2019年世界舰船科技与工业发展综述

2019年世界舰船科技与工业发展综述

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2019年世界舰船科技与工业发展综述


来源:蓝海星智库

作者:寇玉晶 柳正华


2019年,世界舰船工业继续稳步发展,各国/地区尤其重视调整舰船工业结构与能力,推进舰船工业基础的发展;并在主战舰艇、电子装备重点项目、舰载武器技术、反水雷及大型无人系统、舰艇动力技术以及基础性前沿性技术方面取得新进展。

2019年世界舰船科技与工业发展综述

一、战略需求重要进展


1、美国海军发布30年造舰计划

3月,美国海军发布《2020财年海军舰艇长期建造计划》(简称“30年造舰计划”)。新版“30年造舰计划”勾画了新的舰队建设计划。与去年的造舰计划相比,短期内舰艇增速放缓,但能更快达到并维持355艘的舰队规模。然而,扩大生产可能具有挑战性。通用动力公司电船造船厂和亨廷顿·英格尔斯工业公司纽波特纽斯造船厂正以每年两艘的速度共同建造“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇。同时,美国海军即将面临开工建造“哥伦比亚”级弹道导弹核潜艇的任务,1艘弹道导弹核潜艇的建造工作量相当于2艘攻击型核潜艇的工作量。行业和国会官员对供应商基础的脆弱性表示担忧,工作量的增加可能会给供应商带来更大的压力。


2、美国海军制定舰队维修/现代化长期计划

美海军于3月21日向国会提交了2020财年海军舰艇维修和现代化长期计划,该计划是海军2020财年造舰计划的补充,为高效支持海军现有舰队投资提供了框架。该计划分析了2018年《国防授权法案》中355艘战舰的国会政策方向,指出:舰队维修和现代化需要持续和充足的投资以及国有和私营修船企业的密切合作;随着海军355艘战舰计划的进行,需要改变工业基础设施、劳动力和业务流程,以便为未来的工作量做好准备;随着舰队规模、复杂性和年龄的增长,供应链必须提供必要的物质支持,以达到所需战备水平;必须按照适用的舰船等级维修计划开展持续维修工作,才能延长部分舰船的使用寿命,使海军舰艇达到最长使用寿命,以实现海军355艘舰船的兵力目标。

二、造船企业与能力重要进展


1、美国海军专门办公室大力推动210美元的造船厂现代化计划

4月3日,美国海军海上系统司令部(NAVSEA)发布信息称,海军海上系统司令部船厂基础设施优化计划(SIOP)项目办公室(代号PMS-555)将集中协调对美国海军的四个国有造船厂进行资本重组。该办公室成立于2018年6月,目前正在与海军设施司令部(CNIC)和海军设施工程司令部(NAVFAC)合作,对四个国有造船厂的基础设施进行资本重组和现代化升级,包括关键的干船坞修理、恢复所需的船厂设施并优化其布局,以及更换老化和劣化的相关设备。通过执行这一计划,美海军海军造船厂将可提高生产力,更好地支持海军的战备状态。


2、美海军计划利用“数字孪生”技术提升国有修船厂效率

美海军正计划将“数字孪生”引入四家国家船厂,从而使工程师可借助建模和仿真,为船厂确定理想的厂区配置方案,提高生产率。作为美海军为期20年、耗资210亿美元的国有船厂现代化和优化工作的一部分,这项虚拟仿真工作正处于早期阶段,重点是面向工作流程改善和减少无效工时,研究船厂焊接车间、泵管车间、材料仓库、办公空间的新布局。


3、美国诺福克海军船厂开设新的潜艇维修设施

6月14日,美国诺福克海军造船厂(NNSY)启用了新的潜艇维修设施,标志着该船厂朝着实现“船厂基础设施优化计划”的目标迈进一步。新设施靠近诺福克海军造船厂的潜艇干船坞,具有两层结构,底层有多个车间和存储空间,上层有办公室和会议室,该设施将潜艇维修、建造和保障的多个车间整合为一个单一设施。


4、台湾举行本土潜艇建造工厂的动工仪式

5月9日,台湾在高雄港码头举行本土潜艇专用建造工厂的动工仪式。根据计划,高雄台船公司将建造一个可同时容纳3艘潜艇的“造修合一”的封闭式专用工厂,建造工程预计2020年底完成,以实现台湾地区“潜舰国造”的设想。


5、意大利芬坎特里造船公司与法国海军集团推进合资企业事宜

10月30日,意大利芬坎特里造船公司与法国海军集团宣布,将其二者成立的合资企业命名为“Navaris”。这两家国有造船企业旨在通过成立合资企业,在军用舰艇的供应链、研发及测试方面实现互通共享、联合建造和销售军用舰艇。根据双方达成的协议,法国海军集团现阶段正利用芬坎特里造船公司的设计图纸来打造其新型后勤支援舰,未来,双方除了携手升级“地平线”级护卫舰以外,还将共同开发一款新型欧洲巡洋舰。鉴于欧洲船舶工业力量的分散,双方意通过合资企业来整合工业实力从而打造具有全球竞争力的船舶企业。

三、舰船装备与技术重要进展


1、积极开展新型主战舰艇发展,推动装备体系更新换代

各国积极开展新型潜艇研制和改进。2月,新加坡海军首艘218SG型潜艇在德国蒂森克虏伯海洋系统公司造船厂下水并正式命名为“无敌”号,该艇长70米,采用AIP推进,配备了先进的作战系统,能够承载更多的任务载荷。3月,澳大利亚国防部和法国海军集团签订了6.05亿美元未来潜艇设计合同,船体结构细节以及主要系统的布置等设计将根据该合同开展。6月,日本三菱重工公布了代号为“29SS”的新一代常规潜艇的概念设计,该潜艇采用了锂离子电池及更紧凑高效的储能供电系统,在不增加潜艇尺寸的前提下提升了水下续航力,并装备了多种新研系统设备,首艇预计2022年3月服役。7月,法国新一代攻击型核潜艇“梭鱼”级首艇“索芬”号下水,该艇采用了“凯旋”级弹道导弹核潜艇的相关先进技术以及低噪声泵喷式推进系统,计划2020年服役。

积极开展新型水面舰发展及现役舰艇改进。4月,西班牙海军授出5艘F100新型护卫舰建造合同,该舰装备升级的作战管理系统和新型固态S波段雷达,预计2025年交付首舰,2032年前全部交付完毕。6月,俄国防部启动了未来航母战术技术任务书制定工作,计划2023年发布并启动研制工作,新航母将采用核动力装置,预计研发和建造将耗时15年。同月,美国海军计划2025年开始采购下一代大型水面舰,该舰将采用新型船体搭载现役成熟系统,如沿用DDG51 III型驱逐舰的“宙斯盾”作战系统和AMDR-S/SPY-6雷达,DDG 1000的综合电力系统,将比DDG51 III型舰更大,具备足够空间搭载直升机、无人系统、远程武器系统和防空指挥中心等,目前正处于论证阶段。同月,美国海军发布了下一代导弹护卫舰FFG(X)的最终招标书,旨在建造一级具备高端作战能力的小型水面舰,新舰将采用成熟设计与技术,具备较强的防空、反潜、反舰作战能力。7月,美国海军接收首艘装备亨索尔特公司TRS-4D对空/对海监视雷达的“自由”级近海战斗舰“印第安纳波利斯”号,标志着该舰雷达系统完成重大升级改进;同月,韩国海军计划建造新型两栖攻击舰,排水量约30000吨,有望装备滑跃式甲板,预计将在二十一世纪二十年代末服役。8月,BAE系统公司计划在2020年开始为澳大利亚海军建造9艘“猎人”级护卫舰,该舰舰体采用声学静音船体,具有独特的声纳能力、模块化数字设计和开放的系统架构。美国海军计划2025年开始为现役DDG 51IIA型驱逐舰换装雷声公司SPY-6系列防空反导雷达,以提高雷达灵敏度。韩国计划耗资60亿美元用于研发和生产6艘新一代“宙斯盾”型驱逐舰,该舰2020年底前由韩国本土研制,将配备升级的导弹发射系统,预计21世纪30年代中后期开始部署,服役后将显著提升韩国海军的对空探测能力。


2、国外海军舰船电子装备重点项目取得进展

美、印、法积极发展协同指控能力。4月,美国海军研究署计划发展超视距目标指示网络,旨在构建跨军种、跨平台的网络化协同作战能力,不同平台可通过网络协同遂行超视距目标指示与打击任务。5月和9月,印法海军分别完成两艘舰艇间的协同作战试验,由其中一艘舰艇使用另一艘舰艇的目标数据成功发射防空导弹拦截空中目标,其中法国海军还计划发展利用机载传感器数据为舰艇提供目标指示的能力。

美国海军发展新一代舰载雷达。1月,SPY-6(V)1“防空反导雷达”成功完成最后一次弹道导弹防御飞行试验,性能表现与预期完全一致,将按时交付,装备美国海军DDG51 III型驱逐舰。3月,美国海军水面战中心授出2800万美元合同,研发新一代水面搜索雷达,计划2021年完成,该雷达使用最新数字技术及软件定义的架构核心,拥有一整套可扩展、增强并优化其性能的算法,显著增强恶劣气象下的搜索能力,抗电子干扰能力,无人机、潜望镜、漂浮碎片和漂雷等探测能力。5月,美国海军发布新型多任务火控雷达(MMFCR)发展计划,该雷达将融合水平搜索功能和导弹、舰炮火控功能,为改进型海麻雀导弹、“标准”系列导弹、制导炮弹等提供跟踪/照射功能。

美日水下通信技术取得突破。1月,日本海洋研究开发机构与岛津制作所开发出稳定的水下激光通信设备,该设备直径15厘米、高30厘米,双向通信速率达到100兆比特/秒,并可根据海水混浊度调节激光波长,稳定通信速率。4月,美国斯坦福大学演示验证压电晶体甚低频发射技术,利用直径1.6厘米、高9.4厘米的柱状铌酸锂压电晶体发射甚低频信号,在100英尺的距离数据传输速率超过100比特/秒,未来可用于潜艇、无人潜航器等水下作战平台。

稳步开展先进电子战系统或技术研发。5月,“水面电子战改进项目”Block3开始小批量生产,预计2020或2021年交付海军进行测试,该系统具有软杀伤协同能力,可指挥舰载和舷外软杀伤系统。“下一代干扰机”研制顺利,5月,美国海军向诺格公司追加1350万美元、向L-3公司追加1370万美元,用于加速低频段吊舱研发工作,以便在2020年6月开展演示验证;9月,雷声公司向美国海军空中试验与鉴定中队交付首批15个“下一代干扰机”中频段工程研发样机,用于任务系统测试和认证。大力发展分布式电子战技术,6月,海军电磁机动战团队对机载融合技术软硬件实验演示项目开发的样机和软件进行了测试,该系统旨在开发机载电子战任务协同系统,增强MH-60R直升机与舰艇平台的协同电子战能力;7月,美国海军研究署发布“电磁机动战资源分配管理”项目方案征集公告,旨在开发先进的算法和软件,对不同平台的电子战资源进行自适应管理,实现战术层面的自主分布式电子战。


3、新型舰载武器技术稳步发展

欧洲正全力推进舰载战术激光武器研制工作,力求短时间内形成战斗力。英国切实推进“龙火”舰载激光武器发展,预计2020年开始陆上测试,并计划拨款1.3亿英镑支持包含“龙火”在内的三型激光武器研发。2月,莱茵金属公司完成激光武器站综合测试,激光源最大输出功率为100千瓦。3月,MBDA公司在法国建成“通用易损性测试实验室”,用于研究激光武器毁伤性能。8月,莱茵金属公司和MBDA透露,将联合为德国海军开发高能激光武器。

新型舰载防空导弹进入实用阶段。6月,英国23型护卫舰试射“海洋感受器”防空导弹系统,并成功拦截高速掠海飞行的无人机,验证了该导弹系统的有效性。8月,采用主动末制导技术的“改进型海麻雀”II中程防空导弹开始小批量生产,未来,美海军将建成以“标准”-6和“改进型海麻雀”II为骨干的主动末制导型中、远程防空武器体系,突破舰艇火力通道对防空能力的限制,抗饱和攻击能力和对掠海飞行小目标的拦截能力将全面提升。

增程技术推动主力反舰导弹作战能力提升。3月,日本防卫省宣布将进一步提高ASM-3超声速反舰导弹射程,导弹射程将达到400千米。7月,俄罗斯宣布将提升现役Kh-35“天王星”反舰导弹射程,增程后的Kh-35U射程将达到260千米,较当前型号提升一倍。同月,美国防部与洛马公司签署1.75亿美元合同,进一步提升“远程反舰导弹”射程,升级工作预计2022年11月完成。


4、各国积极推进反水雷及大型无人系统发展

反水雷型无人系统持续快速发展。1月,美海军“刀鱼”重型反水雷无人潜航器进入初始小批量生产阶段,该艇是美国海军近海战斗舰反水雷任务包的重要组成部分,可在复杂海洋环境下进行水雷探测、识别、分类作业,共计划采购30艘。6月,泰勒斯公司研制的反水雷演示系统正加快开展集成、试验与鉴定,计划2020年4月交付法国和英国,该系统具备自主探测、分类、识别和清除水雷等能力。9月,美国海军测试了新型反水雷无人水面艇,该艇采用全铝质艇体,可配备多种反水雷载荷,可执行探测、识别、分类和定位等多种扫雷任务。

重点研发大型海上无人系统。1月,俄罗斯海军计划采购32艘可携载核弹头的“海神”核动力无人潜航器,该潜航器具备洲际航程,威力大,能摧毁敌方海军基地。2月,美国海军授予波音公司价值4300万美元合同,建造四艘“虎鲸”超大型无人潜航器(XLUUV),预计2022年6月将全部交付完毕,该潜航器采用模块化有效载荷舱及标准化接口,能进行水雷战、反潜战、水面战、电子战和打击任务。4月,英国国防部将投资330万美元,支持设计、改装和测试超大型无人潜航器,以验证超大型无人潜航器执行情报监视侦查等任务的能力。8月,美国海军披露将建造10艘具备高续航力、模块化功能的大型无人水面舰(LUSV)。LUSV能携带雷达和声呐,配备防空导弹和巡航导弹,具备独立作战或与水面部队联合作战能力。


5、国外舰艇动力技术改造和突破并存

常规潜艇不依赖空气推进(AIP)系统技术取得突破。7月,法国海军集团宣布其第2代潜艇AIP系统(即燃料电池系统)取得重要突破。该系统在模拟作战环境中可持续水下巡航18天,氢气回收利用率达99%,噪声更低。9月,德国蒂森克虏伯海事系统公司发布其潜艇用第四代燃料电池(FC4G),称电池已经完成了70000小时的测试,在可用性、冗余性、隐身性等方面取得了重要进步。

舰船电力系统技术快速发展。1月,美国海军海上系统司令部发布多用途舰载能量库信息征集书,旨在建立一种通用的、模块化、可扩展的中间电力系统,用于高功率舰载定向能武器系统。5月,美国海军开始评估用舰上定向能为无人艇、无人机提供动力的可行性,方案包括建造装备充电垫的快艇,以及使用母船上的定向能系统为水面或空中无人系统无线充电。相关研究预计将在今年稍晚完成,未来还需2~4年开发需求并开展实际测试。6月,美国海军海上系统司令部发布《海军电力和能源系统技术发展路线图》,明确了综合电力系统将从当前的高压交流向中压直流发展,提出将重点发展以储能为核心的能量库系统,并提出了与海上无人系统相关的电力需求。

推进无人潜航器电池及动力系统技术。2月,美国锂离子容错(LiFT)电池系统原理样机进入开发和测试阶段,该电池采用单电池容错的模块化设计,故障少、供给稳定、安全性高,可满足有人艇和无人潜航器需求。3月,美国研制的铝动力系统在条件保障试验罐中首次完成对遥控潜航器的供电演示验证。该系统可与燃料电池系统集成,能量输出是常规电池的10倍,安全性好、比能高,可真正实现水下“加油站”,支持无人潜航器长航时的水下作业。


6、基础性前沿性技术继续取得新进展

新型材料的研发可优化装备的可维修性与隐身能力。1月,韩国材料科学研究院通过在网状多孔氧化铝(RPA)表面涂覆金属钴,制备出了耐高温雷达吸波材料,可降低X波段反射损耗;3月,美国凯斯西储大学的研究人员通过简单热处理使金属氧化在其表面形成一种纳米结构,对特定频段可见光的吸收率超过99%,在电磁屏蔽、隐身等领域具有显著的应用前景。1月,美国西北大学采用微胶囊法开发出一种新型自修复涂层,稳定性好、可快速自修复且能有效防止金属的局部腐蚀。

美国海军加快研发人工智能应用。4月,美国开发出全球首款通过专家学习提供实时舰艇软杀伤自防御方案的辅助决策系统。该系统能根据来袭导弹的类型、数量和方位、速度等信息,快速给出所需的软杀伤对抗措施以及发射时机等辅助决策信息,效果明显优于专家判断。9月,休斯研究所启动“因果自适应决策辅助系统”(CADA)项目,该系统从多源情报中抓取海量数据,利用机器学习技术为海军指挥中心自动生成行动优先级建议清单。11月,美国海军信息战太平洋中心授予帕森斯公司近3亿美元合同,应用最新人工智能/机器学习技术,将不同来源的视频数据进行综合计算机视觉分析,自动提取有价值的情报信息。

四、结语


2019年,各国/地区较为重视发展造船工业基础,通过加大投入、改造船厂设施等方式,推动船厂建设,支撑海军装备发展。平台方面,重点开展新型舰艇的研制和建造;系统设备方面,美欧等海上强国在水下通信、舰艇动力技术以及前沿技术的发展和应用方面不断取得突破。


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