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世界海洋技术发展报告

发布时间:2022-09-23 12:23:50 来源:188体育下注 作者:188彩票链接
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  当前,海洋已成为全球竞争的焦点。海洋高技术对海洋认识、开发与保护的支撑作用越加明显,成为各国海洋实力构成的核心要素。在此背景下,世界主要海洋国家和地区围绕海洋权益维护、海洋环境保护、海洋资源开发等领域展开布局,制定国家层面海洋战略规划、加大科技研发投入并积极展开国际合作。2020年,主要海洋国家在海洋运载技术、海洋观测探测技术、深海和极区海洋研究等方面取得诸多突破。

  2020年,发达国家针对海洋科技、海洋环境、海洋观测以及船舶航运等领域出台了一系列规划,旨在引领海洋业务支撑能力和海洋科技实力的发展,维护本国在海洋领域的国际领先地位。

  2020年8月,美国国家海洋和大气管理局发布《海洋、沿海和五大湖酸化研究规划:2020—2029年》(Ocean,Coastal,and Great LakesAcidification Research Plan: 2020—2029),以帮助科学家、资源管理者和沿海社区解决海洋、沿海和五大湖的酸化问题。该规划规定了三个主要研究目标:一是扩展和推进观测系统和技术,加深对酸化趋势和过程的理解;二是了解酸化如何影响重要物种及其生存的生态系统,并提高预测生态系统和物种对酸化和其他压力源的反应能力;三是促进利益相关者及合作伙伴参与该规划的实施,评估需求并生成支持管理、适应和抵抗酸化的产品和工具。

  (2)欧洲海洋局发布《对海洋观测领域预见有贡献的倡议、战略和路线月,欧洲海洋局(European Marine Board,EMB)发布《对海洋观测领域预见有贡献的倡议、战略和路线图的报告》(Report onInitiatives,Strategies and Roadmaps that Contribute to Foresight inOcean Observation)。该报告收集了与欧洲海洋观测和预报有关的主要预见性倡议和文件,并强调海洋观测的复杂性与重要性。报告指出,随着各利益攸关方都认识到海洋观测对于理解气候变化的重要性,海洋观测领域也得以发展。但是,海洋是一个复杂系统,海洋观测在各个层面上相互联系,需要各方协调合作以构建一个更好且可持续的全球海洋观测系统。根据报告的要求,欧洲海洋局将调查海洋观测和预报系统的协调性,并加强区域、国家和国际观测系统之间的相互联系。

  2020年8月,英国国家海洋学中心(National Oceanography Centre,NOC)发布《2022—2025发展战略》(Strategic Priorities 2020—2025)。战略描述了英国国家海洋学中心成为世界上最具创新性的海洋研究机构的愿景,并设定了一系列目标,旨在通过研究和技术开发,推进海洋领域的前沿发展。根据战略目标,英国国家海洋学中心未来将开展以下四个方面工作:一是对海洋进行研究和持续观察,并共享研究成果;二是确保所有人都能获得海洋数据;三是领导和促成国家与国际研究合作;四是就海洋资源和生态保护提供独立的科学和技术咨询等。

  2020年3月,日本船级社(Nippon Kaiji Kyokai,NK)发布“数字化总体设计2030”(ClassNK Digital Grand Design 2030)计划。根据计划,日本船级社拟将其丰富的技术与经验拓展至海事相关业务,并着眼于海事及相关产业的创新。为达成该目标,日本船级社制定了三项基本方针:一是开发以数据活用为基础的新技术服务;二是提供更多元化的认证服务并拓展服务范围,特别是协助应对海洋开发、陆上与海上物流整合式服务等新挑战;三是建立多样化规则,以做足准备面对数字化技术所带来的社会转型和新挑战。

  2020年10月,挪威船级社(Det Norske Veritas,DNV)发布第四版《2050年海事展望》(Maritime Forecast to 2050)报告。该报告旨在增强航运利益攸关方特别是船东的能力,以应对航运业在技术、监管和市场方面的不确定性,并使航运业走上碳减排道路。报告预测,燃料选择是航运业实现碳减排的关键要素。但是,目前很难在众多潜在燃料中选出最终替代燃料。报告预测,在2030年或2040年监管收紧之前,化石燃料中的液化天然气仍将占据相当大的份额。到2050年,氨气和生物甲醇将在市场上占据较大份额,从长远来看也是最具前景的碳中和燃料。

  欧、美、日等海洋强国和地区为推动海洋科技、海洋环保、海上贸易领先,先后颁布了一系列总体发展规划,目的是更加科学、可持续地开发利用海洋,并保持在海洋竞争方面的领导地位。中国是一个陆海兼备的国家,但海洋事业发展时间较短,与欧美国家在上述领域相比还有一定差距。

  为完成海洋大国向海洋强国的蜕变,逐步缩小与美、欧、日等海洋强国和地区的差距,中国应做好以下三点:一是紧密关注国际海洋发展态势,树立全球视野,同时根据国情不断完善海洋科技、经济等领域的发展战略;二是高度重视海洋科技在海洋强国建设中发挥的支撑性作用,科技创新是促进中国深海大洋和极地事业发展的重要动力,要积极推动海洋观测、海洋装备、船舶及气候变化等领域的高精尖技术原创性研发,消除科技瓶颈;三是深度参与国际海洋治理,为全球海洋治理的发展与推进贡献力量,提升在国际海洋事务参与中的影响力。

  2020年新冠肺炎疫情在全球爆发,全面冲击了各国北极事务。不过,尽管疫情对俄罗斯、美国及北欧国家的北极活动造成了严重冲击,但2020年北极仍然表现出趋热趋紧的态势。

  美国智库与空军相继发布北极新战略方针。2020年4月,美国战略与国际研究中心(Center for Strategic andInternational Studies,CSIS)发布《2050年北极大国竞争》(GreatPower Competition in the Arctic to 2050)报告。报告分析评估了中俄两国在北极地区的军事部署和经济发展状况、中俄两国在该地区的联合发展战略及对美国的影响,并提出应对建议:一是加强美国在北极地区的外交和安全存在,增加与北极理事会和北极国家的外交往来,创建北极安全倡议;二是加强科研和可持续经济发展,建立北极科学和可持续经济基金,在国际上带头发展并支持科学和可持续方面的国际规范和协议。2020年7月,美国空军部发布《美国空军部北极战略》(Department of theAir Force Arctic Strategy),概述了美国空军、天军为支持国防战略而在整个北极地区优化空天力量的措施。该战略指出:美国将加强导弹防御监视系统,并与加拿大合作开展研究,以替代老化的北方预警系统;空军、天军可利用阿拉斯加和格陵兰等地的基地所提供的独特地位,投射出可靠、全域的空中和太空力量;制定北极通信路线图,并与美国其他军种及伙伴国合作开发新的通信能力。

  俄罗斯出台多份北极战略发展规划。2020年3月,俄罗斯出台《俄罗斯2035年前国家北极政策基本原则》文件。该份文件阐述了俄罗斯当前在北极地区面临的主要威胁和挑战,提出2035年前在该区的国家政策目标、政策实施领域和主要任务,并确定了落实国家北极政策的主要机制。与俄罗斯此前发布的北极地区发展政策相比,此次出台的政策有三大特点:一是凸显俄罗斯北极战略规划的系统性;二是强调俄罗斯北极开发利用的紧迫性;三是重视政策执行的有效性。该政策明确了俄罗斯属北极地区发展目标、主要方向和具体任务,是新时期指导俄罗斯北极开发的战略性文件。2020年10月,俄罗斯总统普京批准出台《2035年前俄罗斯联邦北极地区开发和国家安全保障战略》(The Strategy for Developing Russia’s ArcticZone and Ensuring National Security until 2035)。该战略阐述了俄罗斯北极地区国防领域、经济领域、社会领域、航运建设和运输基础设施领域、科技领域发展现状,并指明这些领域的未来发展方向,旨在保障俄罗斯在北极地区的国家利益,并落实《俄罗斯2035年前国家北极政策基本原则》中的既定目标。

  俄罗斯大力推进北极地区经济开发。2020年,俄罗斯发布针对北极投资者的一揽子优惠措施,包括在北极地区(摩尔曼斯克)成立首个超前发展区,为北极基础设施建设提供国家补贴,促进北极地区经济发展。同时,俄罗斯北方航道建设也取得进展。2020年9月,俄罗斯诺瓦泰克公司在亚马尔半岛生产并通过北方航道运输的液化天然气总量达70万吨,打破了此前8月份创下的62.3万吨的运输纪录;10月,全球最大的“北极”号破冰船正式入役,并开始在北方航道水域进行引航作业。整体上看,疫情并未从根本上阻碍俄罗斯北极开发步伐,俄罗斯正将北极地区打造成为国家经济的新增长点,将北方航道打造成为国际运输通道。

  美国着力推动阿拉斯加州北极油气开发并取得重要进展。2020年年初,花旗银行(Citibank)和摩根士丹利(Morgan Stanley)等大银行相继表示不再支持北极油气项目,环保组织也反对北极油气开发,且新冠肺炎疫情的全球蔓延严重打击了石业,但特朗普政府仍然在努力推动北极阿拉斯加州油气开发,并取得两个重要进展:一是北极国家野生动物保护区油气开发迈入正轨。2020年8月,特朗普政府批准在北极国家野生动物保护区的石油开发计划。不过,该计划存在诸多法律争议,尤其是随着重视气候变化的拜登政府上台,该区石油开发能否继续还未可知。二是阿拉斯加国家石油储备区(部分位于北极)的油气开发取得重要进展。2020年8月,美国土地管理局(Bureau of Land Management,BLM)发布该储备区Willow Oil项目的环境审查报告,经过公众评议期后该项目有望正式启动。Willow Oil项目成为特朗普政府北极石油开发政策向前迈出的重要一步。整体上,特朗普政府将北极开发作为其执政期间的主要成就积极推进。

  北欧和加拿大积极推进北极基础设施建设和资源开发。在基础设施建设领域,加拿大在哈德逊湾沿岸铺设光纤电缆,同时为北部社区改善互联网宽带项目提供7200万加元资金;芬兰和俄罗斯合资负责的跨北极海底电缆项目也已启动,该电缆不仅是首条跨北极通信线路,也是传输速度最快的通信线路之一。在资源开发领域,经济长期依赖石油的挪威仍大力推进石油开发;格陵兰开放了科瓦内湾的铀矿和稀土矿项目,并在2020年11月决定开放西部海域部分区域用于石油钻探。需要注意的是,北欧和加拿大在加速推进北极开发的同时,同样面临着来自环保组织的压力。但总体上,北欧各国和加拿大政府希望通过北极开发提高其北部地区和自身经济发展水平。

  域外国家积极参与北极开发,并表现出竞争加剧趋势。2020年,韩国三大造船巨头赢得了为俄罗斯红星造船厂(Zvezda)建造破冰船的订单;日本企业帮助俄罗斯诺瓦泰克(Novatek)为“北极LNG-2”项目订购外国船舶并参与前述的跨北极海底电缆项目;中国钻井平台为俄罗斯天然气股份公司(Gazprom)的北极许可区域开展钻探作业。此外,爱沙尼亚、爱尔兰和苏格兰等国也在积极寻求参与北极事务。由于参与北极开发的域外国家越来越多,域外国家之间也面临着竞争,如新加坡试图凭借其优异的造船技术和廉价的劳动力成本与韩国展开竞争,争夺北极威斯汀油田开发设备的中标资格。如何加强域外国家间合作,避免同质化竞争,成为域外国家必须思考的问题。

  2020年以来,美俄持续加强北极地区军力部署,主要表现为军事演习和空中力量建设,彼此针对意味十分明显。双方北极军事博弈恐将进一步升级,相关举动或将对地区乃至全球安全形势产生重大影响。

  军事演习方面,2020年3月,美国海军在位于北极地区的阿拉斯加举行了“冰原-2020”(ICEX-2020)极地联合演习。此次演习为期3周,由美国海军主导,英国、加拿大、挪威和日本四国参加。“冰原”系列演习为美国海军提供了评估其在北极的战备状态并与其他部队、合作伙伴国家和盟国一起训练的机会,以增加在极地地区的作战经验,同时提高在挪威等地的作战能力。2020年3月,俄罗斯北方舰队防空团下辖S-400防空导弹部队开展北极航道防空演习。此次演习演练了从收到来袭警报到发现、跟踪和摧毁假想敌空中目标任务的全过程。S-400是俄军新型远程防空导弹系统,可用于毁伤军机、巡航导弹和弹道导弹,并可打击地面目标。

  空中力量建设方面,2020年4月,俄军驾驶“米格-31”(MiG-31)战斗机在北极进行了低平流层作战任务演习,并在演习中爬升到1.7万米的高空。“米格-31”具备远程打击能力,可以携带“匕首”(Kh-47M2)导弹对远距离海上目标进行精确打击。俄军认为,北极空中走廊尤其重要,潜在敌人有可能从该区对乌拉尔、西伯利亚和俄罗斯中部地区实施打击,而“米格-31”可在北极全空域控制权争夺中发挥重要作用。2020年4月,美国在阿拉斯加埃尔森空军基地(Eielson AFB)部署了首批两架F-35战斗机。F-35战斗机具备较高的隐身能力、先进的电子系统和强大的信息融合能力。2020年9月,美国阿拉斯加州参议员表示,美国将增加阿拉斯加F-35和F-22战斗机的部署数量,预计将达150架。

  随着气候变暖,北极已经从国际舞台的边缘逐渐走向中心,新冠肺炎疫情也并不能从根本上影响这一发展趋势。在北极逐渐发展的进程中,“北极例外主义”已逐渐不再适用,北极和大国关系交织紧密,已成为大国竞争的新地带。2021年,重视气候变化的拜登担任美国总统,重视北极开发的俄罗斯即将接任北极理事会轮值主席国,北极地区的国际关系势必更加复杂。中国是北极重要利益攸关方,只有实时追踪北极发展动态,整体把握北极发展形势,才能更好地维护在北极的利益。

  近年来,蕴藏丰富资源的深海成为新一轮国际争夺目标。同时,6000米以下的深海区还是解决生命起源、地球演化等重大科学问题的前沿领域。深潜(深潜科学考察)、深钻(国际大洋钻探)、深网(海底科学观测网建设)作为当今探索深海的三大手段,在深海探索与开发中发挥着重要作用。2020年,基于深钻、深潜及深网相结合的“三深”技术,不断取得新突破。

  2020年5月,俄罗斯先期研究基金会(Fund for Perspective Research)对外证实,俄罗斯深水潜水器“勇士”(Vityaz)号首次潜入马里亚纳海沟,潜深达10028米。基金会表示,除去下潜和上浮时间,潜水器在海底作业超过3小时,对海床进行了绘图、拍照和录像,为科学家收集了海底环境技术参数。“勇士”号是世界上首台下潜至海洋最深处的完全自主无人潜水器。该潜水器借助人工智能控制仪器可以自动避开障碍,在有限空间中寻找出路并找到其他智能解决方案。

  2020年6月,中国科学院沈阳自动化研究所主持研制的“海斗一号”全海深自主遥控潜水器,在马里亚纳海沟成功完成首次万米海试与试验性应用任务,填补了中国万米级作业型无人潜水器的空白。2020年11月,中国自主研发制造的万米级全海深载人潜水器“奋斗者”号在西太平洋马里亚纳海沟成功下潜至10909米,创造了中国载人深潜新纪录。“奋斗者”号是国家十三五重点研发计划“深海关键技术与装备”专项支持的深海重大科技装备,不仅采用了安全稳定、动力强劲的能源系统,还拥有更加先进的控制系统和定位系统,以及更加耐压的载人球舱和浮力材料。

  日本方面。2020年1月,日本政府宣布,从2021年开始利用“地球”号深海探测船对南鸟岛周边的深海海底稀土进行开采实际验证。“地球”号拥有世界最强的钻探能力,甚至能够钻探到海底7000米以下的矿产。日本政府原本预定于2022年年底开始这项实验,但中国此前提交的第五块专属勘探区已经获得国际海底管理局(International Seabed Authority,ISA)批准,日本准备加快动作抢占先机。

  意大利方面。2020年2月,意大利石油和天然气巨头埃尼集团(EnteNazionale ldrocarburi)开始在阿曼海域钻探第一口深海海上探井。埃尼集团是阿曼第52号区块的运营商,该区块面积约9万平方千米,水深从10米到3000多米不等,是一个尚未开发的地区,有丰富的碳氢化合物储量。

  深海的进入、探测和开发,是一国综合国力和科学技术水平的体现,也是研究生命起源等重大科学问题的制高点。发达国家作为深海领域的先行者,其深海技术已发展得较为成熟,无人/载人深潜器、水下机器人、钻探船及海底观测网等相继问世,不断刷新深海探测深度与广度。中国深海科技虽起步较晚但发展迅速,目前已成为深海领域的后起之秀。以深潜装备为例,中国建造了“蛟龙”号载人潜水器、“海龙”号无人缆控潜水器和“潜龙”系列无人无缆潜水器,“奋斗者”号全海深载人潜水器也创造了中国载人深潜新纪录,成为继日、美之后第3个拥有万米级无人潜水器研制能力的国家。

  在深海尚未实现大规模开发的背景下,中国仍处在战略机遇期,应做好以下工作:一是在“十四五”规划期间,继续加大深海核心技术装备的研发投入,力求掌握深海核心技术,为深海空间拓展、深海安全维护以及深海利益保障提供支撑;二是加大国际合作力度,深海开发尤其是深海资源钻探技术要求高、经费投入大,需要依靠国际合作。中国可依托国际合作培育深海采矿产业,逐步实现深海采矿高端装备设计制造、作业、矿物冶炼以及加工利用的全产业链跨越式发展。

  近年来,随着美国舰船运营和维护成本的增长及国防预算的收紧,无人系统投入占比逐渐增加,特别是海军陆战队对部队结构进行了跨代性重塑,更加重视无人平台的运用。依照国防计划要求,美国将在2021—2025财年为无人水面舰艇领域投入约22亿美元、为无人潜航器领域投入约19亿美元,具体在推动水面、水下力量“无人化”方面的举措主要分以下两个方面。

  2020年1月,DARPA发布“海上列车”项目招标公告,提出将4艘以上中型无人水面艇通过物理连接或编队航行的方式组建“海上列车”。DARPA希望在全程无人工干预的情况下,“海上列车”能够在恶劣海况下航行约6500海里(约合12038千米),抵达任务区域后分解执行任务,能够各自在不同海况下航行约1000海里(约合1852千米),最后再组成“海上列车”返航。该项目将增加无人水面艇航程,提高海军舰队的持续作战能力。

  2020年4月,DARPA发布“无人值守舰船”(No Manning RequiredShip,NOMARS)项目的广泛机构公告,旨在从概念设计审查到初步设计审查和系统定义来探索“无人值守舰船”的设计理念。DARPA希望通过开发一种无须考虑安置船员等相关设计因素的舰船,挑战传统海军平台模式,证明其在尺寸、成本、海上可靠性及海上生存能力等方面的优势,并通过优化船体结构来提高船舶动力效率。DARPA认为NOMARS项目有望将美国海军无人水面舰艇的领先向前推进10年。

  2020年6月,美国国防部长办公室的一项内部研究报告建议投资大型无人潜航器,并建议美国海军投资建造50艘超大型无人潜航器,以大幅提高美国海军的水下观测能力。美国海军希望无人潜航器能够替代传统大型载人潜艇执行一些基本作战任务,以使载人潜艇解放出去执行更复杂的作战任务。作为一款低成本无人武器,超大型无人潜航器在一定程度上填补了美国海军打击武器装备系统的空白,同时还具备应对水雷战、反潜战、反水面作战、电子战和打击任务的突出能力。

  早在2019年,美国海军已向波音公司提供了一份价值4300万美元的合同,购买首批4艘“虎鲸”超大型无人潜航器,后续又将订单增加到5艘。根据美国海军的设想,“虎鲸”可搭载传感器载荷,进行海洋环境观测和情报收集;可搭载战斗载荷,进行布雷/反舰作战,甚至直接威胁到敌潜艇;可搭载通信设备,构建美军的水下传感器和通信网络,为水下作战服务。根据2020年3月美国国会研究服务部发布的报告显示,美国海军计划从2023年开始每年采购两艘“虎鲸”超大型无人潜航器。

  2019年以来,美国海军和海军陆战队开始调整兵力结构,无人装备由于其在执行危险、耗时任务方面的优势,得到美军的重视。当前,美国在缩减航母和水面大型舰艇的同时,不断增加无人水面舰艇和无人潜航器的数量。其中,大型无人水面舰艇装备垂直发射系统单元,主要负责水面战和打击任务;中型无人水面舰艇配备情报、监视、侦察和电子战系统,作为作战网络中的传感器节点;超大型无人潜航器能够前往作战区域,部署有效载荷并返回基地。三类装备的一体化运用成为美国海上作战无人化发展趋势。

  美国之所以如此注重海上无人力量建设,一方面是考虑俄罗斯正逐步恢复海军力量,欲在海军建设上寻求新方向来维持其绝对领先的优势;另一方面是担心中国在无人作战力量研发上实现技术领先。在海上争夺日趋激烈的形势下,为了使中国海军在未来水下无人作战领域占据重要一席之地,中国应分析自身海洋环境特点与实际国情,尽快制定海上无人系统顶层策划,同时加大对海上无人装备研发的支持力度,不断提升研发能力,尽快建立一套适应中国海军武器装备体系和未来作战需求的海上无人系统,助力海洋强国建设。

  近年来,信息技术的不断发展与突破推动了无人船舶从设想走向实际应用。2020年9月,全球市场情报服务机构敏锐市场(Acute Market Reports)发布报告预测自主航行技术和副产品市场规模每年将增长12.8%,到2025年将达到1500亿美元。在无人船时代加速到来的背景下,日韩多举措布局无人船舶市场,并取得阶段性成果。

  2020年4月,韩国现代重工集团宣布与韩国科学技术院共同开发的“现代智能导航辅助系统”(HiNAS)成功安装在韩国航运公司SK Shipping的一艘25万吨载重散货船上。韩国现代重工集团成为全球首家将自动航行技术应用于运营船舶的公司,目标是在未来无人船市场占据主导地位。2020年6月,韩国贸易、工业和能源部(Ministry of Trade,Industry and Energy)表示将花费1600亿韩元(约合1.45亿美元)开发具有三级自主功能(可完全远程控制)的船舶,以期在2025年之前能够运行以最少人数航行的船只。

  2020年5月,日本邮船(Nippon Yusen Kaisha,NYK)成功实现了远程船舶操纵实验。此次实验在东京湾进行,从大约400千米外的陆上支援中心远程操作“吉野丸”号(Yoshino Maru)拖船。陆上支援中心的操作员通过装备在拖船上的传感器和摄像机来识别周边环境,并创建一个路线规划和行动规划。下一步,日本邮船将致力于克服本次实验中暴露的船岸通信问题,进一步改进系统。2020年6月,在日本财团(Nippon Foundation)的全力支持下,汇集航运、造船、船舶设备制造商等40余家日本企业联手合作的“无人船示范联合技术开发项目”(Joint Technological DevelopmentProgramme for the Demonstration of Unmanned Ships)正式启动。日本财团拟在2021财年为该项目提供34亿日元,预计到2040年将有50%的内航船实现无人驾驶。日本用举国之力抢占先机,目的是在未来无人船领域掌握主导权。

  2020年2月,德国航运公司赫伯罗特(Hapag Lloyd)在一艘集装箱船上进行首次生物燃料测试。该生物燃料由80%的低硫燃料油和20%的生物柴油组成,其二氧化碳排放量比传统燃料低90%。赫伯罗特认为,该生物燃料不仅含硫量低,而且在燃烧过程中还能够减少二氧化碳排放量,有助于公司实现碳减排目标。

  2020年5月,日本五家船企与全球船机巨头曼恩(MAN Energy Solutions)联手研发氨燃料船舶,目标是在2024年实现氨燃料船的商业化,并推出日本行业标准,超越同样在开发氨燃料船的中韩企业。氨燃料作为零碳能源,被认为是最有希望实现零碳航运目标的替代燃料之一,能满足更加严格的温室气体排放要求,但目前氨燃料船尚未实现实际应用。此次联合研制氨燃料船舶的项目不仅要开发用氨燃料发动机做动力的船舶,还要实现船舶运营、氨燃料引入及其供应设备的流程化管理。

  2020年5月,英国Bibby船舶服务公司开展Wave Master零碳研发项目,以开发一系列零碳燃料系统。Bibby公司将设计五个替代燃料概念:生物燃料、氢、氨、甲醇和电池动力,并将从技术、环境、经济和法规的角度进行审查,然后对每种燃料进行评估,以制定实施路线图。该项目将支持英国航运业及其他领域的关键发展,旨在为解决当前面临的气候紧急情况做出贡献。

  随着无人化、清洁化理念的兴起及相关政策的推动,无人船舶和环保船舶项目加速落地。欧、美、日、韩等发达国家和地区走在该领域前列,如美国、挪威和以色列等国已经将最先进的智能船舶自主避碰系统应用于各种型号的船舶中。该系统是未来船舶无人化发展的核心保障之一。同时,发达国家在国际海事组织环保条约生效后,率先研发或输出相应环保技术等。

  智能化技术的发展和环保要求的提升使航运业无人化、清洁化成为必然趋势,同时这也是发达国家利用自身技术优势与其他国家拉开距离,巩固其在相关市场的主导地位甚至垄断地位的机遇。对此,中国应紧跟国际潮流,加大投入与研发力度,进行技术积累和技术攻关,尤其是无人船舶中涉及的感知、导航和控制等领域的众多核心技术,力争在船舶绿色、环保、智能化方面实现突破,进一步缩小与美、日、韩等发达国家的差距。同时,中国还可借鉴发达国家的经验,通过交流学习和项目合作等形式,增强自身实力,力争在新一代船舶市场竞争中占领先机。

  2020年,主要海上军事强国继续稳步发展以航母、潜艇及水面舰艇为骨干的海洋防务装备与技术,加速推进主力舰艇的升级换代和关键作战能力的提升,部分装备开始具备新能力。

  航空母舰(简称航母)是一种以舰载机为作战武器的大型水面舰艇,是航母战斗群的核心,是目前世界上最大的武器系统平台,也是一个国家综合国力的象征。2020年,主要国家航母研制工作取得如下进展。

  弹射阻力装置方面。2020年1月,“福特”号(Gerald R. Ford CVN-78)先进阻拦装置(Advanced Arresting Gear,AAG)利用1根阻拦索以约每分钟1架次的飞机阻拦率成功阻拦了5架F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机,测试了战时高强度回收舰载机能力。2020年2月,电磁弹射系统(ElectromagneticAircraft Launch System,EMALS)和先进阻拦装置获准用于“福特”号航母所有目前搭载的舰载机的发射与回收工作。截至2020年6月,“福特”号累计成功完成超过3000架次的舰载机弹射回收,且单日成功完成167架次飞机的弹射回收,打破了此前单日135架次的记录。

  舰载机方面。2020年1月,“福特”号完成了舰载机兼容性测试,涉及T-45“苍鹰”(Goshawk)教练机、E/A-18G电子战飞机、E-2D预警机、C-2A“灰狗”(Greyhound)运输机和F/A-18F“超级大黄蜂”战斗机。2020年4月,“福特”号在大西洋航行期间完成首个航母舰载机替换中队航母资格认证,并完成作战系统海基开发测试,这是首次在对抗环境下对“福特”号综合作战系统的全面测试。

  2020年2月,英国国防部宣布,4架F-35B战斗机在作战训练期间飞越英国水域,在“伊丽莎白女王”号(HMS Queen Elizabeth)航母上完成夜间起降。2020年7月,“伊丽莎白女王”号完成为期70天的海上作战训练,其间共航行约10000海里(约合18520千米),并与英国皇家空军617中队的F-35B战斗机共同进行了舰上昼夜起降训练。此外,英国第2艘“伊丽莎白女王”级航母“威尔士亲王”号(HMS Prince of Wales)拟于2021年开展F-35B上舰试验,并将先行开展“灰背隼”(Merlin)直升机等旋翼舰载机上舰试验。“伊丽莎白女王”级航母配备了世界一流的传感技术,拥有现代化控制装备,是英国有史以来建造的最大军舰,也是世界上最强大的常规动力航母之一。

  2020年12月,法国总统埃马纽埃尔·马克龙宣布启动下一代航母研发。新航母将采用核动力,计划2025年开始建造,2038年投入使用,以替代目前服役的“戴高乐”号核动力航母。据法国海军集团(Naval Group)公布的消息,下一代航母满载排水量为75000吨,舰长约300米,最大宽度为80米,动力装置将采用两台K22型核反应堆,每台功率为220千瓦,三轴推进,最大航速27节,全部舰员为2000人,舰上可搭载SCAF隐身型舰载战斗机30架,预计服役期为40年,总造价在50亿~70亿欧元之间。新一代航母各项指标均优于“戴高乐”号航母。

  2020年1月,印度首艘国产航母“维克兰特”号(Vikrant)的建造进入第3阶段,包括发电机和推进装置等机械设备的安装工作。第3阶段建造工作完成后将开始港口和海上航行试验,以及1年以上的航空试验,其中航空试验将搭载“米格-29k”战斗机进行。“维克兰特”号航母由印度柯钦造船有限公司(Cochin Shipyard LTD,CSL)建造,长约260米,宽约60米,排水量40000吨,航速可达28节,舰载机可达30架以上,将配备远程防空导弹垂直发射系统和早期空中预警雷达,预计于2021年服役。该航母服役意味着印度海军将会有一个实质性的跨越,其军事实力将得到大幅提升。

  2020财年,日本海上自卫队(Japan Maritime Self-defense Force,JMSDF)获得2880万美元拨款,用于“出云”级首舰“出云”号(Izumo)直升机母舰航母化的第1阶段改造,预计于2025年完成剩余改造工作。此外,“出云”级2号舰“加贺”号(Kaga)直升机母舰也将于2022财年开始改造。“出云”级直升机母舰长约248米,宽约38米,排水量24000吨,最多可搭载28架飞机,包括12架F-35B、8架V-22“鱼鹰”(Osprey)倾转旋翼机、8架反潜机或搜救机及14架大型飞机。“出云”级与日本现有的较为先进的驱逐舰未来可能搭配组成一支强大的准航母编队,大幅提升日本海上自卫队的实力。

  2020年8月,韩国国防部发布《韩国2021—2025年国防蓝图》(SouthKorea’s 2021—2025 Defense Blueprint),披露了韩国海军LPX-II航母项目的细节。LPX-II项目将不再定位为两栖攻击舰,而是作为专门搭载F-35B战斗机和旋翼机的轻型航母,这与美国海军前两艘“美国”级两栖攻击舰的用途相仿。2019年7月,韩国参谋长联席会议正式公布了新型轻型航母的建设计划,定名为“下一代大型运输舰计划”,代号LPX-II。LPX-II规划排水量30000~35000吨,飞行甲板长250米,并且在设计之初就完全考虑到搭载固定翼F-35B战斗机的能力,预计将会设计成双层机库并铺设耐热甲板,最多可搭载16架F-35B战斗机。根据最新计划,韩国最早将于2021年开展新一代轻型航母LPX-II的设计和研发工作,并于2030年使其具备初始作战能力。

  核潜艇拥有超强的水下续航能力。核潜艇的出现和核战略导弹的运用,使潜艇发展进入一个新阶段。装有战略核导弹的核潜艇是一支强有力的水下威慑核力量。2020年,发达国家核潜艇研制取得如下进展。

  2020年3月,美国海军授出一份价值1.9亿美元的固定合同,对金斯湾海军潜艇基地(Naval Submarine Base Kings Bay)干船坞进行大修和升级改造,以支持“哥伦比亚”级(Columbia)弹道导弹核潜艇的建造。2020年6月,美国海军将“哥伦比亚”级核潜艇项目确定为最高优先级项目,希望在2021财年采购首艇,2024财年采购2号艇,12艘艇的总采购费用约1098亿美元。“哥伦比亚”级能执行传统海上冲突的支援任务,所载多用途无人潜航器能执行侦察监视、反舰攻击及猎雷扫雷等任务。“哥伦比亚”级潜艇的设计建造将引领战略核潜艇发展的新方向。

  2020年4月,美国海军“弗吉尼亚”级(Virginia)攻击核潜艇Block Ⅲ型最后一艘“特拉华”号(Delaware)、Block Ⅳ型首艇“佛蒙特”号(Vermont)正式服役。2020年8月,Block Ⅳ型第8艘“爱达荷”号(Idaho)在通用电船公司(General Dynamics Electric Boat)开工建造。该级艇在不补充燃料的情况下可运行30年。此外,美国海军2021财年预算申请文件显示,美国海军拟投资10亿美元研发可从陆、海、空多种平台发射的高超声速武器,并将率先装备在配装“弗吉尼亚负载模块”的“弗吉尼亚”级潜艇上。同时,美国海军还打算在“弗吉尼亚”级潜艇上安装高能激光武器,用于对抗无人机和反潜直升机。

  2020年6月,俄罗斯首艘“北风之神-A”级(Borei-A)战略核潜艇“弗拉基米尔大公”号(Knyaz Vladimirr)在北德文斯克(Sevmash)举行服役仪式,正式加入俄罗斯海军北方舰队第31潜艇部队。“北风之神-A”级是俄罗斯海军第四代战略核潜艇“北风之神”级的改进型,长约170米,宽约13.5米,最大潜深480米,排水量24000吨,装备全新通信和探测系统,可携带16枚射程达8000千米的“布拉瓦”(Bulava)潜射弹道导弹及8具533毫米鱼雷发射管,将成为俄罗斯海上战略威慑的支柱。

  2020年6月,俄罗斯多功能核潜艇“亚森-M”级(Yasen)首艇“喀山”号(Kazan)在白海水域完成海试并返回塞沃洛摩斯克,并于2020年年底服役。“亚森-M”级长约121米,宽约13米,潜深520米,排水量13800吨,自持力100天,水下航速31节,配备533毫米鱼雷、水雷及“口径”(Kalibr)、“缟玛瑙”(Onyx)巡航导弹。未来20年内,“亚森-M”级将和“北风之神-A”级核潜艇一起,构成俄罗斯海军力量的核心。

  2020年4月,英国皇家海军第4艘“机敏”级(Astute)攻击型核潜艇“勇敢”号(Audacious)开始海试。“机敏”级潜艇长约96米,宽约11米,排水量6800吨,能携带38种武器和先进的电子设备,既可对付敌方潜艇,又能对水面和陆地目标发动远程精确打击,是英国皇家海军有史以来最先进的潜艇。该级潜艇整体技术和战术性能已接近美国和俄罗斯海军先进攻击型核潜艇的水平。

  2020年7月,法国海军“梭鱼”级(Barracuda)攻击型核潜艇首艇“索芬”号(Suffren)抵达土伦海军基地,开始在地中海海域进行第3次海试,并于2020年11月服役。“梭鱼”级全长约99米,宽约8米,排水量5300吨,拟建造6艘,建成服役后将取代“红宝石”级(Rubis)攻击型核潜艇,成为法国海军未来40年的水下主力军。法国潜艇主要活动于大西洋近海岸水域及地中海,该区域海底海况比较复杂,不太适合大吨位、大体积、大排水量的潜艇。“梭鱼”级同时考虑近海和远洋作战需求,兼备反潜、反舰及对陆打击等能力,堪称最适合法国的一款核潜艇。

  2020年8月,韩国发布《2021—2025年国防中期规划》(Mid-TermDefence Plan for 2021—2025),明确提出要建造一款4000吨级的核动力潜艇。该型潜艇比韩国正在建造的3000吨级常规潜艇吨位更大,并将配备弹道导弹。不过,韩国若要建造核潜艇可能需要修改与美国签署的核协定,该协定禁止韩国将核能技术用于军事目的。

  近年来,大型驱逐舰和护卫舰仍是主要国家的发展重点,且随着技术的不断发展,驱护舰作战功能不断完善,在现代海上战争中同样扮演着重要角色。2020年,大型驱护舰研制进展如下。

  美国打造多功能护卫舰。2020年4月,美国国防部授予美国马里内特海事造船厂(Fincantieri Marinette Marine)下一代护卫舰FFG(X)首舰详细设计和建造合同。首舰拟于2022年开工建造,2026年交付使用。FFG(X)是一型具备防空、反舰、反潜作战能力的多功能护卫舰,强调先进的态势感知和数据传输能力。这些都是分布式作战概念下美军对舰艇平台的必然要求。FFG(X)作为海上分布式作战概念的重要组成部分,将为美国海军作战带来极大的灵活性和能力提升。

  俄罗斯打造全球最强护卫舰。2020年7月,俄罗斯22350型护卫舰首舰“卡萨托诺夫上将”号(Admiral Kasatonov)交付北方舰队。22350型护卫舰能有效打击水面、空中和水下敌军,并在1500千米范围内攻击地面和岸边目标。该舰排水量不大却安装有庞大的武器系统,能够发射各型防空、反舰、反潜导弹及鱼雷,火力远超一般的护卫舰,符合俄罗斯海军水面舰艇近年来“小马拉大炮”的设计思路。未来,俄军若在22350型护卫舰上安装高超声速武器系统,那么该舰的火力将进一步得到提升。目前,俄罗斯方面尚未透露在22350型护卫舰上安装高超声速武器将用于执行何种任务,但推测用于执行反舰任务的可能性更大。

  德国打造小而精悍的轻型护卫舰。2020年1月,德国海军第二批K130型轻型护舰2号舰“埃姆登”号(Emden)开始铺设龙骨。K130型护卫舰全长89米,配备4枚反舰导弹、两套防空导弹系统、1座76毫米主炮和两座27毫米舰炮。传统意义上,舰载导弹和舰艇本身应该达到一定的匹配程度,才可以具备强大的综合作战能力。但是,K130型护卫舰在本身舰艇定位为小型护卫舰的基础上,却装备了重型反舰导弹,是典型的小“舰”大“弹”。除武器搭载能力强大之外,K130型护卫舰还具有一定的隐身功能,能够有效地降低雷达反射信号,只有在距敌雷达较近的地方才能被探测得到。

  2020年2月,澳大利亚海军第3艘“霍巴特”级(Hobart)驱逐舰“悉尼”(Sydney)号交付。该舰为最后一艘“霍巴特”级防空驱逐舰,基于F100型护卫舰设计,标准排水量7000吨,配备“宙斯盾”作战系统,主要承担舰队防空任务,能防御150千米范围内的飞机和导弹攻击。2020年9月,澳大利亚国防部(Australian Government Department of Defence)表示,拟于2024年开始将3艘“霍巴特”级驱逐舰“宙斯盾”基线版本作战系统升级到基线版本,使其具备末段反导能力。“霍巴特”级对于澳大利亚海军意义深远,该舰不仅是澳大利亚历史上首艘采用“宙斯盾”系统的战舰,也将成为澳大利亚海军历史上吨位最大的驱逐舰。

  2020年2月,美国海军成功在“杜威”号(Dewey)驱逐舰上部署首款光学眩目海军系统“奥丁”(ODIN),旨在清除潜在的无人机威胁,从而让战舰在高风险海域航行时更安全。与美国海军已经在舰船上部署的强力杀伤性激光系统不同,“奥丁”是一种低功率激光拦截系统,主要利用激光束让来袭无人机的传感器和摄像头不能正常工作,或者使有人驾驶系统的飞行员瞬间致盲,失去战斗力。该系统由美国海军研究办公室(Naval ResearchLaboratory,NRL)主导研发,对外公开称这是为满足水面舰队需求而研发的一款反情报、监视、侦察武器。该套系统从批准开始构想到实际安装,只用了两年半时间,“杜威”号驱逐舰是该系统的首次部署。

  2020年,海上无人系统装备研制节奏明显加快,主要国家重点推进大中型无人舰艇、无人潜航器研制列装,未来海上无人装备谱系图像日益清晰。在军用领域,多国基于自身海上作战需求,加快海上智能无人装备的研制采办,并推动与有人装备的不断融合;在非军用领域,新型海上无人装备在海底测绘、勘探等领域展现出巨大的应用潜力。

  2020年3月,英国国防部授予普利茅斯大学船舶自主研发公司MSubs 价值100万英镑的合同,为英国皇家海军研制一款长30米、航程3000海里(约合5556千米)的超大型无人潜航器。该型潜航器主要用于情报收集,可在不载人的情况下自动离开船坞,秘密潜入作战区域,续航时间最长可达3个月。此外,该型潜航器还能够感知敌方目标,并向基站传回相关信息,是反潜作战中的重要屏障。

  2020年4月,英国船舶工程设计公司BMT正式发布新一代五体无人水面艇Pentamaran项目的相关概念设计方案。一般的高速艇均为三体船的船体构型,船的主体和侧体构成字母M的形状。Pentamaran在中央船体的两侧各布置两个片体,旨在尽可能降低阻力。测试表明,与单体、双体和三体等传统船体相比,五体船阻力明显降低。新艇可助力英国国防和商用客户执行军事、巡逻、情报监视侦察、反潜战和水文测量等任务。

  2020年2月,DARPA授予洛克希德·马丁公司一份价值1230万美元的合同,用于“曼塔·雷”(Manta Ray)超大型无人潜航器项目的第1阶段研发和演示。“曼塔·雷”是一种长航时、长航程、大载荷及高自主无人潜航器,能在无后勤支持和维护的情况下执行任务。

  2020年11月,美国海军“霸主”无人水面舰艇完成了长达4700海里(约合8704千米)的航行,其中包括在几乎没有人员辅助的情况下从大西洋航行到太平洋。“霸主”项目旨在利用大型无人水面艇增强海军现有有人驾驶战舰的补充能力,提高舰队的作战效能。项目分两个阶段进行:第1阶段将两艘商用快速补给船改装成无人艇,主要对集成自主系统进行研发并对船体和机电系统的可靠性进行升级,相关工作已于2019年9月完成;第2阶段将使用与第1阶段相同的无人艇进行实验,预计于2021财年完成。

  2020年7月,以色列埃尔比特公司(Elbit Systems)完成“海鸥”(Seagull)无人水面艇与“云雀-C”(Skylark C)微型无人机的集成测试,进一步提升“海鸥”无人水面艇的情报搜集和态势感知能力。“海鸥”是一种自主式多用途无人水面艇,采用模块化设计,任务载荷即插即用,可执行反潜战、反水雷战、电子战、海上安全和水下勘测等多种任务。“云雀-C”是一型电动无人机,能够从空中观察目标,进行沿海侦察,执行持续性暗中监视并向陆基控制单元传输可视信息,“云雀-C”的加入扩大了“海鸥”操作员的视线,可协助执行反潜战和扫雷等多项任务。

  2020年10月,澳大利亚国防创新中心(Defence Innovation Hub)向法国泰雷兹集团授出一份价值380万美元的合同,用于支持开发可执行反潜战和持久监视任务的无人水面艇“蓝色哨兵”样艇。该艇部署在水面或水下,用于探测、识别和定位水面/水下噪声或产生声反射的舰船,可在任何天气条件下长时间在大片海域自主巡逻,执行水下情报、监视与侦察任务。除自主探测能力外,“蓝色哨兵”还能利用远程低频水下通信技术与水下平台秘密通信。

  2020年11月,土耳其阿瑞斯造船厂(Ares)和梅特克桑国防公司(Meteksan)公布首艘国产武装型无人水面艇ULAQ的研发进程。该艇原型长11米,有效载荷达2000千克,采用先进复合材料建造,续航力400千米,最大航速35节,配备光电/红外传感器、保密通信设备,以及4枚火箭弹和两枚小型导弹,可执行反潜、反水面舰艇、扫雷、侦察和监视等多种任务。首艇在2020年下水,拟于2021年进行实弹射击测试。

  2020年4月,荷兰国防装备组织(Defence Material Organization,DMO)与瑞典萨博公司(SAAB)签订合同,为荷兰皇家海军采购“海黄蜂”遥控深潜器。“海黄蜂”基于萨博商用遥控深潜器设计,是一种小型遥控式无人潜航器,长1.7米,宽0.5米,高0.4米,重约90千克,由艇体、发电机、手动绞盘和供电装置等组成,可执行水雷探测和侦察等任务。此外,该潜航器是一种经济有效且安全的水下军械处理解决方案,可以识别、重新定位和处置位于水中、港口区域的简易爆炸装置。

  2020年6月,德国常规潜艇制造商蒂森克虏伯船舶系统公司(Thyssen KruppMarine Systems,TKMS)对外展示了最新研发的大型模块化无人潜航器。该潜航器采用电力作为主要动力能源,并安装有燃料电池,必要时通过锂离子电池模块提供动力,可不受气候影响全年全天候运行,将主要应用于民用海事领域。例如,有效载荷运输和部署,海上风能、石油和天然气行业中的应用,以及对北极冰区等海域的勘探等。

  2020年8月,英国SEA-KIT公司建造的无人船Maxlimer完成为期22天的勘测任务,成功绘制大西洋逾1000平方千米大陆架的海底地图。在航行过程中,SEA-KIT通过3颗卫星全程遥控指挥整个航程。利用经由互联网的通信和控制系统,操作员得以远程获取船舶的闭路电视录像、热成像和雷达,同时监听该船周围的实况,甚至与附近的其他人进行通信。Maxlimer号此次测试展示了遥控航行的可行性及安全性,为未来无人船海上勘察奠定了基础。

  2020年11月,俄罗斯联邦工业与贸易部(Ministry of Industry and Tradeof the Russian Federation)公布一项招标,寻求高度自主无人潜航器原型机。根据招标文件,该潜航器研发资金达5亿卢布,试验设计工作拟于2023年10月全部完成,暂定投入使用时间为2024—2025年。招标文件显示,新型潜航器将配备声呐系统和无线米深的水下自主运行至少24小时,水下最大航速至少达到4.9节,可自动避开障碍物,能够在水体密度为1000~1054千克/立方米的水域内进行水底地表及目标测绘,并测量整个潜航作业深度范围内的介质参数。

  2020年12月,印度理工学院开发出一款小型太阳能无人测量船。该船完全由太阳能供应动力,配备用于深度测量的回声测深仪和用于跟踪的机载GPS系统,并且可以添加360度摄像头,以及用于地形测量的光检测和测距激光,即使在浅水区域也能够进行精确的水深测量,并具备远距离实时传输数据的能力。研究人员表示,测量船适用于在交通繁忙的内河航道、港口及珊瑚礁等海域进行测深。

  2020年,海洋电子信息技术发展活跃。海洋监测与探测技术方面,海洋观测新技术、新手段不断涌现,全球海洋观测系统向高密度、多要素、全天候和全自动的立体化海洋观测方向发展。海洋通信技术方面,水下中远距离通信成为技术突破的重点方向,增加可靠的中继节点使水下通信更加稳定高效。海洋导航技术方面,以惯性导航为主,借助航位推算导航、地球物理匹配导航和水下声学导航等技术的水下组合导航成为研究热点。

  2020年7月,日本基金会宣布开展“大洋地势图”(General BathymetricChart of the Oceans,GEBCO)项目下的“大洋地势图海床2030”项目(GEBCO Seabed 2030 Project),拟将1450万平方千米的新观测数据纳入最新的GEBCO网格中。截至2020年年底,全球近1/5的海底已被绘制成地图,新数据显示的面积相当于澳大利亚的两倍。“大洋地势图”项目于2017年推出,目前已累计有133个官方合作伙伴,海床测绘覆盖率已从6%增加到19%。编制一份完整的世界海洋地势图将有助于增强对海洋循环、天气系统、海平面上升、海啸、潮汐、泥沙运输、底栖生物栖息地分布和气候变化等基本过程的认识。

  2020年12月,美国斯坦福大学研究人员开发出一种新型空载声呐水下勘测技术,找到了在不接触水的情况下从机载平台发送和接收声呐信号的方法。声波、雷达在面对水—空屏障时都无法有效传输信息,但研究人员发现,光声方法至少可以在一个方向上突破屏障获得信号。基于此,研究人员开发出一种足够灵敏的光声机载声呐系统。该系统可以检测到从水中向空中传播的信号,并且在记录信号后对其进行软件分析,以创建浸没物体的3D图像。该技术有望应用于海床绘制和海洋生物勘测领域。

  2020年,DARPA授予帕罗奥多研究中心(Palo Alto Research Center,PARC)两份合同,分别获取1500部和10000部分布式传感器。此举旨在推动“海洋物联网”项目,即通过部署大量低成本浮标所形成的分布式传感器网络来对大面积海域进行持久地海洋态势感知。每部智能浮标都包含一套商用传感器,可采集海面温度、海况和位置等环境数据及商业船只、飞机甚至海洋生物的活动数据。浮标通过卫星定期将数据传输到云网络,以便存储和实时分析。

  2020年11月,美国迈阿密大学(University of Miami)提出一种监测全球海平面上升的新系统。该系统利用美国国家海洋和大气管理局全球表层漂流浮标项目中现有的大约1200个浮标的阵列。这些浮标随海流自由漂移,可承载更多传感器来记录海水表面海拔高度,每小时传输一次数据,形成世界各地平均海平面的长期数据集,以更好地了解全球和区域性海平面变化,尤其是评估全球变暖对此造成的影响。

  2020年11月,美国国家科学基金会拨款5300万美元用于开展ARGO(Arrayfor Real-time Geostrophic Oceanography)全球海洋观测网项目中的生物地球化学项目。该资金将在未来5年内为新项目增加500个浮标。这些浮标从海面到水下2000米的深度进行采样,将提供第一张全球海洋化学和生物学地图。浮标采集的数据能够跟踪有关海洋化学和生命的大规模气候变化规律,并在大量沿海监测数据集之间建立联系。

  雷达观测方面。2020年2月,俄罗斯远程无线电科学研究所研发出一款名为Laguna-M的机动式超视距雷达。该雷达能够在多种恶劣天气条件下连续自动地监测和跟踪200海里(约合370千米)以内的逾200个水面目标,并实时传输目标数据。2020年8月,美国毕格罗海洋科学实验室(BigelowLaboratory for Ocean Sciences)与欧道明大学(Old DominionUniversity)的研究成果表明,用激光雷达探测藻类和测量相关指标,能探测的海洋深度最高可达卫星遥感测量深度的3倍。激光雷达通过发出激光脉冲,并计算光束触及微粒和弹回的时间,可以感知海水中的微粒,有望填补太空探测海洋生物能力的空白。

  生物观测方面。2020年9月,DARPA支持的“持久海洋生物传感器”项目进入新阶段。该项目旨在利用海洋生物对周围环境变化的感知能力,加强美国国防部现有基于硬件的海上监控能力。在项目的第1阶段,研究小组验证了海洋生物能够感知到潜航器(或干扰物)的存在,并做出相应反应,包括输出信号或其他可观察到的行为。在项目的第2阶段,研究小组将开发探测系统,用于观察、记录和解释生物的各种反应,并将分析结果作为警告发送到远程用户终端。最终,PALS系统将能够区分目标和其他刺激源,如废弃物和其他海洋生物等,降低虚警率。

  卫星观测方面。2020年11月,美国SpaxeX公司的“猎鹰-9”号火箭将一颗NASA和欧洲航天局联合开发的先进海洋测绘卫星“哨兵-6A”(Sentinel-6A)送入轨道。该卫星由空客公司耗资9700万美元制造,携带多台仪器,可以追踪海平面变化,精确度达到厘米级。依托“哨兵-6A”卫星收集的数据,世界各地的科学家将能够对近海进行更高分辨率的观测,以实现对风暴登陆的更精确预警预报。

  2020年,中国相继成功发射“海洋一号D”卫星和“海洋二号C”卫星。“海洋一号D”与此前发射的“海洋一号C”进行上下午组网观测,打造中国首个海洋民用业务卫星星座,填补中国海洋水色卫星下午无观测数据的空白。此外,“海洋二号C”与此前发射的“海洋二号B”组网,可大幅提升中国海洋观测范围、观测效率和观测精度。

  2020年8月,中国首套全国产化海气界面观测浮标在西太平洋布放,正式开启在深海为期一年的示范运行。该型浮标是由中国国家海洋技术中心主持研发的首套全国产化的资料浮标,采用大深度、高密度、多节点、长期及同步感应耦合剖面观测,填补了中国大深度、高密度、长期实时获取深海剖面观测数据的技术空白,为中国深远海海气界面观测浮标业务化运行奠定了基础。

  2020年9月,由中科院声学所与南京锐声联合研制的深海低噪声毛发阻尼阵列在2020年(第五届)青岛海洋科技国际展览会上首次向全球公开发布。这是中国自主研发的首条完全国产的深海低噪声毛发阻尼阵列,属于海洋探测领域的关键核心技术装备。该阻尼阵列产品在最大工作深度、设备生存能力等一些关键性能指标上有显著提升,已经完全可以替代国外装备,将广泛应用于石油勘探、海洋环境噪声研究及目标探测等领域。

  2020年4月,加拿大渥太华大学(University of Ottawa)研究人员利用量子通信技术,在30米深的湍急水流中成功传输数据,传输速率为每秒72千比特,相当于每秒传送4600字符。量子通信技术曾被用于在静态水流条件下传输数据,是量子理论在创建超安全通信技术手段上的实际应用,其原理是将通信数据存储在脆弱的量子态中,一旦黑客侵入,量子态即刻崩溃避免信息泄露,能够解决目前数字化方式下的数据传输安全问题。

  2020年6月,澳大利亚防务科技集团(Defence Science and TechnologyGroup,DST)采购了索纳尔丹国际有限公司(Sonardyne)研制的BlueComm水下通信系统,并将其装配于在研的海上无人系统。BlueComm是目前水下通信领域唯一一种商用现货解决方案,可在水下几十米甚至几百米范围内以每秒10兆以上的速率无线传输包括视频在内的高带宽战术数据。该系统的调制解调器利用光进行传输和接收数据,因此可以在较低的延迟下提供较高的数据传输速率,不易被声呐探测到,适用于秘密和安全通信。BlueComm将装备在无人系统蜂群、水面无人艇及无人潜航器上,增强海上作战部队的水下通信能力。

  2020年6月,沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学开发出一种水下无线传输系统(Aqua-Fi)。该系统结合了激光器和现成的组件,可以为水下设备建立双向无线连接。在系统测试实验中,研究人员在两台相距几米的静态水中的计算机之间同时上传和下载多媒体,最大数据传输速度为每秒2.11兆字节,往返的平均延迟为1毫秒。未来,若使Aqua-Fi系统在商业领域实现大面积应用,仍需解决激光对准等难题。

  2020年5月,英国推出一款用于无人潜航器的全球导航卫星系统。该系统可承受几千米的水压,在水下准确记录平台位置,适用于遥控水下潜航器和自主水下潜航器。该系列中MiniPod101G型号额定下潜深度为50米,可在靠近水面处工作,并将位置信息传送至2000米外的母船;MiniPod103G和MiniPod106G型号的额定下潜深度分别为1000米和6000米,可与超短基线定位系统等水下声学定位系统结合使用,提供实时监测,实现水面跟踪/回收和丢失资产的重新定位,适用于观测级或深水作业级的遥控水下潜航器。

  2020年9月,法国iXblue公司向法国海军集团(Naval Group)交付Marins惯性导航系统,并将其装备在法国海军新型大型水面战斗舰上。该导航系统基于iXblue的光纤陀螺仪技术,可满足先进战舰的作战需要,即使在全球导航卫星系统信号拒止环境下,仍可提供精确的定位、航向、横滚、俯仰和航速等导航信息。作为导航系统核心的Netans数据分发和处理单元,直接与舰载传感器相连,把获取的数据进行分析和关联后,分发至所有舰载系统。Netans系列产品还被广泛应用于水下自主机器人等各类型水下无人智能系统的导航定位。

  2020年9月,美国应用声学工程公司(Applied Acoustic Engineering,AAE)宣布推出新的超短基线海底定位系统Pyxis USBL。Pyxis USBL是一种便携式、无须校准的系统,能够在到达工作地点后立即部署在任何船只上运行,是AAE公司迄今为止最精确、最远程的海底定位系统。该公司称,该系统非常适用于部署水下机器人以及跟踪磁力计和侧面扫描声呐等短程或远程拖曳传感器。此外,该系统与惯性导航系统相结合,能够进行精确的水下追踪,且具有测量性能。

  2020年11月,美国麻省理工学院开发出一种新的导航系统,无须电池就可在水下进行导航。新系统采用压电材料,这种材料在机械压力之下会释放电荷,压电感应器会利用这些电荷,选择性地反射部分声波。随后,接收器会将收到的反射序列转化成1(已反射声波)和0(未反射声波)组成的二进制代码。由此产生的二进制代码可以携带有关海洋温度或盐度的信息。研究人员称,新系统以及基于相同技术的未来系统可以更好地适用于绘制海底地图,并进行各种自动监测和海底导航。

  近年来,全球气候变暖加速了南北极海冰的融化,南北极潜在的科研、经济及军事价值引起了国际社会的广泛关注,成为各国海洋领域的重点布局方向。2020年,世界主要国家全方位推进极地事业发展,加大极地科考、极地装备、极地监测预警及极地资源开发等方面的投入,力图在这场事关国家未来命运的战略博弈中抢占先机。

  2020年10月,由德国、美国、俄罗斯及中国等20国科学家组成的北极科考团结束逾一年的北极考察之旅返回德国不来梅港,并发布了初步考察结果。考察结果称,北极冬季温度比125年前高约10摄氏度,如果无法改变当前气候变化加剧的趋势,北极将很快出现无冰夏季。此次科考中,各国科学家首次用一整年时间考察北极,旨在通过实地测量并结合卫星收集的数据,改进北极天气和气候预测模型,提高天气预报和海冰预报的准确性,为进一步预测北极气候变化和海冰减少对全球气候变化产生的影响奠定基础。

  2020年6月,俄罗斯太平军舰队水文地理考察船“格洛瓦尼元帅”号(Marshal Gelovani)结束为期3个月的南极考察,回到符拉迪沃斯托克。此次考察航程超过2.2万海里(约合4.1万千米),船员执行了700多次水文气象观测任务。“格洛瓦尼元帅”号成为太平洋舰队第一艘进抵地球南磁极达尔文海域的船只,30年来首次在波罗的海舰队“弗拉基米尔斯基元帅”号(Admiral Vladimirsky)科考船的协助下现场测量了地球南磁极实点。同时,这也是太平洋舰队船只30年来首次进入澳大利亚。

  2020年3月,英国国家海洋学中心(National Oceanography Centre,NOC)与萨里卫星技术有限公司(Surrey Satellite Technology Limited,SSTL)合作发布新的数据集,展示了利用从太空收集的卫星导航信号反射来精确绘制北极和南极海冰范围的方法。这些测量数据来自2014年发射的TechDemoSat-1小型卫星,该卫星上承载了一种利用GNSS反射测量技术来精确测量全球海洋风速的仪器——SGR-ReSI。利用GNSS信号作为雷达源,可以比被动探测法获得更高的分辨率来探测冰边缘,这些信息对于船舶、近海能源、气候和极地冰的研究都具有潜在价值。

  2020年4月,中国第36次南极科学考察队乘坐“雪龙”号和“雪龙2”号两艘极地科学考察船,返回位于上海浦东的中国极地考察国内基地码头,这标志着中国第36次南极科学考察首次“双龙探极”圆满完成。此次考察历时198天,两艘极地科学考察船行程共7万余海里(约合12万千米)。在此次科考中,考察队员分组执行了“海陆空”全方位科学考察。在南极大陆,队员在长城站、中山站和泰山站分别完成了环境化学、气象、激光雷达、高空大气物理和冰川运动等各类观测工作;在南极阿蒙森海,开展了温盐深剖面仪采水、浮游生物垂直拖网、中层鱼拖网等科考作业,并用鱼探仪等走航声学设备和多波束系统进行走航观测;在南极空域,“雪鹰601”固定翼飞机完成业务化观测飞行及科学调查工作,获取了大量航空地球物理探测数据。

  2020年9月,中国第11次北极科学考察队

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