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美国海军加强海洋学研究

来源:互联网 责编:大嘴 作者:王华 时间:2008-11-20

气象和海洋信息对海军至关重要
    气象条件对海军活动的影响很大。虽然现代的科学技术在一定程度上可以减轻恶劣气象造成的不利影响,但还不能完全解决。如云雾和降水都能影响雷达波的传播,出现气象干扰回波。气象条件是决定采取何种战术的重要因素。低云妨碍舰艇的目力观测,却是航空兵攻击的良好掩护。雾和不良能见度,妨碍舰艇的航行机动,却是潜艇、快艇等小战术群进行突袭行动的有利条件。大风引起大浪,使舰艇摇摆,影响导弹、火炮和鱼雷的射击,限制小艇的出航。
    海洋条件包括海水的物理性质如温度、密度、盐度和海水透明度等以及潮汐和海流的情况,也是海军活动时必须加以考虑的重要因素。水温直接影响水声器材的使用,例如声纳在冬季的工作距离比夏天长。海水盐度的大小决定了导电性能的好坏,当盐度小于0.006时开口电磁扫雷具就无法工作。海水的透明度影响潜艇和水雷的使用。地中海的透明度较大,为60米,在第二次世界大战时参战的各国在地中海损失了大量的潜艇。潮汐和海流是登陆和抗登陆作战、布雷以及选择舰艇航线时应考虑的重要因素之一。美国海军作为“维护美国全球利益的先锋”,需要具备在全球任何海域执行各种任务的能力。要具有这种能力就要求能够不断地获得世界上各个海域的气象和海洋条件资料。特别是具有重要战略利益的地中海和阿拉伯海湾地区,而这两个海区的地理、气象和海洋环境是世界上最具挑战性的,美国海军第五、第六舰队的行动尤其需要24小时的高清晰度、实时环境观测。
    美国海军已建立一套完整的机构来完成这项任务。美国海军作战部长办公室设有海军海洋学家编制,现任海洋学家为帕尔·托宾少将,还设有海军气象与海洋学司令部。司令部的总部设在密西西比州的斯坦尼斯航天中心。司令部下辖3000余名军官和职员。现任司令是巴伯少将。其下属机构为两个初级中心,分别是美国加州蒙特雷市的舰队数字化气象海洋学(METOC)中心和斯坦尼斯宇航中心的海军海洋学办公室。除此之外还有地区性中心。美国海军太平洋舰队有两个气象和海洋学中心,一个设在珍珠港负责太平洋东部海区,一个在关岛负责太平洋西部海区。大西洋舰队气象和海洋中心在弗吉尼亚州诺福克市。另外在西班牙的罗塔也设有气象和海洋学中心,负责欧洲海区。

对气象和海洋保障要求越来越高
    在过去的20年里,美国海军舰队数字化气象海洋(METOC)中心和海军海洋学办公室为美国海军舰队提供了海洋和气象预报,还进行电磁和声学预报(诸如综合折射效应预测系统IREPS、舰载直升机声距预测系统SHARPS、音响传感器作用距离预测ASRAP),这些预报通过信息通道提供给美国海军部队。美国海军进行了大型数字化建模和预报工作,观测站网所搜集的大量数据对这些建模工作提供了支持。这些站点常常相隔数千千米。然而,尽管气象和地区级规模的模型在不断改进,战地司令官无论是实施目前的战术还是制订长期的计划都要求预报的精度更高、所需时间更短,以增加舰队安全系数、优化决策。
    电磁和能见度条件常常决定了海军战术和灵巧武器的使用。高度设定、对能见度或红外探测的要求、传输通道、雷达盲区和标定目标时的拐点气候等各种数据决定了各种命令和决策。
    声学条件决定了采用主动或被动的战术以及反潜战传感器选择和放置(诸如声纳浮标的类型、形式和间隔)、拖曳阵声纳的深度和主动或被动搜索模式的采用)。各种环境条件每天甚至每小时就发生变化,这要求建立更及时、更新和更稠密的现场的数据采样网,对采样网的要求比过去保障大规模的预报计算工作所需的采样网的要求更高。

研制新型舰载传感器
    从1847年开始,美国海军舰艇一直在航行中测量和搜集海洋和气象数据。当时美国海军观测与海洋学办公室负责人莫里上尉发布指令,要求舰艇进行前沿海洋观测。舰上设有航信士官对温度、压力、风、海情、气象和水深每小时进行观测和记录。舰艇向办公室提交报告,然后得到莫里上尉系列风与海洋图,这些信息受到广泛欢迎,舰长利用风向和海洋,避开不利区域,提高航行速度。在以后的100年中,随着技术的进步,桅杆风向标、浮标、一次性的海水测温仪变得司空见惯。
    从1991年起,在美国空间战系统司令部的PMW185项目的管理下,一套称为舰载气象海洋观测系统(SMOOS)的一体化舰载传感器,已经在美国海军大现行美国海军METOC系统的结构未来美国海军METOC系统的结构型水面作战舰艇上使用。最近由于传感器技术上的进步和传感器的小型化,空间战系统司令部正在进行一项新的设想,准备将该系统改进为SMOOS-R,这是一种外形很小的成套传感器。美国海国的每艘舰艇都将安装该系统,向舰载传感器、武器以及舰上的决策者提供直接的、对用户透明的、综合的数据。

发展新的技术和设备
    为了满足舰队的需求,包括精确打击和先进武器对保障的需求,美国海军海洋学家正在进行新的研究,以达到战场空间内无隙的“点对点”的高解析度METOC参数的实时发送,即战场空间的METOC数据的获得、融合和应用(BMDA-3)。实现这个目标的相应概念称为快速环境估计(REA),在过去的两年中,美国海军一直在第六舰队的负责区域内与北约盟国一起进行研究。美国海军海洋学家正在有计划地发展一套称为MEASUREMETOC空中、水面、水下报告)的设备,作为向战地司令官提供必需的METOC数据的系统。
    为了快速而秘密地测量局部地区关键的高精度的战术METOC参数,美国海军已经部署或正在研制一些舰队传感器。这些参数通过包括安全的网际协议路由器网(SIPRNET)和非安全的网际协议路由器网(NIPRNET)等多种通信路径,发送到各种用户。计划在各种平台上部署大气传感器,包括无人机、SH-60直升机、P-3S反潜机和所有水面舰艇。在空中、水面、水下平台和特种作战小组部署海洋传感器。
    在局部战争决策中需要使用当地数据,如能见度、电磁/电光(EM/EO)和声学测量值。为了与未来的数字化预报模型融合和归档到气象数据库,对部分数据进行了处理。
    METOC传感器数据进入处理和通信设施后,可以供诸如战术自动化任务计划系统(TAMPS),微型机械化工程数据(MEDAL)等舰队任务计划系统中的战术辅助决策(TDA)和METOC辅助决策(MDA)系统使用。
    新研究中的主要创新包括支持直接测量特征的现场传感器的部署,以及从平台传感器上萃取环境参数的转换技术。美国海军现在的研究显示用“宙斯盾”SPY-1和SPQ-9雷达以及SQS-53声纳搜集METOC数据大有希望。诸如背景散射、海底成份、环境噪声和海底沉船等参数,以前一直从历史数据库中获得,现在能现场搜集直接融入战术决策辅助设备。
    近海恶劣的环境使非声学反潜战更加受到美国海军的重视。非声学反潜战的一个重要组成部分是电磁传播环境的评估和利用。基于PC机的雷达在地形上方的传播评价系统最近已经下发美国舰队使用。该系统利用无线电物理光学模型(RPO)和地形抛物线方程模型(TPEM)评价雷达传播的电磁效果。两个模型都能处理多个声探测,为战场空间提供与距离相关的多方位的图像。

试验新的概念和技术
    1996年秋天,北约在混合’96演习中演示了“快速环境估计”概念,混合’96演习是北约快速响应’96演习的一部分。“快速环境估计”的目的是基于正在形成的作战需求,集中于局部的目标区域,进行大量的实时大气、海洋学和海岸调查,为军事战术行动提供数据。
    在进行混合’96演习的几个‘星期中,通过对已有的气候和观测数据的分析,来决定反潜战、水雷战和两栖战战略,缩小登陆海滩的选择范围,提出初步的水雷战和反潜战的战术。在演习前的两个星期,基地就开始搜集详细的数据。在确定的滩头通道进行实时的调查,进行直接的滩头警戒。通过沉船数据库得到有关海底沉船的资料,并用高解析度的卫星图像和5艘水文调查船对以前的海底沉船进行重新检查。检查发现登陆通道中几艘沉船的位置已经变化,遂对其进行了重新定位。这些实时的数据经中继传到海军海洋学办公室下属的作战支援中心(WSC)。
    在作战支援中心,所有的数据都融合到几张特别战术海洋学信息图(STOIC)中,之后将图反馈回战区的战斗指挥官。另外,实时的反潜战数据经中继传到位于西班牙罗塔基地的海军欧洲METOC中心。在该中心,进行特定区域和特定传感器的声学预报,并加载到METOC主页供舰队用户使用。

加强对重点地区的数据收集
    海湾历来是美国关注的重点地区,伊朗1996年举行了有100多艘舰船参加的迄今为止最大的一次海军演习,其中包括两栖登陆演习。先进的“基洛”级常规潜艇也已从俄罗斯运伊朗。 美国认为这对其第五舰队构成潜在威胁。因此美国海军加强了该区域近海特征方面的调查。
    为了深海作业,美国海军在过去几十年中研制了声学模型、海水测温仪和历史的数据库以对作业环境进行充分描述。但有关阿拉伯海湾和亚德亚里海的近海环境特征的现有数据库,总的来说是很不充分的,需要许多调查船工作多年来增加和扩充这些资源。美国海军气象与海洋学司令部的8艘海洋调查船正在这些海区进行调查。美国海军认为大量重要的环境因素及其巨大的可变性,已经对海军提出了如下需求:实时测量这些参数、改进区域模型使其能够进行快速的数据融合并使作战系统随变化的环境来优化。美国海军已经研制出阿拉伯海湾和亚德里亚海的高解析度的模型,现在可以通过海军海洋学办公室的美国国防部高性能计算中心使用。