面向遠海護航的艦船導航裝備發展需求

韓云東， 金良安， 彭術光， 蔣永馨， 周紅進

(1. 海軍大連艦艇學院 航海系， 遼寧 大連 116018； 2. 海軍裝備部水面艦艇裝備局， 北京 100841)

面向遠海護航的艦船導航裝備發展需求

韓云東1， 金良安1， 彭術光2， 蔣永馨1， 周紅進1

(1. 海軍大連艦艇學院 航海系， 遼寧 大連 116018； 2. 海軍裝備部水面艦艇裝備局， 北京 100841)

結合海軍遠海護航的任務需求，在簡要分析護航艦船護航模式、導航裝備等實際情況的基礎上，根據遠海護航海區的水文氣象特點，分析遠海護航特定環境對護航艦船導航裝備的主要影響，從高溫、高濕、高鹽、高塵及長時間工作等不同角度對今后護航艦船導航裝備的發展需求進行有針對性的深入分析，并提出相關的具體要求。

艦船； 遠海護航； 導航裝備； 發展需求

Abstract: The naval distant escort missions and the hydrological and meteorological characteristics of the operation area are introduced. The conditions on board the worships in escort missions and the requirements for the marine navigation equipment are explained. The effects of the environment condition featuring high temperature, high humidity, high salt, high dust, high strength and long working time, on the marine navigation equipment are intensively analyzed, and the specific requirements are put forward.

Keywords: warship; distant escort; navigation equipment; development demand

遠海護航是海軍在國家利益不斷向遠海拓展、海上戰略通道控制權爭奪日趨激烈及海軍自身轉型建設大力向前推進等形勢下遂行的非戰爭軍事行動。[1]亞丁灣護航的主要目的不僅僅是打擊海盜，保障我國商船的安全，更重要的是為遠海防衛作戰積累經驗。目前海軍正處在由“近海防御”向“近海防御與遠海護衛”轉型的關鍵時期，護航行動為加快海軍由近海走向遠海提供了重要的實踐平臺和難得的歷史機遇。[2-4]

對于海軍遠海護航艦船而言，航海導航裝備是重要的艦載裝備，負責向航海部門、作戰指揮系統和各種武器系統提供高精度的艦船位置、速度及姿態等信息，在保證艦船安全航行、充分發揮艦船武器系統的作戰效能方面發揮著極其重要的作用。[5-6]遠海護航任務對艦船航海裝備有著新的影響和需求，因此結合海軍護航實際情況，根據護航海區的水文氣象特點，分析航海導航裝備的發展需求，有利于提高航海導航裝備的遠海保障能力。

1 海軍遠海護航情況

1.1護航艦船概況

自2008年12月至2015年12月，我國海軍先后派出22批次護航編隊，參加護航任務的艦船以導彈驅逐艦、導彈護衛艦和綜合補給艦為主，共計11種型號、36艘。這其中既有服役期較短的艦船，也有服役期相對較長的艦船，雖然都具有遠洋作戰能力，但此前主要在我國近海活動，無長時間在遠海執行遠洋護航任務的經驗。

1.2護航方式

我國海軍護航編隊主要采用伴隨護航、區域護航和隨船護衛等方式護航。[7]

1) 伴隨護航：在亞丁港西南和索科特拉島以北附近海域各置一個匯合點和解護點，護航艦船與被護船舶按約定的時間在匯合點集合，組成護航船隊通過亞丁灣，在解護點解除護航。

2) 區域護航：將亞丁灣和索馬里以東海區(即船舶主要航線附近)分成若干個區域，每個區域由指定的艦船巡邏；通過劃分責任區開展接力護航，一旦有商船在某個區域遭到海盜襲擊，負責該區域的艦船能以最快的速度接近海盜。

3) 隨船護衛：對于航速慢、干舷低、易受攻擊的船舶或裝載有重要物資的船舶，派出由特戰隊員組成的護衛小組，攜帶必要的武器裝備登船護衛。

1.3護航艦船主要導航裝備概況

海軍護航艦船上的導航裝備主要包括無線電導航裝備、電子海圖系統、導航雷達、陀螺羅經、磁羅經、操舵裝置、測深儀、計程儀、氣象傳真設備和其他裝備等10大類，這其中：

1) 無線電導航裝備又包括羅蘭C導航儀、全球定位系統 (Global Positioning System，GPS)衛星導航儀、GPS/GLONASS(Global Navigation Satellite Syetem)組合導航接收機和北斗接收機。

2) 計程儀包括電磁計程儀和復合計程儀。

3) 氣象傳真設備包括氣象傳真機和船舶氣象儀。

4) 其他裝備包括航向裝換裝置、航跡記錄儀、子母鐘、船舶自動識別系統(Automatic Identification System,AIS)、航行告警接收機和航行數據記錄儀等。

2 艦船遠海護航海域情況及其影響

遠海護航是新世紀新階段海軍維護國家安全利益、應對多種安全威脅、完成多樣化軍事任務能力的體現。航海導航裝備保障是圓滿完成遠海護航任務的前提和基礎，因此需注重研究海軍艦船護航區域的水溫氣象特點，探索護航環境對航海導航裝備的影響。[6]

2.1護航區域

海軍護航編隊主要在亞丁灣海域執行護航任務，該海域遼闊，東西長為1 480 km，平均寬度為482 km，面積約53萬m2。我國海軍護航編隊的護航行動主要在亞丁港西南和索科特拉島以北附近海域展開，分別設立商船匯合點和解護點。圖1為護航航線示意，對于進入紅海的船舶，A點為匯合點，B點為解護點；對于從紅海出來的船舶，B點為匯合點，A點為解護點。

2.2護航海域水文氣象特點

圖1 護航航線示意

亞丁灣海域具有熱帶海洋氣候特征，是季風最顯著的海域之一。[7]該海域每年10月至翌年3月盛行東北風；4—5月由東北季風轉為西南季風；6—8月西南季風風力較大，以7月最為強盛；9—10月由西南季風轉為東北季風。受季風影響，該海區內的海流弱、變化多：東北季風期間多為西向流；4—5月開始轉為西南季風控制；9—10月在東北季風的作用下很快轉為西向流。

該海域平均總云量為3～4成，能見度較好，全年平均氣溫25～28 ℃。由于5月份處于季風轉換季節，因此風力較弱，海面高溫高濕，大氣穩定度低。夏季受來自于干燥的非洲大陸沙漠地區的西南風控制，冬季受來自于北部大陸的干冷氣流控制，年降水量僅有100 mm左右。

2.3護航環境對航海導航裝備的影響

亞丁灣護航行動區域主要在北緯5°～8°的低緯度海區，地處熱帶，與國內海區相比存在高溫、高鹽、高濕及高塵的“四高”現象。

亞丁灣海域海表溫度較高，月平均海表溫度都在26 ℃以上，5—6月平均水溫達30 ℃；8月水溫略有下降，為28～29 ℃。在亞丁灣以東，水溫向東迅速下降，至索科特拉島以南和塞拉萊與馬西拉島之間達到最低，約為23 ℃。阿拉伯海及其北部至卡拉奇港海域平均海表溫度也較高，都在20 ℃以上。這使得護航艦船處于高溫環境下，直接影響導航裝備中潤滑油脂的黏度，進而導致轉動部位潤滑效果變差，材料應力疲勞與磨損加劇。

由于平均氣溫高、海水蒸發量大，導致海面空氣濕度比較大；此外，受副高壓氣旋和信風帶影響，副高壓氣旋盛行下沉，氣流不易形成降水，導致海水鹽度較大，海水表層平均鹽度都在36.0‰以上。航海裝備長期在高鹽的環境中工作，設備、器材腐蝕嚴重，對導航裝備電氣絕緣、甲板設備防銹、外觀緊固、機械密封及冷卻效果都有較大影響，尤其是對電子類器材的影響極大。[8]

亞丁灣海域還經常出現大風浪甚至沙塵浮霾天氣，尤其是夏季受到來自于干燥的非洲大陸沙漠地區的西南風控制，空氣中浮塵較多，嚴重影響艦船航行的能見度，既會對導航裝備中的外置設備造成極大傷害，也會給部分設備的冷卻、潤滑和振動等帶來不良影響。

3 航海導航裝備的發展需求

隨著護航任務常態化，研究護航艦船導航裝備保障及護航環境對導航裝備的影響等問題顯得尤為重要。因此，確保航海裝備能在高溫、高濕、高鹽及高塵環境下長時間無故障運行，已成為極為迫切的發展需求。

3.1高溫防護對航海導航裝備的需求

從我國南海至亞丁灣的整個海域溫度均較高，尤其是亞丁灣，屬于亞熱帶沙漠氣候，氣溫常年在30 ℃以上，護航期間白天最高氣溫可超過40 ℃，對航海裝備的影響非常大。

溫度是影響電子裝備中各類元器件功能的主要因素。溫度過高會導致半導體器件的工作點發生漂移、增益不穩定、噪聲增大及信號失真，嚴重時引起熱擊穿；溫度升高會使電阻器的使用功率下降，導致其壽命降低；溫度升高不僅會導致電容量及功率因數等參數發生變化，更主要的是會減少其使用壽命；工作溫度過高會使變壓器及扼流圈絕緣材料的性能下降，減少其使用壽命；對于CPU及GPU等芯片，由于其核心是硅晶片，因此受溫度影響明顯，高溫下容易導致系統頻繁死機。

2) 室外天線等裝置在高溫環境下工作也容易出現絕緣漆老化現象，從而導致裝備發生故障。因此，在研發航海導航裝備時必須充分考慮高溫防護的需求：一方面要做好導航裝備中室外裝置的抗高溫處理；另一方面要做好導航裝備工作環境的控制，普遍安裝空調以控制溫度。

3.2高濕防護對航海導航裝備的需求

航行海域和護航海域的濕度均較大，尤其是亞丁灣海域，盡管降水量不大，但每天夜間的相對濕度均在95%以上。高濕度帶來的影響主要有：

1) 室外裝備(如無線電導航裝備天線、氣象傳真裝備傳感器和分羅經等)的內部元件絕緣值降低，導致電容、電感及半導體元件容易損壞或被擊穿；此外，元器件阻值在高濕度環境下降低會增加電源模塊的負荷，從而增大電源模塊發生故障的概率。

2) 駕駛室內有空調，氣溫較低，兩舷水密門的每次開關都會導致駕駛室操舵裝置、導航雷達等裝備的表面與機箱內部的溫差發生變化；室外接近飽和的空氣遇到低溫的裝備，水汽馬上凝結成水珠附著在裝備面板上和密封不嚴的機箱內部，導致元器件的阻值及整個電路絕緣的電阻降低,內部部分電路甚至出現短路現象，容易燒毀元器件而使電路板發生故障；即使電路板未發生故障也會增加電源模塊的負荷，導致電源模塊的使用壽命降低、故障率升高，該現象在護航期間尤為明顯。

因此，在航海導航裝備的模塊組成、電子電路、操作面板及線路布設的設計與研發過程中充分考慮高濕防護的需求：一方面，在裝備元器件的選用上注意對高性能的要求；另一方面，針對室外設備要適當增加防護罩或保護涂層；此外，使用時應嚴格按照使用保養規則操作。

3.3高鹽高水溫防護對航海導航裝備的需求

由于降水少、氣溫高、蒸發多，亞丁灣海域的鹽度常年在35‰以上，水溫有時在32 ℃以上，高鹽和高水溫主要導致以下2個問題：

1) 增加對計程儀桿絕緣層的腐蝕，這樣容易導致絕緣層的使用壽命降低；一旦絕緣層被完全破壞，會導致感應器進水燒壞。

2) 大風浪航行，上層建筑上浪之后，海水蒸發后的鹽對各無線電導航裝備天線、氣象傳真裝備傳感器及分羅經等有一定的腐蝕作用。

因此，在航海導航裝備研制過程中必須充分考慮高鹽和高水溫防護的需求：適當增加絕緣層的涂層厚度，增強抗腐蝕能力；對上浪后的航海導航裝備進行必要的淡水沖洗。

3.4高塵防護對航海導航裝備的需求

亞丁灣海域6—9月下旬塵霾天氣相當嚴重，艦船在幾個小時之內就會附著厚厚的塵土，帶來的主要影響有：

1) 灰塵過厚會削弱艙面天線及傳感器接收信號的靈敏性，嚴重影響GPS，AIS及氣象傳真機等設備接收信號的能力。

2) 塵土會隨轉動部位的轉動與滑油混在一起，導致活動部位的摩擦力增大，進而使帶動其轉動的電機的負荷增加，故障發生概率增大。

因此，在航海導航裝備(尤其是室外裝備)研制過程中，必須充分考慮對高塵防護的需求：一方面在室外轉動部分增加防護罩設計，提高抗塵防護能力；另一方面加強塵霾天氣過后的清潔工作，保持裝備表面的清潔。

3.5大風浪防護對航海導航裝備的需求

6—9月下旬，阿拉伯海和亞丁灣東部處于西南季風期，長期存在大風浪海況，浪高最高可達5～6 m，冬季在孟加拉灣和我國南海又會遇到大風浪海況，因此整個護航期以大風浪海況為主，對裝備的影響也較明顯。

1) 艦船頻繁大幅度縱橫搖會導致平臺羅經力矩電機經常處于高負荷狀態，故障發生概率增大。

2) 艦船大幅度搖擺會導致各航海裝備電路板、各電器元件松動，從而導致接觸不良或產生較大阻值，引起難以預料的后果。

3) 大幅度搖擺對處于關機狀態的陀螺羅經的陀螺球損害較大。

因此，在航海導航裝備研制過程中，要加強對裝備電路板、各電器元件的防震和防松脫處理；對于陀螺羅經等裝備，應在強化硬件的同時加強人員使用培訓，提高應對不同情況的裝備操作能力。[9]

3.6長時間連續工作對航海裝備的需求

護航時，陀螺羅經、操舵裝置、電子海圖系統、航跡記錄儀、GPS及AIS等裝備需長時間連續工作，而護航與正常航行的主要區別在于護航的連續航行時間長，經常會連續1～2個月。由此，這些裝備會因工作時間非常長而帶來以下問題：

1) 連續工作與按規定停機保養之間存在沖突。

2) 長時間工作，裝備元器件長期處于高溫疲勞狀態，加速元器件的老化，時間越長，出現故障的概率就越大。

因此，在航海導航裝備研制過程中，要選擇抗老化特性更優的元器件；同時，應制訂遠航期間的裝備使用保養規則，以適應遠海護航任務的特點。[10]

4 結束語

隨著我國國家地位的不斷上升和國家海上利益的不斷拓展，承擔維護世界和平的國際性義務和責任越來越多，海軍遠海護航已實現常態化。遠海護航海域的特點和護航模式都對艦船導航裝備發展提出新的需求，這里在研究高溫、高濕、高鹽、高塵環境及大風浪、長時間連續工作對航海導航裝備的影響的基礎上，提出有針對性的發展需求，對推進海軍裝備發展、建設海洋強國具有重要的現實意義。

[1] 徐舸, 祝前旺. 關于提高遠洋護航綜合保障能力的思考[J]. 海軍工程大學學報(綜合版), 2011,8(4):51-56.

[2] 洪亮, 崔旭濤, 于鵬. 關于海軍遠海護航裝備保障能力建設的思考[J]. 國防科技, 2014,35(1):18-19.

[3] 周慧貞, 李福生, 郭全魁. 遠海防衛作戰裝備保障準備問題研究[J]. 裝備學院學報, 2014，25(3):10-13.

[4] 李福生, 周慧貞, 郭全魁. 大型艦艇編隊作戰裝備保障及準備問題研究[J]. 裝備學院學報, 2014，25(1):28-31.

[5] 李旻. 艦艇導航技術的設備與發展[J]. 艦船電子工程, 2015，35(5):14-16.

[6] 劉飛, 馬林. 艦艇慣性導航技術現狀及發展趨勢[J]. 中國造船, 2011,52(4):282-293.

[7] 韓云東. 海軍護航艦船導航裝備故障案例匯編[Z]. 大連：海軍大連艦艇學院，2013：2-22.

[8] 戴冉, 郝慶龍, 顧祖旭. 惡劣海況中軍用艦船航行決策模型[J]. 中國航海, 2014,37(3):68-71.

[9] LIU Zhengjiang, DONG Fang, XIA Guozhong. Future Advances and Challenges in Ship Technology [J]. Journal of Dalian Maritime University, 2002,28(3):92-97.

[10] 謝新連, 桑惠云, 張揚. 一種艦船遠海維修保障新方案[J]. 艦船科學技術, 2013，35(12):50-54.

DevelopmentDemandsofDistantEscortWarshipsonNavigationEquipment

HANYundong1，JINLiang’an1，PENGShuguang2，JIANGYongxin1，ZHOUHongjin1

(1. Department of Navigation, Dalian Naval Academy, Dalian 116018, China；2. Equipment Department of Naval Equipment Bureau, Beijing 100841, China)

U666.1

A

2016-05-15

國防科研基金軍內科研2015年資助項目(HJJNKY2015-021)

韓云東(1977—)，男，山東昌邑人，博士，副教授，從艦船航海導航裝備保障方法的研究。E-mail: gyro-han@163.com

1000-4653(2016)03-0005-04