国外北极地区装备技术发展动向
本文由蓝海星智库（ID：SICC_LHX）授权转载，作者：蓝海星：王国亮 魏博宇
在全球气候变暖的影响下，北极冰盖日益消融，北极在资源、交通及地缘战略等方面的价值日益凸显，逐渐成为国际社会关注的焦点，尤其是美俄等北极地区国家，正大力发展极地装备与技术，全面构建极地监视、通信及破冰航行能力，以支撑未来北极地区的战略竞争及军事活动。
一、发展极地探测技术，提高北极监视能力
1. 美国发展“极地态势感知”技术，构建北极持续自主监视能力
2012年，DARPA启动“极地态势感知”项目，以发展冰面、冰下态势感知技术。冰下感知采用水下传感器结合结构、深度和其他测量法，分析部署区域冰下环境的声传播、噪声及非声特征，用于支撑无人系统追踪水下目标；冰上感知采用冰面浮标结合计算机网络、大数据等新技术分析部署区域的电磁和光学现象、海冰分布特征及航道信息，用于支撑无人系统在海冰边缘区或浮冰区对水面舰船等移动物体的监视。“极地态势感知”系统可在30天内快速部署于北极地区，长期存在且无需能源补给，并能通过中继卫星通信系统向远程站点发送感知信息，有望提升美国在极地区域的自主、持续监视侦察能力。
图 1 “极地态势感知”项目概念图
2. 美国发展北极移动式观测技术，为极区军事活动提供保障
美国海军研究署拟在2017-2021财年开发“北极移动式观测系统”（AMOS），该系统由浮标基站、无人潜航器、波浪滑翔者及多种传感器组成，传感器具有低能耗、抗低温特性，能长期自主收集环境数据，并可通过移动式浮标基站向中继卫星系统传输数据信息。“北极移动式观测系统”主要用于北极环境勘测，研究海冰动力学及热力学特性，分析极地水团的循环和演化特征，提高美军对北极海域物理环境的科学认识和预报能力，为极地装备发展和极区军事活动提供保障。
图 2 “北极移动式观测系统”（AMOS）
3. 俄罗斯发展极地声学探测技术，建立领海安全壁垒
目前，俄罗斯金刚石-安泰公司正在研发可用于极地海域的新型反潜探测声纳监听系统。该系统由海基、天基和岸基部分组成：海基系统包括浮标和水下传感器，负责采集水下和水面舰艇的数据信息；天基卫星通信链路负责将数据发送给岸基数据中心；岸基数据中心负责分析处理数据，并将数据分发给用户。该系统预计2017年完成研发，部署后覆盖范围可达数百平方公里，可有效限制竞争对手在俄北极领海等关键海域的军事活动。
二、发展极地通信导航技术，保障极地活动
1. 美国积极发展极地卫星通信技术
2012年，美国海军与海军陆战队联合开发“分布式战术通信系统”（DTCS）。该系统通过由66颗铱星组成的星座提供可靠的通信连接，并利用手持式卫星收发器实现各站点之间的语音、文本及位置信息传输。2012年11月，该系统完成极区环境验证并投入使用，为美军提供极地超视距、全天候移动通信能力。
洛马公司为美国海军研制了“移动用户目标系统”（MUOS）卫星通信系统，共有5颗卫星在轨运行，采用宽带码分多址波形、无线电台和复合网络管理等技术，传输速率是当前卫星系统的16倍，覆盖范围可达北纬89.5度。该系统预计2018年投入使用，将大幅提高美军在极地环境中的通信能力。
2. 俄罗斯研发“北极综合监测系统”，全面保障极地活动
2012年，俄罗斯联邦航天局启动研发“北极综合监测系统”。该系统是用于北极地区环境监视及通信的多功能卫星系统，由3个子系统组成：一是光电监视子系统，由2颗大椭圆轨道卫星“北极”M组成；二是雷达监视子系统，由2颗太阳同步轨道雷达卫星“北极”R组成；三是中继通信子系统，由2颗大椭圆轨道中继通信卫星组成，用于北极地区的政府通信、空中海上航运管理和导航信号中继。该系统预计2017年发射首颗卫星，2018年正式启用。
3. 俄罗斯发展水下“格洛纳斯”通信导航系统
2016年12月，俄罗斯圣彼得堡海洋设备公司完成水下“格洛纳斯”通信导航系统研制。该系统由水下、水面移动和冰面固定3种浮标构成：水下浮标由超短波无线电台、“格洛纳斯”接收机、“信使”-D1M卫星通讯系统、无人潜航器水下通信系统和电源模块构成；水面移动浮标装在可漂浮保护壳内，带有备用电源；冰面固定浮标装在隔热性好、强度高的保温箱内。该系统能在北极冰盖下工作，为无人潜航器等提供毫米级定位能力，并与空中、水面和岸上控制中心实时交换信息。俄罗斯有望以该系统为基础，为无人潜航器等水下作业平台提供定位信息，建立水下监控信息网络，夺取极地水下战主动权。
三、发展新概念破冰技术，提升舰船极地通行能力
1. 芬兰发展“侧向”破冰技术，引领破冰船型创新
芬兰阿克北极技术公司提出“侧向”破冰概念，并设计出“侧向”破冰船型。该船型的两个舷侧采用不同形状设计，利用多部全回转推进器提供侧向推力，使船体斜向航行，用舷侧破冰，提高破冰宽度。2014年，芬兰赫尔辛基船厂完成首艘“侧向”破冰船“波罗的海”号建造并交付俄罗斯，2015年该船在喀拉海完成破冰能力验证，其能以3节航速连续破1.2米厚的海冰。该船型可显著提高破冰效率，为未来多功能型冰区舰船发展提供更多船型选择。
图 3 “波罗的海”号在喀拉海北极冰区海试
2. 俄罗斯发展激光破冰技术，为现役舰船扩展冰区通行能力
2012年，俄罗斯提出激光破冰技术，目前正在开展激光破冰船建造。激光破冰技术利用舰载高能激光器切开冰层，以开辟航道。舰载激光器设计重量小于5吨，工作寿命长达1万小时，功率小于0.2兆瓦，可击穿2米厚的冰层。目前，研究人员已利用长波激光束克服了冰面的反射作用，并可在实验室内切割大尺度冰块，未来激光破冰技术的实用化将大幅提升现有舰船的冰区通行能力。
图 4 激光束切开后的冰层
四、小结
美俄积极发展极地卫星系统，探索低能耗、抗低温的无人系统及传感器技术，用于实现对极地冰区环境及作战空间的持续监视，并为极地装备提供通信导航保障。我国应及早意识到未来在北极地区来自美俄的威胁，可从以下几方面合理规划布局极地装备技术发展，构建新能力，应对未来极地战略竞争与军事对抗。一是构建我国对北极地区的气候及环境的认知能力，掌握各国极地军事行动。二是强化极地通信导航能力，用于保障我国极地交通运输、科学考察、军事活动的安全性和高效性。三是提升舰船冰区通行能力，保障极地资源开采及航运，构建冰区水面军事力量，提升极地作战能力。四是发展新型无人系统，利用其成本低、易部署、可长期运行等特点，构建持久自主的极地态势感知能力，强化极地存在。
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