站在軍船設(shè)計變革的前沿

英國勞氏船級社

國防技術(shù)正在快速發(fā)展，未來軍艦的基礎(chǔ)設(shè)計將與目前大不相同。對致力于提供保證服務(wù)的船級社而言，要有一套成熟有效的方法，對涉及復(fù)雜新技術(shù)的概念設(shè)計或現(xiàn)有技術(shù)的全新應(yīng)用進(jìn)行風(fēng)險評估及驗(yàn)證。

而在LR，相關(guān)工作早已順利推進(jìn)。LR的軍船業(yè)務(wù)可以追溯到150多年前，僅在過去30年中，就有400余艘海軍艦船按照LR標(biāo)準(zhǔn)建造。目前，LR為19支海軍提供涵蓋軍船全生命周期各個階段的服務(wù)。不僅如此，LR早在1999年就首家制定并發(fā)布系列軍船規(guī)則的船級社，并在全球擁有多國海軍客戶，其范圍遠(yuǎn)超 “五眼聯(lián)盟”成員。

LR軍船業(yè)務(wù)總監(jiān)大衛(wèi)·勞埃德是加拿大皇家海軍前軍官，有海事系統(tǒng)和海軍建筑專業(yè)背景。他介紹，直到目前，大多數(shù)軍船都是船員密集型的。而這也有其充分理由：軍船本身具有復(fù)雜性，且其職能要求其承擔(dān)多種經(jīng)大量訓(xùn)練才能執(zhí)行的高水平任務(wù)。

自主系統(tǒng)

隨著自主技術(shù)及人工智能、傳感器、數(shù)字孿生等其他使能技術(shù)（enabling technologies）取得重大進(jìn)展，許多原本由人承擔(dān)的任務(wù)可由自主系統(tǒng)代勞，從而大大減少所需人員數(shù)量。這些自主系統(tǒng)能夠在減少軍船艦員數(shù)量的同時不降低其執(zhí)行任務(wù)能力，或通過遠(yuǎn)程執(zhí)行危險任務(wù)大幅提高艦員的安全性。

大衛(wèi)·勞埃德表示：“例如，如果你所在的護(hù)衛(wèi)艦（frigate）或輕型護(hù)衛(wèi)艦（corvette）配備了多架無人機(jī)（UAVs），在大多數(shù)情況下，其所能提供的情報與一架直升機(jī)是類似的。 那么，當(dāng)你不再需要直升機(jī)及其所需的機(jī)組人員、燃料，船上就節(jié)省出更多空間，這意味著同等噸位的軍船可以執(zhí)行更多任務(wù)，或更小噸位的軍船就能執(zhí)行當(dāng)前任務(wù)?！?/p>

大衛(wèi)·勞埃德還強(qiáng)調(diào)了另一個例子，即掃雷。水下自主航行器（UAVs）可以代替艦員執(zhí)行這一任務(wù)，以減少生命損失潛在風(fēng)險。此外，在近岸地區(qū)，軍船極易受到多種形式的不對稱攻擊，無人駕駛航行器可以在空中、水面或水下場景提供大量的戰(zhàn)場感知（battlefield awareness）情報。

“你不可能讓艦員乘坐剛性充氣艇（RIBs）去完成上述?？樟Ⅲw任務(wù)，更不用說（無人駕駛航行器）在減小這些行動對艦員的危險性方面的好處。（采用自主系統(tǒng)的）結(jié)果是，現(xiàn)在小型艦艇的能力可與大型艦艇相媲美，甚至較之大幅提高，從而大量減少軍船購置及服役期間的各項成本。因此，許多國家的海軍現(xiàn)正在考慮用近海巡邏艦（OPV）和輕型護(hù)衛(wèi)艦來代替護(hù)衛(wèi)艦——這即是所謂的輕型護(hù)衛(wèi)艦的崛起?！贝笮l(wèi)·勞埃德稱。

新設(shè)計參數(shù)

上述變革是否對軍船的設(shè)計和艦員配備有重大影響？對此大衛(wèi)·勞埃德給出了非?？隙ǖ拇鸢?。他表示，海軍越來越希望減少艦員人數(shù)的原因很多，舉例來說，包括運(yùn)維成本及征兵等方面的挑戰(zhàn)。然而，即便一艘軍船在噸位更小、艦員更少的同時還具備同等或更好的執(zhí)行任務(wù)能力，仍有其他問題需要考慮。

“作為一家船級社，我們必須確保自主系統(tǒng)及其使用技術(shù)是安全的，以實(shí)現(xiàn)其在海洋和戰(zhàn)斗環(huán)境下的預(yù)期功能。因此，我們制定了《無人船舶系統(tǒng)規(guī)范》（Unmanned Marine Systems Code），以幫助（用戶）了解自主技術(shù)相關(guān)風(fēng)險，包括高度互聯(lián)的設(shè)備和系統(tǒng)所帶來的無處不在的網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)爭威脅。” 大衛(wèi)·勞埃德表示。

大衛(wèi)·勞埃德還介紹了增材制造——也被稱為3D打印——如何被用于提高軍船可用性并延長船上關(guān)鍵系統(tǒng)的壽命。他解釋說，通常情況下，海軍不會頻繁采購裝備，因而軍船的壽命很長，而3D打印可以進(jìn)一步延長軍船的壽命。

他表示，“現(xiàn)在我們可以在現(xiàn)場以數(shù)字方式制造無法獲得甚至是已經(jīng)過時的部件。實(shí)際上，你可以從頭開始創(chuàng)造零件。3D打印還可以實(shí)現(xiàn)在戰(zhàn)場上制造關(guān)鍵部件，這樣你不必讓船駛回港口或修船廠，或等待復(fù)雜的供應(yīng)鏈提供一個難以找到的產(chǎn)品，因?yàn)橐獡Q的可能只是個相對較小的部件。而3D打印提高了效率、降低了成本，還提高了使用可用性（operational availability）?！?/p>

增材制造的缺點(diǎn)是，其過程非常復(fù)雜，因此很難做好；且需要一定的場地，而在軍船上空間通常很寶貴。不過，該技術(shù)正在快速發(fā)展。大衛(wèi)·勞埃德稱，可以設(shè)想，一個多功能的3D打印系統(tǒng)可以被集成在一個標(biāo)準(zhǔn)大小的集裝箱中。

他進(jìn)一步解釋說，“如果你有一艘大型軍輔船，則可以為其安裝3D打印系統(tǒng)，使該船能夠向戰(zhàn)區(qū)的其他軍船提供難以獲得的備件，從而避免任何供應(yīng)鏈的麻煩或時間問題。雖然在新造船階段還缺乏真正意義上的增材制造的商業(yè)案例，但在最大化正常運(yùn)營時間和延長資產(chǎn)壽命方面已有案例?！?/p>

去碳化挑戰(zhàn)

隨著越來越多的商船運(yùn)營商根據(jù)即將出臺的國際海事組織（IMO）法規(guī)采用新的低碳燃料，如液化天然氣（LNG）、液化石油氣（LPG）和甲醇，一些國家已經(jīng)出臺了將對其海軍產(chǎn)生影響的政策，促使其預(yù)測2050年凈零排放的情況。大衛(wèi)·勞埃德解釋說，軍船不受船旗國要求或海事組織條例約束，但也介紹了軍船采用新燃料的相關(guān)挑戰(zhàn)。

首先，新燃料必須被證明在船上使用時具有與現(xiàn)有燃料同等安全水平——而在軍事背景下，要做到這一點(diǎn)這非常有挑戰(zhàn)性。他指出，海軍可以進(jìn)行創(chuàng)新，但其從根本上說并非承擔(dān)風(fēng)險的組織?！耙虼?，海軍在采用新燃料之前，必須對其進(jìn)行充分的試驗(yàn)和測試。”

此外，還有一系列問題需解決，如燃料可用性及其體積能量密度。軍船通常是重燃料消耗者——因其要保障航速和航行范圍，以滿足執(zhí)行任務(wù)需要。而采用某種低密度的新燃料很可能意味著，軍船要配備容積巨大的油箱以確保其續(xù)航力，而由于船上空間有限，這種燃料在執(zhí)行其他地區(qū)預(yù)期任務(wù)方面用途有限。

另一個問題是，新燃料應(yīng)具有與其他國家海軍的“互操作性”。大衛(wèi)·勞埃德稱，在軍事演習(xí)過程中，可能需要加拿大的加油補(bǔ)給艦（AOR）為英國的護(hù)衛(wèi)艦加油。因此，新燃料在“相當(dāng)多的盟國或志同道合的國家海軍中必須有兼容性”。

直到最近，一種潛在的未來燃料才真正被與去碳化和能源轉(zhuǎn)型聯(lián)系起來，那就是核能。大衛(wèi)·勞埃德注意到，有幾個組織正在研究用于商船和海工領(lǐng)域的小型核反應(yīng)堆，在過去12個月里，相關(guān)討論發(fā)生了明顯的變化。

他介紹，“一些較新的核技術(shù)并不依賴加壓反應(yīng)堆?！币虼耍坏┏霈F(xiàn)問題，它們更易受控。這也使得在多個領(lǐng)域都出現(xiàn)了本質(zhì)上更安全的設(shè)計?！?/p>

一如過去，尖端商業(yè)技術(shù)的軍事化應(yīng)用過程，將再度推動軍船設(shè)計和作戰(zhàn)模式的變革。