面向远海护航的舰船导航装备发展需求

韩云东， 金良安， 彭术光， 蒋永馨， 周红进

(1. 海军大连舰艇学院 航海系， 辽宁 大连 116018； 2. 海军装备部水面舰艇装备局， 北京 100841)

面向远海护航的舰船导航装备发展需求

韩云东1， 金良安1， 彭术光2， 蒋永馨1， 周红进1

(1. 海军大连舰艇学院 航海系， 辽宁 大连 116018； 2. 海军装备部水面舰艇装备局， 北京 100841)

结合海军远海护航的任务需求，在简要分析护航舰船护航模式、导航装备等实际情况的基础上，根据远海护航海区的水文气象特点，分析远海护航特定环境对护航舰船导航装备的主要影响，从高温、高湿、高盐、高尘及长时间工作等不同角度对今后护航舰船导航装备的发展需求进行有针对性的深入分析，并提出相关的具体要求。

舰船； 远海护航； 导航装备； 发展需求

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

远海护航是海军在国家利益不断向远海拓展、海上战略通道控制权争夺日趋激烈及海军自身转型建设大力向前推进等形势下遂行的非战争军事行动。[1]亚丁湾护航的主要目的不仅仅是打击海盗，保障我国商船的安全，更重要的是为远海防卫作战积累经验。目前海军正处在由“近海防御”向“近海防御与远海护卫”转型的关键时期，护航行动为加快海军由近海走向远海提供了重要的实践平台和难得的历史机遇。[2-4]

对于海军远海护航舰船而言，航海导航装备是重要的舰载装备，负责向航海部门、作战指挥系统和各种武器系统提供高精度的舰船位置、速度及姿态等信息，在保证舰船安全航行、充分发挥舰船武器系统的作战效能方面发挥着极其重要的作用。[5-6]远海护航任务对舰船航海装备有着新的影响和需求，因此结合海军护航实际情况，根据护航海区的水文气象特点，分析航海导航装备的发展需求，有利于提高航海导航装备的远海保障能力。

1 海军远海护航情况

1.1护航舰船概况

自2008年12月至2015年12月，我国海军先后派出22批次护航编队，参加护航任务的舰船以导弹驱逐舰、导弹护卫舰和综合补给舰为主，共计11种型号、36艘。这其中既有服役期较短的舰船，也有服役期相对较长的舰船，虽然都具有远洋作战能力，但此前主要在我国近海活动，无长时间在远海执行远洋护航任务的经验。

1.2护航方式

我国海军护航编队主要采用伴随护航、区域护航和随船护卫等方式护航。[7]

1) 伴随护航：在亚丁港西南和索科特拉岛以北附近海域各置一个汇合点和解护点，护航舰船与被护船舶按约定的时间在汇合点集合，组成护航船队通过亚丁湾，在解护点解除护航。

2) 区域护航：将亚丁湾和索马里以东海区(即船舶主要航线附近)分成若干个区域，每个区域由指定的舰船巡逻；通过划分责任区开展接力护航，一旦有商船在某个区域遭到海盗袭击，负责该区域的舰船能以最快的速度接近海盗。

3) 随船护卫：对于航速慢、干舷低、易受攻击的船舶或装载有重要物资的船舶，派出由特战队员组成的护卫小组，携带必要的武器装备登船护卫。

1.3护航舰船主要导航装备概况

海军护航舰船上的导航装备主要包括无线电导航装备、电子海图系统、导航雷达、陀螺罗经、磁罗经、操舵装置、测深仪、计程仪、气象传真设备和其他装备等10大类，这其中：

1) 无线电导航装备又包括罗兰C导航仪、全球定位系统 (Global Positioning System，GPS)卫星导航仪、GPS/GLONASS(Global Navigation Satellite Syetem)组合导航接收机和北斗接收机。

2) 计程仪包括电磁计程仪和复合计程仪。

3) 气象传真设备包括气象传真机和船舶气象仪。

4) 其他装备包括航向装换装置、航迹记录仪、子母钟、船舶自动识别系统(Automatic Identification System,AIS)、航行告警接收机和航行数据记录仪等。

2 舰船远海护航海域情况及其影响

远海护航是新世纪新阶段海军维护国家安全利益、应对多种安全威胁、完成多样化军事任务能力的体现。航海导航装备保障是圆满完成远海护航任务的前提和基础，因此需注重研究海军舰船护航区域的水温气象特点，探索护航环境对航海导航装备的影响。[6]

2.1护航区域

海军护航编队主要在亚丁湾海域执行护航任务，该海域辽阔，东西长为1 480 km，平均宽度为482 km，面积约53万m2。我国海军护航编队的护航行动主要在亚丁港西南和索科特拉岛以北附近海域展开，分别设立商船汇合点和解护点。图1为护航航线示意，对于进入红海的船舶，A点为汇合点，B点为解护点；对于从红海出来的船舶，B点为汇合点，A点为解护点。

2.2护航海域水文气象特点

图1 护航航线示意

亚丁湾海域具有热带海洋气候特征，是季风最显著的海域之一。[7]该海域每年10月至翌年3月盛行东北风；4—5月由东北季风转为西南季风；6—8月西南季风风力较大，以7月最为强盛；9—10月由西南季风转为东北季风。受季风影响，该海区内的海流弱、变化多：东北季风期间多为西向流；4—5月开始转为西南季风控制；9—10月在东北季风的作用下很快转为西向流。

该海域平均总云量为3～4成，能见度较好，全年平均气温25～28 ℃。由于5月份处于季风转换季节，因此风力较弱，海面高温高湿，大气稳定度低。夏季受来自于干燥的非洲大陆沙漠地区的西南风控制，冬季受来自于北部大陆的干冷气流控制，年降水量仅有100 mm左右。

2.3护航环境对航海导航装备的影响

亚丁湾护航行动区域主要在北纬5°～8°的低纬度海区，地处热带，与国内海区相比存在高温、高盐、高湿及高尘的“四高”现象。

亚丁湾海域海表温度较高，月平均海表温度都在26 ℃以上，5—6月平均水温达30 ℃；8月水温略有下降，为28～29 ℃。在亚丁湾以东，水温向东迅速下降，至索科特拉岛以南和塞拉莱与马西拉岛之间达到最低，约为23 ℃。阿拉伯海及其北部至卡拉奇港海域平均海表温度也较高，都在20 ℃以上。这使得护航舰船处于高温环境下，直接影响导航装备中润滑油脂的黏度，进而导致转动部位润滑效果变差，材料应力疲劳与磨损加剧。

由于平均气温高、海水蒸发量大，导致海面空气湿度比较大；此外，受副高压气旋和信风带影响，副高压气旋盛行下沉，气流不易形成降水，导致海水盐度较大，海水表层平均盐度都在36.0‰以上。航海装备长期在高盐的环境中工作，设备、器材腐蚀严重，对导航装备电气绝缘、甲板设备防锈、外观紧固、机械密封及冷却效果都有较大影响，尤其是对电子类器材的影响极大。[8]

亚丁湾海域还经常出现大风浪甚至沙尘浮霾天气，尤其是夏季受到来自于干燥的非洲大陆沙漠地区的西南风控制，空气中浮尘较多，严重影响舰船航行的能见度，既会对导航装备中的外置设备造成极大伤害，也会给部分设备的冷却、润滑和振动等带来不良影响。

3 航海导航装备的发展需求

随着护航任务常态化，研究护航舰船导航装备保障及护航环境对导航装备的影响等问题显得尤为重要。因此，确保航海装备能在高温、高湿、高盐及高尘环境下长时间无故障运行，已成为极为迫切的发展需求。

3.1高温防护对航海导航装备的需求

从我国南海至亚丁湾的整个海域温度均较高，尤其是亚丁湾，属于亚热带沙漠气候，气温常年在30 ℃以上，护航期间白天最高气温可超过40 ℃，对航海装备的影响非常大。

温度是影响电子装备中各类元器件功能的主要因素。温度过高会导致半导体器件的工作点发生漂移、增益不稳定、噪声增大及信号失真，严重时引起热击穿；温度升高会使电阻器的使用功率下降，导致其寿命降低；温度升高不仅会导致电容量及功率因数等参数发生变化，更主要的是会减少其使用寿命；工作温度过高会使变压器及扼流圈绝缘材料的性能下降，减少其使用寿命；对于CPU及GPU等芯片，由于其核心是硅晶片，因此受温度影响明显，高温下容易导致系统频繁死机。

2) 室外天线等装置在高温环境下工作也容易出现绝缘漆老化现象，从而导致装备发生故障。因此，在研发航海导航装备时必须充分考虑高温防护的需求：一方面要做好导航装备中室外装置的抗高温处理；另一方面要做好导航装备工作环境的控制，普遍安装空调以控制温度。

3.2高湿防护对航海导航装备的需求

航行海域和护航海域的湿度均较大，尤其是亚丁湾海域，尽管降水量不大，但每天夜间的相对湿度均在95%以上。高湿度带来的影响主要有：

1) 室外装备(如无线电导航装备天线、气象传真装备传感器和分罗经等)的内部元件绝缘值降低，导致电容、电感及半导体元件容易损坏或被击穿；此外，元器件阻值在高湿度环境下降低会增加电源模块的负荷，从而增大电源模块发生故障的概率。

2) 驾驶室内有空调，气温较低，两舷水密门的每次开关都会导致驾驶室操舵装置、导航雷达等装备的表面与机箱内部的温差发生变化；室外接近饱和的空气遇到低温的装备，水汽马上凝结成水珠附着在装备面板上和密封不严的机箱内部，导致元器件的阻值及整个电路绝缘的电阻降低,内部部分电路甚至出现短路现象，容易烧毁元器件而使电路板发生故障；即使电路板未发生故障也会增加电源模块的负荷，导致电源模块的使用寿命降低、故障率升高，该现象在护航期间尤为明显。

因此，在航海导航装备的模块组成、电子电路、操作面板及线路布设的设计与研发过程中充分考虑高湿防护的需求：一方面，在装备元器件的选用上注意对高性能的要求；另一方面，针对室外设备要适当增加防护罩或保护涂层；此外，使用时应严格按照使用保养规则操作。

3.3高盐高水温防护对航海导航装备的需求

由于降水少、气温高、蒸发多，亚丁湾海域的盐度常年在35‰以上，水温有时在32 ℃以上，高盐和高水温主要导致以下2个问题：

1) 增加对计程仪杆绝缘层的腐蚀，这样容易导致绝缘层的使用寿命降低；一旦绝缘层被完全破坏，会导致感应器进水烧坏。

2) 大风浪航行，上层建筑上浪之后，海水蒸发后的盐对各无线电导航装备天线、气象传真装备传感器及分罗经等有一定的腐蚀作用。

因此，在航海导航装备研制过程中必须充分考虑高盐和高水温防护的需求：适当增加绝缘层的涂层厚度，增强抗腐蚀能力；对上浪后的航海导航装备进行必要的淡水冲洗。

3.4高尘防护对航海导航装备的需求

亚丁湾海域6—9月下旬尘霾天气相当严重，舰船在几个小时之内就会附着厚厚的尘土，带来的主要影响有：

1) 灰尘过厚会削弱舱面天线及传感器接收信号的灵敏性，严重影响GPS，AIS及气象传真机等设备接收信号的能力。

2) 尘土会随转动部位的转动与滑油混在一起，导致活动部位的摩擦力增大，进而使带动其转动的电机的负荷增加，故障发生概率增大。

因此，在航海导航装备(尤其是室外装备)研制过程中，必须充分考虑对高尘防护的需求：一方面在室外转动部分增加防护罩设计，提高抗尘防护能力；另一方面加强尘霾天气过后的清洁工作，保持装备表面的清洁。

3.5大风浪防护对航海导航装备的需求

6—9月下旬，阿拉伯海和亚丁湾东部处于西南季风期，长期存在大风浪海况，浪高最高可达5～6 m，冬季在孟加拉湾和我国南海又会遇到大风浪海况，因此整个护航期以大风浪海况为主，对装备的影响也较明显。

1) 舰船频繁大幅度纵横摇会导致平台罗经力矩电机经常处于高负荷状态，故障发生概率增大。

2) 舰船大幅度摇摆会导致各航海装备电路板、各电器元件松动，从而导致接触不良或产生较大阻值，引起难以预料的后果。

3) 大幅度摇摆对处于关机状态的陀螺罗经的陀螺球损害较大。

因此，在航海导航装备研制过程中，要加强对装备电路板、各电器元件的防震和防松脱处理；对于陀螺罗经等装备，应在强化硬件的同时加强人员使用培训，提高应对不同情况的装备操作能力。[9]

3.6长时间连续工作对航海装备的需求

护航时，陀螺罗经、操舵装置、电子海图系统、航迹记录仪、GPS及AIS等装备需长时间连续工作，而护航与正常航行的主要区别在于护航的连续航行时间长，经常会连续1～2个月。由此，这些装备会因工作时间非常长而带来以下问题：

1) 连续工作与按规定停机保养之间存在冲突。

2) 长时间工作，装备元器件长期处于高温疲劳状态，加速元器件的老化，时间越长，出现故障的概率就越大。

因此，在航海导航装备研制过程中，要选择抗老化特性更优的元器件；同时，应制订远航期间的装备使用保养规则，以适应远海护航任务的特点。[10]

4 结束语

随着我国国家地位的不断上升和国家海上利益的不断拓展，承担维护世界和平的国际性义务和责任越来越多，海军远海护航已实现常态化。远海护航海域的特点和护航模式都对舰船导航装备发展提出新的需求，这里在研究高温、高湿、高盐、高尘环境及大风浪、长时间连续工作对航海导航装备的影响的基础上，提出有针对性的发展需求，对推进海军装备发展、建设海洋强国具有重要的现实意义。

[1] 徐舸, 祝前旺. 关于提高远洋护航综合保障能力的思考[J]. 海军工程大学学报(综合版), 2011,8(4):51-56.

[2] 洪亮, 崔旭涛, 于鹏. 关于海军远海护航装备保障能力建设的思考[J]. 国防科技, 2014,35(1):18-19.

[3] 周慧贞, 李福生, 郭全魁. 远海防卫作战装备保障准备问题研究[J]. 装备学院学报, 2014，25(3):10-13.

[4] 李福生, 周慧贞, 郭全魁. 大型舰艇编队作战装备保障及准备问题研究[J]. 装备学院学报, 2014，25(1):28-31.

[5] 李旻. 舰艇导航技术的设备与发展[J]. 舰船电子工程, 2015，35(5):14-16.

[6] 刘飞, 马林. 舰艇惯性导航技术现状及发展趋势[J]. 中国造船, 2011,52(4):282-293.

[7] 韩云东. 海军护航舰船导航装备故障案例汇编[Z]. 大连：海军大连舰艇学院，2013：2-22.

[8] 戴冉, 郝庆龙, 顾祖旭. 恶劣海况中军用舰船航行决策模型[J]. 中国航海, 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] 谢新连, 桑惠云, 张扬. 一种舰船远海维修保障新方案[J]. 舰船科学技术, 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

国防科研基金军内科研2015年资助项目(HJJNKY2015-021)

韩云东(1977—)，男，山东昌邑人，博士，副教授，从舰船航海导航装备保障方法的研究。E-mail: gyro-han@163.com

1000-4653(2016)03-0005-04