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美国海军近期科技发展与创新动向

新闻来源:中国船检    浏览量:600 秦琦 2017-01-22
        近几年,美国海军以及海军陆战队均制定了一系列关于创新发展方面的战略文件,涉及到网络战、航空力量、颠覆性技术、能源等,其中包括《未来海上创新》、《颠覆性海上技术》、《海军未来海上能力》、《保持海上优势的设计》、《挑战时期的海上创新》、《2015先进技术投资规划》、《远程力量顶层概念》、《2016~2025年海军航空愿景》、《水下战科技2016战略》、《美国舰队网络司令部战略规划2015~2020》《信息主导路线图2013~2028》、《海上动力系统技术路线图》、《海军陆战队远景与战略2025》等。
        美国海军科技战略重点关注以下九个研究投资领域,分别是①确保进入海上作战空间;②自主化和无人系统;③电磁战;④远征战与非常规战争;⑤网络信息主导;⑥平台设计与生存性;⑦功率与能量;⑧武力投送和集成防御;⑨作战人员能力。海军科技投资类别由四个部分组成:第一是发明和创新,第二是跨越式创新(海上原型创新),第三是技术成熟(未来海军能力),第四是应对紧急需求的科技快速响应能力。
        未来重点开发的创新型技术
        美国国防部在2017~2021财年规划《未来几年国防项目》(FYDP)申请投资180亿美元,主要支持国防部原型化、试验及作战验证,其中一部分与海军装备研发与作战能力提升有关。详见表1。(此外还有许多对外保密的支持性能力研发项目)。2017财年国防部研究资金指南列出了7项优先发展的交叉科研领域:自主、应对大规模杀伤性武器、网络科学、数据决策、电子战、工程弹性系统和人类系统。
表1  投资180亿美元的《未来几年国防项目》
主要目标 投资金额 投资项目
应对反介入威胁及制导弹药威胁的双向挑战    超过30亿美元 对陆/舰打击及对空作战武器和概念,以及对现有系统的升级
确保美国在未来制导弹药齐射竞争中取得胜利 约5亿美元 研究具有效费比的方案,以防御、分散及保护关键作战能力和作战地点
确保美国继续拥有世界上最具杀伤力的潜艇及水下力量         至少30亿美元 利用新型水下系统和有效载荷、更佳的传感器来加强威慑
促成协同集成作战能力               约30亿美元 推动发展人机编队能力,发展将复杂系统分解成众多协同运作的、低成本系统的能力
研发网络及电子战能力                超过17亿美元 发展可实时自主感知、学习、回应新型或未知威胁并生成有效对抗措施的认知系统
探索地面战新型作战概念和能力 超过5亿美元 扩大战争沙盘推演,试验新型作战概念、技战术及程序,验证先进能力
        注:来源于《美国防部CTO阐述“第三次抵消战略”的目标、技术领域和投资项目》。
        美国海军和海军陆战队主要的科技创新研发机构包括海军研究办公室(ONR)、海军研究实验室、海军作战中心(包括海军水面作战中心、海军空战中心、海军水下作战中心、太空和海军战系统中心)、海军医疗研究中心、海军研究生院等。从研究经费与研究任务看,根据2017财年资金申请报告,海军研究办公室在基础研究领域关注的重点是舰员、舰船和海洋任务,2017财年海军基础研究申请资金5.23亿美元。2017财年海军应用研究和先进技术开发的资金需求约为8.61亿美元,2017财年应用研究内容主要包括①增强型人力;②企业和平台使能器;③远征战;④兵力健康保护;⑤FORCEnet;⑥功率和能量;⑦海上基地;⑧海上防护;⑨海上攻击等技术。例如海上“系统之系统”中的跨域海上监视与瞄准项目将开发定位导航与授时、通信指挥与控制、网络与后勤系统等多种功能模块分散部署到多种低成本、水上及水下平台的技术,迫使敌投入高额成本进行广域防御。
        重点研发的创新型装备/技术
        美国海军对于新舰艇、飞机、武器系统和信息体系构架的这些投资不仅削减了国防部的许多战略担忧,而且在一定程度上改变了美国制海权的面貌。
        1、正在开发的部分新武备
        美国海军目前正在开发的海军水面战舰武器包括固态激光(SSL)、电磁炮(EMRG)和超高速弹(HVP)等,可以提供近瞬时、大容量、低成本的射击方式,美国国会称,三件武器中的任意一件成功开发和部署,将成为海军舰艇应对敌方导弹的“游戏改变者”,如果三件武器中任意两件或三件完全开发和部署,那么这将是颠覆性的改变。BAE系统公司开发的电磁炮发射速度可以达到6马赫,最大射程为100海里,足以摧毁飞机、导弹以及损坏水面舰艇。由于末段制导,因此它算是弹无虚发的杀伤性武器,2016年美国计划在联合高速舰上安装电磁炮,并且未来计划在DDG-1000上安装电磁炮,还考虑在“阿利·伯克”级Flight IIIX型驱逐舰上安装先进能量武器,预计2020〜2025年将形成作战能力。电磁炮作为舰队防御武器系统,同时匹配激光武器,则可以实现攻防平衡。由诺普吉曼、雷神等公司开发的舰载激光武器波束功率为100〜150kW,可以应对小艇和无人机;未来功率将提高至200〜300kW,将可以应对反舰巡航导弹;如果能够提高至上千功率,则可以应对反舰巡航导弹和反舰弹道导弹。2015年美国海军已在“USS Ponce”号船坞登陆舰上测试了激光武器原型,未来还将在DD-964驱逐舰和DDG-51 Flight III级驱逐舰上验证。美国海军开发的制导超高速弹可以通过口径127mm至155mm的舰炮发射,127mm的超高速弹已经安装在巡洋舰和驱逐舰上,其制导范围为26〜41nm,主要用于反舰战和应对巡航导弹。除此之外,其他攻防武器还包括标准导弹3和6、战斧先进巡航导弹、增程型联合防区外隐身导弹、远程反舰导弹以及可能用于替代鱼叉导弹的海军攻击导弹。远程反舰导弹是一种亚声速隐身反舰导弹,其射程达600〜1000km,可装配于B-1B轰炸机、F/A-18E/F战斗机和水面舰艇,预计2020年左右具备作战能力,将对远程对海精确打击模式产生颠覆性影响。
        电子战和信息化武备的创新方面,海军长期投资于协同作战能力和海军综合防空火控系统(NIFC-CA)为代表的网络武器建设,能够部署E-2D预警机、P-8海上巡逻机、F-35联合攻击机以及其他陆基和海基无人机系统,来自空基、海基和陆基的传感器的数据可用于保障超水平线作战,显著增强海军力量抵达范围。EA-18G“咆哮者”电子战机即将安装下一代干扰装置,水面电子战改进项目负责Block III电子战系统的升级,将为水面舰艇提供应对近水平线威胁的能力。
        此外,在无人机领域,美国海军也进行了大量科技项目研发,例如低成本无人机群技术(LOCUST)项目开展了相关技术研究,利用小型筒式发射无人机组成无人机群压制对手。
        2、正在开发的部分新型舰艇
        从已开发的舰艇看,濒海战斗舰、DDG 1000驱逐舰都是美国研发的突破性战舰。从即将开发的舰艇看,根据美国海军2016年提交的2017财年舰艇建造计划,2017财年将建造7艘舰艇,分别是2艘“弗吉尼亚”级核攻击潜艇、2艘DDG-51级宙斯盾驱逐舰、2艘濒海战斗舰、1艘LHA型两栖攻击舰。根据2017〜2021财年造舰计划,美国海军将建造改进型核攻击潜艇、首艘LX(R)两栖舰艇、TASX(X)拖曳打捞搜救船舶等新研发设计舰艇。TASX(X)目前正在进行设计投标的第一阶段合同,四家船厂接货了NAVSEA的设计合同,该型拖曳、打捞和救援船舶主要为海军提供开阔水域的拖曳,关键要求包括系柱拉力为118t、美国船级社DPS-2或类似的定位能力、甲板最小开阔面积5000平方英尺(464m2)。以下将主要介绍LX(R)两栖舰艇和无人装置。
        ——LX(R)两栖舰艇
        LX(R)项目计划为美国海军建造11艘新一级两栖舰艇,预计2020财年采购首艘LX(R),用于替代12艘“惠特贝岛”级和“哈珀斯费里”级(LSD 41/49)级船坞登陆舰。美国海军在2017财年预算中要求投入640万美元的LX(R)项目研发资金,2016财年美国国会已拨款7550万美元的研发资金和以及2.5亿美元的采购费用。预计LX(R)未来建造方案在英格尔斯船厂和通用动力船厂之间选择。
        据承担过LPD 17船坞登陆舰建造任务的英格尔斯船厂介绍,船坞登陆舰(LPD)可以根据任务和能力需求进行船形优化和修改,形成导弹防御型船坞登陆舰、联合指挥控制舰和医院船等不同版本,LX(R)就是基于LPD 17级船坞登陆舰的架构设计而形成的一种经济型改进方案,提供适合未来全范围任务需求和载荷的合理空间和重量。LPD 17与LX(R)的相同点包括:①船形、机器处所;②船舶总体尺寸;③通道宽度;④倾斜梯子的布置;⑤军械库的布置(设有部队铺位);⑥船上生活的总体高质量;⑦武器性能;⑧车辆面积、登陆艇和航空能力。LX(R)与“哈珀斯费里”级船坞登陆舰(LSD)的区别:①LX(R)车辆装载面积为8000平方英尺(743m2),超过LSD;②部队装载人数为650人,LSD为500人;③总布置进行了改进,以匹配新的任务能力;④采用电力设备和点区域使用液压系统,替代集中式液压系统;⑤显著改善了C4I能力;⑥SWAN网络升级至CANES;⑦采用更多高效装置替代常规空调系统;⑧电子战增强SEWIP和NULKA能力;⑨增强飞行甲板、机库和维护功能。
        ——无人艇
        就海军近期新研发的水下装备而言,海军正在开发两大套系统:一是继续研发性能更高“弗吉尼亚”级Block型核攻击潜艇,新增了一个弗吉尼亚负载模块(VPM),未来有望发射无人艇和无人侦察机,搭载更多巡航导弹,通过核潜艇舰队的升级以提高应对反介入和区域拒止的能力;另一个是即将部署的先进无人水下装置,目前海军正在大量投资用于自主操作的传感器、发电和储能系统以及软件系统,能够实现将无人水下艇打造成迷你潜艇。DARPA推出的“持续反潜跟踪无人艇”(ACTUV)项目研制出可自主航行数月、航程达数千千米的无人水面艇,可持续跟踪低噪声柴电潜艇。2016年7月,Leidos公司完成了美国海军首艘自主持续反潜无人船“SeaHunter”号的初步性能试验,该三体船长40.23m,采用模块化设计。预计2018年交付给美国海军,用于反潜战。
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