美国海军海洋测量船发展及使用研究

王 凯，许昭霞，李岳阳，张孟琨

(1.中国人民解放军31010部队，北京100081；2.中国人民解放军61081部队，北京100094；3.中国船舶集团公司第七一四研究所，北京100101)

0 引言

通常来看，海洋环境要素包括海洋气象要素、海洋水文要素、海洋地理要素以及海洋水声要素等，是影响武器装备和海上军事活动的重要因素，对作战行动、军事演习、武器试验、抢险救灾的影响显著。海洋观测则是指利用科学仪器对这些要素进行连续的长期观测，对于海军作战具有重要意义。

现代海洋观测主要由岸基、海基、空基、天基、潜基五维一体观测体系构成，本文重点研究美国海军基于海洋测量船开展海基海洋环境探测的体制机制及技术能力。

1 美国海洋测量船发展现状

美国海军依据任务类型的不同，将其海洋测量船划分为海洋地理调查船（T-AGS）、海洋科学研究船（AGOR）以及水声监视船（T-AGOS）。其中，海洋地理调查船主要用于海洋地质、地貌以及水道测量；海洋科学研究船主要从事海洋气象水文数据搜集，浮标潜器的试验与布放；水声监视船则是专用于水声测量与探测的特种舰船。

目前，美国海军在役海洋测量船17艘，包括海洋地理调查船“帕塞芬德”级6艘、海洋科学研究船“托马斯·格·汤普森”级3艘、“基洛·莫纳”级1艘、“尼尔·阿姆斯特朗”级2艘，以及水声监视船“胜利”级4艘、“无瑕”级1艘。

表1 美国海军海洋测量船Tab.1 U.S.navy oceanographic research ships

2 管理运营模式

管理模式上，美国海军地理调查船（T-AGS）和水声监视船（T-AGOS）由军事海运司令部直接雇佣平民船员进行运营管理。两类船在指挥体制上服从军事海运司令部调遣，服务对象包括美国舰队司令部、海军海洋学部门、水下监视司令部、海上系统司令部、海军战略系统项目办公室、海军特种战司令部、美国环境保护局以及潜艇部队等。人员配置上，船上船员多数是民间雇佣的海员，仅有十几名军方舰长、安全和通讯人员。通常，两类船承担的任务主要包括特别任务和预先配置任务。其中，预先配置任务包括为支撑美国海军海战场环境保障日常对海洋气象、水文等海洋学数据的测量；特别任务则是为了支持美国军事存在的扩张而进行的一系列水道测量、水声环境测量、预警探测等任务。

美国海军科学研究船（AGOR）则由美国海军出资建造，交由大学和科研院所多个部门运营，使用上由国家主管部门统一安排、调度使用，并对一些调查项目给予资助，各个单位用船时需提前申报用船计划。美国利用这种方式提高了海洋调查船的利用率，既满足各项目单位的用船要求，又避免人力物力的浪费。美国大学—国家海洋学实验室系统（UNOLS）是负责该类调查船调度使用的主要单位。该系统下设船舶调度委员会每年会召开一次或多次会议，及时沟通、协调用船需求和船时安排。科学家通过国家大学海洋实验室系统网站提交船时需求申请表，包括计划航次日期、在航天数、调查区域、所需船载调查设备以及所需调查仪器等。用船申请经供资机构和其他项目发起者及同级机构审查后，在预算允许的情况下，船舶调度委员会根据申请者提出的对调查任务和作业海区的要求进行船时安排，经多次协调确认，最终在需求年份前一年年底确定船时计划。

图1 UNOLS组织架构Fig.1 Organization of UNOLS

3 探测能力与技术水平

美国海军海洋测量船依据任务类型不同，其搭载的探测设备也不尽相同。通常，海洋地理调查船搭载有多波束测深系统、海底地质测量测绘设备、海流测绘仪、地磁探测仪等，用于地形地貌勘探及水道测量；海洋科学研究船一般搭载有各类绞车、起重设备、气象水文测量系统、CTD、溶解氧探测计及各类无人潜器，用于海洋气象、水文、生物环境测量；海洋监视船则通过其搭载的拖曳线列阵声呐系统进行水下目标探测及水声数据收集任务。

3.1 海洋环境观测能力

美国海军地理调查船在海洋环境信息采集体系中主要负责针对特定海域开展地理环境数据的调查。其测得的海洋水文数据包含遂行反潜、反水雷封锁作战的关键信息。如“鲍迪奇”号，其每天测得数据高达3200万组，交由美国海军情报系统。基于其测得的资料，美军情报系统制作了亚太海域的战术电子海图与海底地图。“帕塞芬德”级海洋地理调查船是美国海军用于海洋地质、地貌、水道测量的典型舰船，搭载有多种探测装置，用以获取所关注海域的特征信息，其主要设备有：阿特拉斯电子水道测量雷达；1台EM 121A型多波束测深仪，频率为12 k Hz，可实时精确测量海底深度，测量深度为10～11 000 m；1台BATHY-2000型单波束测深仪，频率为12 kHz和33 kHz，用于对多波束测深仪数据进行精度检验，最大探深达12000 m；1台3.5 kHz宽波束浅穿透测量装置，频率为3.5 kHz，能够描绘10000 m深度以内的海底地貌；1套深水地震海底地质构造测绘系统；1台VM-0150型150 kHz海流测绘仪，测量深度可达380 m；1台G811/813型地磁仪，用以测绘地球磁场；1套ICTD电导率－温度－深度探测系统，可探测深达7000 m的整个海洋的电导率，以及绘制温度与深度关系曲线的纵剖面图；1台海水采样器，可对7000 m深的海水进行采样。

美国海军海洋科学研究船在海洋环境信息采集体系中以气象水文测量、海洋实验为主，通常搭载有温盐深仪（CTD）、波浪仪、潮汐、海流及海冰测量仪等水文测量仪器，测风仪、气温、气压、湿度传感器等气象设备，以及PH、溶解氧、油类、海盐等生态化学测量仪。以“亚特兰蒂斯”号为例，其船上配备有6个科学实验室、储存室、3套绞车、3台起重机（起重能力可达42000磅）、工作车间及专门的安置舱，搭载有精确导航系统、海底声呐测绘仪、动力定位系统、卫星通信设备和“阿尔文”号载人潜水器，能够满足全年世界各地气象水文的研究要求，包括下放、拖曳和回收各种设备。此外，船载动力定位系统在作业时能够借助来自全球定位系统声学垂直定位系统、陀螺罗径和风参照系统的输入数据，使船保持在100 m范围内稳定或直线航行。

3.2 水声探测能力

美国海军海洋监视船作为美国海洋情报侦察体系的一部分，则主要用于水下声学环境监测、水文数据测量等任务。通常情况下，美国海军海洋监视船的主要任务是负责对各国潜艇声学特征信息进行收集，对重要海域进行监视，以及对其潜在对手军事活动情报的窃取。战时，其使命任务主要是探测、识别、并跟踪敌方潜艇，海战场环境保障等，特殊情况下也可用于对潜艇作战指令的传达。

美国海军海洋测量船的水声探测能力主要依赖于其所携带的拖曳线列阵声呐系统，“胜利”级、“无瑕”级监视船和“帕塞芬德”级地理调查船均配备有拖曳线列阵声呐系统。其中，监视船主要用于水下目标探测，地理调查船则兼顾海底地貌调查和水下目标探测。其中，“胜利”级安装的是AN/UQQ-2型SURTASS-CLFA系统，“无瑕”级安装的是TL-29A型SURTASS-LFA系统。“无瑕”级搭载的SURTASS-LFA拖曳线列阵声呐系统是一种甚低频主/被动声呐，由洛克希德·马丁公司生产，是目前世界上最先进的声呐系统，具有声信号收集和分析处理的功能。该系统由主、被动2个独立部分组成，系统的LFA（低频主动）部分垂直悬挂在船体下方，向水中发射低频声波。被动部分装有一系列水听器，由缓慢航行的监视船拖曳，用于接收反射回来的声波。

图2 SURTASS-LFA声呐的工作原理示意图Fig.2 Schematic diagram of the principle of SURTASS-LFA sonar

SURTASS-LFA系统低频主动部分重达155 t，高122 m，由18个甚低频发射换能器单元组成，每个换能器能够360°发射声强215 dB的声波，由双体中间的竖井放入水中。被动部分拖缆长1 829 m，声学基阵长度达到2614 m，单次收放需时2 h以上，在拖曳使用过程中一般船速不能超过10 kn，为保持被动部分拖缆保持在同一水平面，要求监视船的航行速度不低于5.6 km/h（3 kn）。

图3 水声汇聚区示意图Fig.3 Schematic diagram of Hydroacoustic convergence zone

被动模式下，在不使用汇聚区效应的情况时，SURTASS声呐可靠探测距离可以达到100 km，使用汇聚区作用的情况时可以达到1 000 km。而主动工作模式下，不使用汇聚区作用距离可提高至450 km左右。SURTASS声呐系统可在航行时有效地探测和跟踪安静型核潜艇及柴电潜艇，母舰上收集到的声学数据将通过卫星终端传给作战舰艇及陆上反潜中心引导反潜攻击。

3.3 信息处理、汇交能力

美国海军地理调查船采集获得的数据首先通过船载数据处理系统进行预处理，处理后的数据通常以2种方式进行汇交：海洋地理数据等非实时数据以光盘的方式进行存储，定期交由美国海军情报系统；实时数据则通过WSC-6超高频卫星通信线路与陆上数据收集中心进行传输。数据汇交至美国海军气象海洋司令部后，再由工作人员进行分类下发。

水声监视船与地理调查船相类似，收集的数据经过舰载数据处理系统处理后，以1/10的低数据率通过卫星数据链与岸基海军海洋信息处理中心进行数据的双向传送。按照分工，惠德贝岛海军海洋处理中心负责从美国西海岸到波斯湾的数据处理、分析和报告；达姆莱克海军海洋处理中心负责从地中海到美国东海岸的数据处理、分析和报告。除上述数据传输方式外，海洋监视船还可利用海上辅中继站与岸基进行信息的双向传送。美国海军岸基信息处理中心在对数据处理、分析后将呈报给海军作战部作为决策参考。最后，经数据处理中心处理的目标信息和决策信息再被传送至海上的作战舰艇。

图4 美国海军海洋监视船情报保障流程Fig.4 Intelligence support process of U.S.navy oceanographic Surveillance ships

美国海军海洋科考船在获得相应的科考数据后，主要通过船载的R2R系统将数据传送给岸基数据中心，再分别汇交至国家地球物理数据中心（海洋地理、地质数据）和国家海洋学数据中心（海洋气象、水文数据）。主要数据类型如表2所示。

3.4 持续作业能力

普遍上讲，美国海军海洋测量船拥有较好的续航性能。其中，海洋监视船战时以跟踪、监视敌方潜艇为主要任务，需要良好的自持力。因此，无论是“胜利”级还是“无瑕”级，其自持力均可达到60 d，足够满足绝大多数任务需要。“帕塞芬德”级海洋地理调查船作为全球级测量船，船长100 m，在12 kn航速航行状态下续航力可达12000 n mile，是全球续航力最好的调查船之一。此外，“托马斯·格·汤普森”级海洋科学考察船，船长83.5 m，12 kn航速下续航力达到了11300 n mile，自持力60 d；唯一一艘小水线面双体船“基洛·莫纳”号续航力也有10000 n mile，能够持续海上作业近50 d。

表2 海洋科学测量主要数据类型Tab.2 Main data types of marine scientific survey

4 部署范围及活动特点

整体上看，美国海军海洋测量船的活动范围涵盖俄罗斯远东地区海域、中国东南沿海、南沙群岛附近海域、西太平洋北部海域、北极圈附近海域、大西洋海域以及世界主要热点海域。然而，美国海军地理调查船和水声监视船依据使命任务不同，活动海域有所区别。

美国海军地理调查船主要活动于全球范围内潜在海战场等重要海域。主要活动海域主要包括美国东西海岸近海、全球关键海道（巴拿马运河、苏伊士运河等），以及我国、印度等东南亚国家的周边海域。其中，“帕塞芬德”级海洋调查船中第3艘“鲍迪奇”号近年来频繁活动于我国东南沿海，活动海域覆盖印度、马来西亚、菲律宾、韩国和日本附近海域。

据美国海军作战部发布的水声监视船年度报告显示，美国海军水声监视船活动范围覆盖太平洋、大西洋、印度洋、地中海等，作业极限纬度约为南北纬60°。据统计，2013年美国海洋监视船年平均作业时间为240 d，维护时间71 d，航渡时间54 d。近年来，美国海洋监视船在我国附近海域活动大量增加，除“能力”号外，其他4艘海洋监视船均长期活动于我国第一岛链附近海域，甚至越过第一岛链对我国南海、东海开展情报侦察活动，对我国潜艇部署及相关军事活动造成巨大干扰。

美国海军海洋科学研究船通常依托所在母港开展调查作业及科考航行。活动范围覆盖太平洋东部海域、太平洋中南部海域、美国东西海岸水域、加勒比海和墨西哥湾、白令海峡和阿拉斯加地区海域、北极圈附近海域等全球大多数海域，具体活动海域依据上一年年底申报计划确定。近年来，“托马斯·格·汤普森”号主要活动于北太平洋，对美国、加拿大西海岸附近海域进行调查；“罗杰·雷维尔”号主要活动于太平洋与印度洋海域，以远洋科学考察为主；“亚特兰蒂斯”号主要承担美国东西海岸近岸海洋科考任务；“基洛·莫纳”号母港位于檀香山火奴鲁鲁港，对环太平洋国家附近海域开展科考调查。“尼尔·阿姆斯特朗”号和“萨里·瑞德”号由于服役时间较短，活动规律尚不明显。

5 启示

5.1 采取军民结合、以民掩军的方式广泛开展调查

美国在海洋调查船的运营管理方面，采取军民结合、以民掩军的方式，海洋科学研究船直接委托民间机构运营管理，加入大学国家海洋实验室系统船队；海洋地理调查船则由军事海运司令部直接运营管理，平时和战时均雇佣大量平民担任船员，由海军文职人员组成的调查队进行调查作业。这些船只打着大学和私立研究机构的旗号，对各国沿岸海域进行调查测量更隐蔽更低调，不容易引起别国注意。这种军民结合、以民掩军的方式，军民融合程度很高，降低海洋调查船运维费用的同时，提高了海上情报获取能力。

表3 美国海军海洋科学研究船航统计（服役期间）Tab.3 Voyage statistics of USnavy Marinescientific research ships(During service)

表4 美国海军海洋科学研究船活动特点Tab.4 Activity characteristics of USnavy marine scientific research ships

5.2 成立跨部门合作组织，制定海洋科学研究设施使用、更新与投资的政策、程序与规划

为推动各联邦机构在海洋科学研究与教育方面的合作，美海军部于1997年建立了国家海洋科学合作机构（NOPP），该机构中有一个跨部门的基础设施组（IWG-FI），由美国海军海洋局、海军研究局（ONR）、国防先期研究计划局（DARPA）先进技术办公室、能源部（DOE）、环保局（EPA）、矿物管理局（MMS）、国家航空航天局（NASA）、NOAA、国家科学基金会（NSF）、美国海岸警卫队（USCG）、美国地质调查局（USGS）等机构人员组成，支撑美海洋科技联合委员会（JSOTC）制定美国海洋科学研究设施使用、更新与投资的政策、程序与规划。

5.3 加强军民共建，巩固水下防御体系建设

美国海军海洋测量船常年在我国沿海活动，对我国潜艇部署、行动及其他军事活动进行跟踪探测。我国需加强对我国沿海渔民的教育与培训，出资建设具备特种作业能力的渔船，对美国海军海洋测量船进行干扰，进一步巩固我国水下防御体系的建设。