海軍的潛艇艦隊(duì)和水下戰(zhàn)專家是構(gòu)成深海和海底探索精英小組的重要組成部分。海底和深海是地球上被探索最少的地方，這是美國(guó)海軍研究辦公室（ONR）成員目前尋求在水下戰(zhàn)中取得優(yōu)勢(shì)的下一個(gè)前沿。 海軍水下戰(zhàn)的創(chuàng)新面向域控制，其中包括兩個(gè)重要的發(fā)展領(lǐng)域。正如ONR全頻譜水下戰(zhàn)（FSUSW）計(jì)劃中所述，首先是作戰(zhàn)效能的提高，其次是檢測(cè)能力的提升。

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UUV的供電技術(shù)

提高任何水下平臺(tái)能力的關(guān)鍵是推進(jìn)其供電技術(shù)研發(fā)。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）是領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)無(wú)人水下航行器（UUV）新電源硬件的機(jī)構(gòu)之一。

“蝠鲼”UUV

DARPA及其合作伙伴目前正在研發(fā)的技術(shù)將不再依賴高密度電池，也不會(huì)使用核能。DARPA與ONR在該課題的合作出版物中解釋說(shuō)，“當(dāng)前和未來(lái)海軍的UUV任務(wù)配置范圍更廣，需要更持久的隱形推進(jìn)系統(tǒng)將當(dāng)前10-40小時(shí)的能力延長(zhǎng)到幾天或幾周。僅基于高能量密度電池的當(dāng)前配置和未來(lái)預(yù)期技術(shù)將無(wú)法為任務(wù)完成提供足夠的續(xù)航能力?！毕冗M(jìn)的UUV電源技術(shù)能夠以最大功率運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)，并在理想條件下運(yùn)行1680小時(shí)。與此同時(shí)，最新技術(shù)有望在發(fā)射最小能量密度聲波情況下實(shí)現(xiàn)，以避免被敵方傳感器探測(cè)到。

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混合燃料電池解決方案

ONR提議用燃料電池或燃燒技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)電池。林泰克（Lynntech）公司贊助的一項(xiàng)案例研究也表明，混合燃料電池解決方案是一個(gè)可行的選項(xiàng)。

在混合燃料電池系統(tǒng)中，氫燃料電池由傳統(tǒng)電池支持。氫燃料電池將使用聚合物電解質(zhì)膜（PEM）技術(shù)，其中陰極和陽(yáng)極的組合將氫分子的質(zhì)子和電子分開，PEM迫使電子通過(guò)電路來(lái)發(fā)電。根據(jù)Lynntech公布的研究，較小的傳統(tǒng)電池將根據(jù)有效載荷大小的需要提供補(bǔ)充電力。與此同時(shí)，氫燃料電池將“以穩(wěn)定的速率為基本負(fù)載供電，并在低電量間隔期間為小型電池充電?！?/p>

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有效載荷和有效載荷運(yùn)載系統(tǒng)

除了增強(qiáng)型電力系統(tǒng)外，F(xiàn)SUSW追求更高效能的另一種方式是通過(guò)創(chuàng)新海軍原型（INP）計(jì)劃的3個(gè)2021財(cái)年項(xiàng)目，其中的重點(diǎn)項(xiàng)目是有效載荷和有效載荷運(yùn)載系統(tǒng)。

“有效載荷”可能指的是武器、UUV，甚至是監(jiān)視或傳感器設(shè)備。根據(jù)ONR將現(xiàn)有的和新開發(fā)的硬件和軟件相結(jié)合的戰(zhàn)略，先進(jìn)的有效載荷運(yùn)載系統(tǒng)將與現(xiàn)有的或同時(shí)開發(fā)的UUV集成在一起。在過(guò)去的十年中，將新的有效載荷運(yùn)載系統(tǒng)與海底艦艇上的現(xiàn)有軟件集成在一起的重要一步是引入了靈活有效載荷模塊（FPM）。FPM方法使用一種新的基于網(wǎng)絡(luò)的指揮和控制系統(tǒng)，以促進(jìn)艦艇和各種有效載荷之間的通信，F(xiàn)PM技術(shù)代表了有效載荷集成的一種新模式。

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通信

正如FPM所展示的，有效載荷交付的一個(gè)關(guān)鍵組成部分是通信。用于水下艦艇（包括UUV和潛艇）和空中支援之間傳輸信息的主要機(jī)制是通過(guò)聲學(xué)通信來(lái)完成。聲學(xué)信號(hào)路徑包括水、海床和海洋表面。在海面上，聲納浮標(biāo)通常被用作換能器，或作為將能量從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的設(shè)備，并充當(dāng)空中和海底系統(tǒng)之間的節(jié)點(diǎn)。在接收節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)流從電信號(hào)轉(zhuǎn)換成聲信號(hào)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)放大、調(diào)制，然后解碼。在發(fā)送節(jié)點(diǎn)，轉(zhuǎn)換序列與此相反。

海底通信一直是一個(gè)持續(xù)的挑戰(zhàn)，尤其是海底湍流、內(nèi)波、變化的水團(tuán)、不平坦的海床和自然的海洋噪音都會(huì)對(duì)聲波傳輸造成干擾。然而，意大利國(guó)家研究委員會(huì)智能系統(tǒng)研究所的Sara Pensieri和Roberto Bozzano在《水下聲學(xué)》中發(fā)表文章認(rèn)為，動(dòng)蕩的海洋環(huán)境也可以支持和增強(qiáng)水下聲學(xué)通信。例如，海洋分成不同的層也是聲學(xué)傳輸?shù)囊粋€(gè)主要因素。他們描述了晝夜循環(huán)、季節(jié)和天氣條件如何影響海洋溫度，進(jìn)而導(dǎo)致分層。在較冷的季節(jié)，表層水變得較冷并下沉，使得較暖的水能夠到達(dá)表層。這種水團(tuán)的交換產(chǎn)生了一個(gè)“混合層”，在這個(gè)混合層中，溫度某種程度上是恒定的，均勻的溫度區(qū)域可形成固定的聲速，使得聲學(xué)傳輸強(qiáng)度更加一致。

目前的聲學(xué)和其他海底通信研究考察了在任何條件下實(shí)現(xiàn)這種一致性的方法，特別是通過(guò)遠(yuǎn)程和低速通信技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，以及增加與其他觀測(cè)、通信和有效載荷運(yùn)載系統(tǒng)的集成。

5SonoFlash聲納浮標(biāo)

該領(lǐng)域的一項(xiàng)最新進(jìn)展是泰雷茲公司開發(fā)的聲納浮標(biāo)SonoFlash。SonoFlash代表了下一代基于浮標(biāo)的海底通信，因?yàn)樗哂邢冗M(jìn)的聲學(xué)技術(shù)和多靜態(tài)反潛戰(zhàn)能力。SonoFlash的聲學(xué)創(chuàng)新使其具有主動(dòng)和被動(dòng)聲納功能。被動(dòng)聲學(xué)設(shè)備“收聽”并記錄聲壓級(jí)（SPL），然后可用于計(jì)算空間數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)。

SonoFlash聲納浮標(biāo)

主動(dòng)聲學(xué)信號(hào)設(shè)備以特定頻率發(fā)射信號(hào)，然后量化聲波傳播以及從障礙物反射時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。泰雷茲公司水下系統(tǒng)副總裁解釋說(shuō)：“海軍將重新思考其方法和作戰(zhàn)概念。此外，泰雷斯公司為SonoFlash選擇了3到4KHz之間的低頻……這為最終用戶提供了很大的檢測(cè)范圍。”作為全頻譜水下戰(zhàn)的一個(gè)組成部分，SonoFlash將作為跨平臺(tái)通信系統(tǒng)的一個(gè)不可或缺的節(jié)點(diǎn)，應(yīng)用于諸如近海水下持續(xù)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)（PLUSNet）系統(tǒng)中。PLUSNet是另一項(xiàng)創(chuàng)新，旨在增加和增強(qiáng)海底控制所需的探測(cè)和通信能力。PLUSNet基于分布式傳感器領(lǐng)域的理念。它采用移動(dòng)傳感器，如UUV和無(wú)人機(jī)（AUV），以及Sonobouys這樣的固定傳感器來(lái)創(chuàng)建聲學(xué)和RF網(wǎng)關(guān)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，這些信號(hào)持續(xù)對(duì)環(huán)境情況進(jìn)行報(bào)告，并能夠適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)和環(huán)境的變化。

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檢測(cè)能力

與通信齊頭并進(jìn)的探測(cè)能力是海底域控制的另一個(gè)重要組成部分。從20世紀(jì)40年代開始，海洋的浩瀚和幾乎不可穿透，再加上技術(shù)進(jìn)步，使得潛艇能夠避免被發(fā)現(xiàn)。

然而，隨著雷達(dá)和監(jiān)視技術(shù)變得更加先進(jìn)，保密也變得更加困難。據(jù)防務(wù)制造商斯巴頓（Sparton）估計(jì)，目前至少有41個(gè)國(guó)家正在使用潛艇。

正如ONR和華盛頓大學(xué)的合作者所寫的那樣，“為了應(yīng)對(duì)安靜的海底威脅，傳感系統(tǒng)必須在幾天內(nèi)秘密部署，運(yùn)行幾周到幾個(gè)月，并適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件以提供與載人平臺(tái)相媲美的檢測(cè)、分類、定位、跟蹤和移交切換能力?！边@就是為什么海軍最新的海底計(jì)劃既要側(cè)重于提高探測(cè)能力，又要側(cè)重于利用自己的海底艦艇和平臺(tái)規(guī)避探測(cè)。

改進(jìn)的聲學(xué)技術(shù)有望提升探測(cè)能力，該技術(shù)使用較低的頻率工作，這也是SonoFlash聲納浮標(biāo)的特點(diǎn)。簡(jiǎn)而言之，頻率是對(duì)在給定時(shí)間內(nèi)通過(guò)某一點(diǎn)的壓力波數(shù)量的度量。根據(jù)美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）的說(shuō)法，低頻信號(hào)傳播得更遠(yuǎn)，因?yàn)殡S著聲波的移動(dòng)，它們?cè)谥車h(huán)境中損失的能量比高頻波少，從而使它們能夠傳播更遠(yuǎn)的距離。因此，SonoFlash的低頻傳輸增強(qiáng)了用戶檢測(cè)能力，即因?yàn)閭鬏敺秶h(yuǎn)，增加了檢測(cè)到外來(lái)實(shí)體的機(jī)會(huì)。

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磁異常探測(cè)器

另一項(xiàng)有助于提高海底能見度的技術(shù)是磁異常探測(cè)器（MAD）。這些設(shè)備能夠探測(cè)到地球磁場(chǎng)的微小變化，例如由敵方潛艇船體的鐵磁材料引起的變化。據(jù)華盛頓總部服務(wù)采購(gòu)局稱，MAD可以從無(wú)人機(jī)上部署，截至2019年，美國(guó)正在開發(fā)一種可以從P-8A飛機(jī)上部署的設(shè)備。

審核編輯 ：李倩