站在军船设计变革的前沿

英国劳氏船级社

国防技术正在快速发展，未来军舰的基础设计将与目前大不相同。对致力于提供保证服务的船级社而言，要有一套成熟有效的方法，对涉及复杂新技术的概念设计或现有技术的全新应用进行风险评估及验证。

而在LR，相关工作早已顺利推进。LR的军船业务可以追溯到150多年前，仅在过去30年中，就有400余艘海军舰船按照LR标准建造。目前，LR为19支海军提供涵盖军船全生命周期各个阶段的服务。不仅如此，LR早在1999年就首家制定并发布系列军船规则的船级社，并在全球拥有多国海军客户，其范围远超 “五眼联盟”成员。

LR军船业务总监大卫·劳埃德是加拿大皇家海军前军官，有海事系统和海军建筑专业背景。他介绍，直到目前，大多数军船都是船员密集型的。而这也有其充分理由：军船本身具有复杂性，且其职能要求其承担多种经大量训练才能执行的高水平任务。

自主系统

随着自主技术及人工智能、传感器、数字孪生等其他使能技术（enabling technologies）取得重大进展，许多原本由人承担的任务可由自主系统代劳，从而大大减少所需人员数量。这些自主系统能够在减少军船舰员数量的同时不降低其执行任务能力，或通过远程执行危险任务大幅提高舰员的安全性。

大卫·劳埃德表示：“例如，如果你所在的护卫舰（frigate）或轻型护卫舰（corvette）配备了多架无人机（UAVs），在大多数情况下，其所能提供的情报与一架直升机是类似的。 那么，当你不再需要直升机及其所需的机组人员、燃料，船上就节省出更多空间，这意味着同等吨位的军船可以执行更多任务，或更小吨位的军船就能执行当前任务。”

大卫·劳埃德还强调了另一个例子，即扫雷。水下自主航行器（UAVs）可以代替舰员执行这一任务，以减少生命损失潜在风险。此外，在近岸地区，军船极易受到多种形式的不对称攻击，无人驾驶航行器可以在空中、水面或水下场景提供大量的战场感知（battlefield awareness）情报。

“你不可能让舰员乘坐刚性充气艇（RIBs）去完成上述海空立体任务，更不用说（无人驾驶航行器）在减小这些行动对舰员的危险性方面的好处。（采用自主系统的）结果是，现在小型舰艇的能力可与大型舰艇相媲美，甚至较之大幅提高，从而大量减少军船购置及服役期间的各项成本。因此，许多国家的海军现正在考虑用近海巡逻舰（OPV）和轻型护卫舰来代替护卫舰——这即是所谓的轻型护卫舰的崛起。”大卫·劳埃德称。

新设计参数

上述变革是否对军船的设计和舰员配备有重大影响？对此大卫·劳埃德给出了非常肯定的答案。他表示，海军越来越希望减少舰员人数的原因很多，举例来说，包括运维成本及征兵等方面的挑战。然而，即便一艘军船在吨位更小、舰员更少的同时还具备同等或更好的执行任务能力，仍有其他问题需要考虑。

“作为一家船级社，我们必须确保自主系统及其使用技术是安全的，以实现其在海洋和战斗环境下的预期功能。因此，我们制定了《无人船舶系统规范》（Unmanned Marine Systems Code），以帮助（用户）了解自主技术相关风险，包括高度互联的设备和系统所带来的无处不在的网络战争威胁。” 大卫·劳埃德表示。

大卫·劳埃德还介绍了增材制造——也被称为3D打印——如何被用于提高军船可用性并延长船上关键系统的寿命。他解释说，通常情况下，海军不会频繁采购装备，因而军船的寿命很长，而3D打印可以进一步延长军船的寿命。

他表示，“现在我们可以在现场以数字方式制造无法获得甚至是已经过时的部件。实际上，你可以从头开始创造零件。3D打印还可以实现在战场上制造关键部件，这样你不必让船驶回港口或修船厂，或等待复杂的供应链提供一个难以找到的产品，因为要换的可能只是个相对较小的部件。而3D打印提高了效率、降低了成本，还提高了使用可用性（operational availability）。”

增材制造的缺点是，其过程非常复杂，因此很难做好；且需要一定的场地，而在军船上空间通常很宝贵。不过，该技术正在快速发展。大卫·劳埃德称，可以设想，一个多功能的3D打印系统可以被集成在一个标准大小的集装箱中。

他进一步解释说，“如果你有一艘大型军辅船，则可以为其安装3D打印系统，使该船能够向战区的其他军船提供难以获得的备件，从而避免任何供应链的麻烦或时间问题。虽然在新造船阶段还缺乏真正意义上的增材制造的商业案例，但在最大化正常运营时间和延长资产寿命方面已有案例。”

去碳化挑战

随着越来越多的商船运营商根据即将出台的国际海事组织（IMO）法规采用新的低碳燃料，如液化天然气（LNG）、液化石油气（LPG）和甲醇，一些国家已经出台了将对其海军产生影响的政策，促使其预测2050年净零排放的情况。大卫·劳埃德解释说，军船不受船旗国要求或海事组织条例约束，但也介绍了军船采用新燃料的相关挑战。

首先，新燃料必须被证明在船上使用时具有与现有燃料同等安全水平——而在军事背景下，要做到这一点这非常有挑战性。他指出，海军可以进行创新，但其从根本上说并非承担风险的组织。“因此，海军在采用新燃料之前，必须对其进行充分的试验和测试。”

此外，还有一系列问题需解决，如燃料可用性及其体积能量密度。军船通常是重燃料消耗者——因其要保障航速和航行范围，以满足执行任务需要。而采用某种低密度的新燃料很可能意味着，军船要配备容积巨大的油箱以确保其续航力，而由于船上空间有限，这种燃料在执行其他地区预期任务方面用途有限。

另一个问题是，新燃料应具有与其他国家海军的“互操作性”。大卫·劳埃德称，在军事演习过程中，可能需要加拿大的加油补给舰（AOR）为英国的护卫舰加油。因此，新燃料在“相当多的盟国或志同道合的国家海军中必须有兼容性”。

直到最近，一种潜在的未来燃料才真正被与去碳化和能源转型联系起来，那就是核能。大卫·劳埃德注意到，有几个组织正在研究用于商船和海工领域的小型核反应堆，在过去12个月里，相关讨论发生了明显的变化。

他介绍，“一些较新的核技术并不依赖加压反应堆。”因此，一旦出现问题，它们更易受控。这也使得在多个领域都出现了本质上更安全的设计。”

一如过去，尖端商业技术的军事化应用过程，将再度推动军船设计和作战模式的变革。