他4艘海洋監(jiān)視船均長期活動于我國第一島鏈附近海域，甚至越過第一島鏈對我國南海、東海開展情報偵察活動，對我國潛艇部署及相關(guān)軍事活動造成巨大干擾。

美國海軍海洋科學(xué)研究船通常依托所在母港開展調(diào)查作業(yè)及科考航行。活動范圍覆蓋太平洋東部海域、太平洋中南部海域、美國東西海岸水域、加勒比海和墨西哥灣、白令海峽和阿拉斯加地區(qū)海域、北極圈附近海域等全球大多數(shù)海域，具體活動海域依據(jù)上一年年底申報計劃確定。近年來，“托馬斯·格·湯普森”號主要活動于北太平洋，對美國、加拿大西海岸附近海域進行調(diào)查；“羅杰·雷維爾”號主要活動于太平洋與印度洋海域，以遠洋科學(xué)考察為主；“亞特蘭蒂斯”號主要承擔(dān)美國東西海岸近岸海洋科考任務(wù)；“基洛·莫納”號母港位于檀香山火奴魯魯港，對環(huán)太平洋國家附近海域開展科考調(diào)查?！澳釥枴ぐ⒛匪固乩省碧柡汀八_里·瑞德”號由于服役時間較短，活動規(guī)律尚不明顯。

5 啟示

5.1 采取軍民結(jié)合、以民掩軍的方式廣泛開展調(diào)查

美國在海洋調(diào)查船的運營管理方面，采取軍民結(jié)合、以民掩軍的方式，海洋科學(xué)研究船直接委托民間機構(gòu)運營管理，加入大學(xué)國家海洋實驗室系統(tǒng)船隊；海洋地理調(diào)查船則由軍事海運司令部直接運營管理，平時和戰(zhàn)時均雇傭大量平民擔(dān)任船員，由海軍文職人員組成的調(diào)查隊進行調(diào)查作業(yè)。這些船只打著大學(xué)和私立研究機構(gòu)的旗號，對各國沿岸海域進行調(diào)查測量更隱蔽更低調(diào)，不容易引起別國注意。這種軍民結(jié)合、以民掩軍的方式，軍民融合程度很高，降低海洋調(diào)查船運維費用的同時，提高了海上情報獲取能力。

表3 美國海軍海洋科學(xué)研究船航統(tǒng)計（服役期間）Tab.3 Voyage statistics of USnavy Marinescientific research ships(During service)

表4 美國海軍海洋科學(xué)研究船活動特點Tab.4 Activity characteristics of USnavy marine scientific research ships

5.2 成立跨部門合作組織，制定海洋科學(xué)研究設(shè)施使用、更新與投資的政策、程序與規(guī)劃

為推動各聯(lián)邦機構(gòu)在海洋科學(xué)研究與教育方面的合作，美海軍部于1997年建立了國家海洋科學(xué)合作機構(gòu)（NOPP），該機構(gòu)中有一個跨部門的基礎(chǔ)設(shè)施組（IWG-FI），由美國海軍海洋局、海軍研究局（ONR）、國防先期研究計劃局（DARPA）先進技術(shù)辦公室、能源部（DOE）、環(huán)保局（EPA）、礦物管理局（MMS）、國家航空航天局（NASA）、NOAA、國家科學(xué)基金會（NSF）、美國海岸警衛(wèi)隊（USCG）、美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）等機構(gòu)人員組成，支撐美海洋科技聯(lián)合委員會（JSOTC）制定美國海洋科學(xué)研究設(shè)施使用、更新與投資的政策、程序與規(guī)劃。

5.3 加強軍民共建，鞏固水下防御體系建設(shè)

美國海軍海洋測量船常年在我國沿?；顒?，對我國潛艇部署、行動及其他軍事活動進行跟蹤探測。我國需加強對我國沿海漁民的教育與培訓(xùn)，出資建設(shè)具備特種作業(yè)能力的漁船，對美國海軍海洋測量船進行干擾，進一步鞏固我國水下防御體系的建設(shè)。