21世紀美國海軍水下監視作戰發展

 

在2015年下旬,由於中國在南中國海與周邊國家對於島嶼主權議題的糾紛越演越烈,而中國姿態強硬且進行了

幾項大規模填島造陸工程,美國海軍遂開始針對南中國海進行航行自由計畫(Freedom of Navigation Program),

藉由軍艦通過中國宣稱有主權的島礁附近水域來挑戰中國的主權宣告;而中國海軍也往往在美國海軍接近南海島嶼

時派軍艦近距離跟蹤。在2016年3月4日,美國海軍約翰.史坦尼茲(USS John C. Stennis CVN-74)航空母艦

的打擊群通過南中國海時,中國海軍派出數艘驅逐艦與偵察船接近。此照片為美國海軍史托克代爾號

(USS Stockdale DDG-106)飛彈驅逐艦與中國海軍851號電子偵察船(後)對峙。

在2016年3月下旬,美國海軍錢斯洛維爾號(USS Chancellorsville CG-62)在南中國海執行航行自由計畫時,

遭到中國 海軍船艦近距離跟蹤。畫面遠方應為一艘052C導彈驅逐艦。

 

美國國防部DARPA在2010年代開始發展的可變形可靠聲學通道系統(TRAPS),是一種能

快速部署在深水海床的被動陣列聲納節點,可由任何船隻快速部署到需要的海域,投擲入水後

放出垂直向的水聲被動探測陣列,頂部設有浮標以及資料鏈,能將探測數據經過其他水面、

空中或衛星等平台中繼傳輸到地面單位。

測試中的TRAPS系統,注意到方形框架結構裡面收容了在水中部署的聽音陣列。黃色物體是

陣列末端的浮標以及資料鏈發射器。

 

風帆無人艇(Saildrone)公司的航海者(Voyager)風帆動力太陽能無人水面載具;此種載具靠風帆

推進,使用太陽能板為載具上的電子裝備提供電力,能長時間在海上工作。艇上裝備衛星通信

發射/接收器、導航設備、水下的聲學與水文探測儀器等。

風帆無人艇(Saildrone)公司的航海者(Voyager)無人水面載具,攝於2023年5月

新家坡國際海事防務展(IMDEX 2023)

(上與下)Ocean Aero三叉戟(Triton)太陽能動力水面下無人載具,頂部設置

太陽能風帆,充電時展開太陽能風帆。在水下潛伏作業時,太陽能風帆完全收起。

──by captain Picard


 (1) (2)

 

中國崛起與美國的因應

從2000年代開始,中國憑藉經濟發展與綜合國力起飛,不僅以強大的力道進行軍事力量現代化,其軍力在周邊區域的海、空活動也急速增加,成為亞洲太平洋地 區軍事強權的意圖至為明顯。由於中國與鄰近國家在海上有諸多因經濟海域重疊或歷史因素造成的島嶼主權揪紛,加上中國經濟發展的過程高度仰賴海運線(包括輸 入石油以及航運),因此中國對海上利益的訴求比前蘇聯更甚多。而中國的軍事力量強化不僅對美國在西太平洋的軍事掌握能力構成挑戰,也讓與中國曾有歷史恩怨 和海域、領土糾紛的鄰國如日本、菲律賓、越南等深感威脅。在2000年代,中國海軍致力於構建現代化的水面艦隊,意圖將作戰範圍從淺海拓展到第一島鏈以 外,同時也積極健全長年落後的核能潛艦兵力。在2000年代末期開始,中國藉由索馬利亞反海盜護航勤務建立了常態化的印度洋方向兵力派遣,水面艦隊、潛艦 頻繁穿出第一島鏈至西太平洋進行演練的活動也成為常態;在2010年代上半,中國第一艘具備完整功能的航空母艦遼寧號編入服役,隨後中國海軍積極為建立以 航母為中心的遠洋艦隊而努力。在2015年,美國情報單位表示,中國第一種真正有能力威脅美國本土的094核能彈道飛彈潛艦首度展開實戰巡航。

與美蘇冷戰相較,美國與中國的對抗有許多本質上的不同:第一,當年蘇聯的經濟與西方世界隔離,雙方壁壘分明,衝突更能明確聚焦在政治上與軍事上;而中國則 是融入世界主流經濟體系並依此發展茁壯,整體國力是綜合性的提升(軍事影響力只是一部份),不像蘇聯以傾國之力勉強支持軍事發展,甚至中國與美國之間的經 貿關係都日趨緊密複雜(例如中國是美國最大債權國)。第二,美國與中國的軍事對抗完全沒有到當年美蘇之間的全面戰爭,當年蘇聯可能揮軍席捲西歐、對西方世 界大舉發動核武攻擊等情況,都沒在中國與美國的軍事對抗中出現。美國與中國的可能軍事衝突,多半來自於中國與周邊地區鄰國的主權、領土、領海紛爭(這些鄰 國多為美國盟邦或準盟邦),進而使得美軍必須介入這些地區而和中國爆發軍事衝突;相對於過去美蘇冷戰期間有引發全球核戰、第三次世界大戰的陰影,這類區域 性衝突規模相對較小,主要是在海空交戰而沒有大規模的地面作戰(潛在規模最大地面戰是武力統一台灣),而核子戰爭的可能性也甚微小(中國各方面的核武投擲 能力與數量都遠不能和當年蘇聯相比);最重要的是,崛起的中國是世界最大的經濟體,承平的經濟利益考量多半勝過玉石俱焚的發動戰爭,美國與中國相當緊密複 雜的經貿關係也讓兩國更不容易對彼此輕啟戰端;當然,中國與美國的摩擦也不只在軍事範疇(包括經貿、貨幣匯率等)。

中國在周邊地區可能發生軍事衝突並導致美國介入的熱點,括中國與日本在東海經濟海域以及其上尖閣(釣魚台)列島的主權爭執,以及南中國海上與菲律賓、越 南、馬來西亞等國對諸多島的主權爭議等等。其中,又以台灣問題,最可能引發中美之間的大規模軍事衝突。美國與日本有相當高的軍事同盟關係(美日安保條 約),一旦日本領土遭受侵犯,則美軍將履行盟約而與日方採取聯合軍事行動,這範圍包括日本與中國有主權爭議的尖閣(釣魚台)列島。而美國與台灣雖沒有如此 高階的軍事同盟,但政治上美國也可能會傾向採取軍事介入或其他方式協助台灣自衛,或依照美日軍事同盟中對日本周邊地區安定的相關定義而採取軍事介入。

面對前述可能的區域衝突場景,中國的策略是不尋求與美國全面開戰,但必須能在局部地區有效打擊美軍、挫敗其企圖,以動搖美國繼續參與區域戰爭的意志以及政 治/軍事基礎。美國稱這種概念為為反介入(Anti-access)與區域拒止(Area-denial)。雖然就全國的整體軍事力量,美國仍遠在中國之 上,但由於美國軍力是全球性存在,必須分散在太平洋、印度洋、中東、地中海、大西洋等地,而中國在可預見的未來都沒有挑戰或取代美國全球軍事霸權的企圖與 能力;因此,中國只求集中力量,在西太平洋方面能夠阻止美國軍事介入。

與當年蘇聯的地理環境和地緣政治相似,美國在海洋控制方面對中國也有諸多先天優勢。中國海上力量欲從 中國東部近海進入西、南太平洋,必須通過包含日本、台灣、菲律賓在內的第一島鏈之間的狹窄水道,而這些島嶼都屬於美國的盟邦、準盟邦或與中國敵對的勢力。 美國、日本的軍事力量在此經營已久,擁有強大的空中、海面與水下監視能力,而中國水面艦、潛艦欲突破第一島鏈時,離本土空軍的保護傘則日益遙遠。而在廣大 的太平洋上,美軍依舊享有全面的控制以及安全的軍事活動自由。

因應中國軍事影響力的崛起,美國在小布希政府剛上任時,就表示要將戰略重心逐漸移向亞洲,主要假想對手就是中國;隨後發生的911恐怖攻擊使得反恐戰爭成 為美軍頭號目標,延後了美國軍事力量針對中國的時間,然而隨著中國整體實力的茁壯,這樣的趨勢無法避免。2008年美國歐巴馬總統上台後,強調推行「重返 亞太」以及「亞太再平衡」等政策,透過加強與日本、菲律賓、越南、馬來西亞、印尼、新加坡等周邊國家的綜合經貿與軍事關係,制衡中國在這個區域的發展。而 2010年代中國與越南、菲律賓等鄰國的南海島嶼主權糾紛日益升高,與日本關係也因尖閣(釣魚台)爭議而顯著惡化之際,美國更加強了與前述國家的合作關 係,包括軍力可能重返菲律賓蘇比克灣、艦艇重返 越南金蘭灣、鼓勵日本鬆綁非戰憲法來擴大其軍事影響力、在新加坡部署濱海戰鬥艦(LCS)等等。此外,美國海軍也打算把多數軍力部署在亞洲區域;預計在 2020年,美國海軍60%的船艦會部署在亞洲和亞太地區,包括六個航母戰鬥群。

由於中國支持軍事發展的經濟總量超過前蘇聯,軍費佔GDP的比例也相對合理,長期支持軍事發展的條件似乎優於前蘇聯(雖然中國許多關鍵技術基底相對落後而 需要時間彌補,但中國的電子、計算機相關能力超過當年蘇聯水平)。而中國在更新軍力時,許多方面都有參照與仿效美軍的趨勢;因此,美國要面對的將是一個更 為均衡、長期而言與自身越來越相近的對手。當然,直到2010年代,中國海軍船艦雖然保持驚人的速率更新,發展航空母艦的態勢也十分明朗,然而這些常規而 對等的軍事發展並不能翻轉美國在類似領域內的巨大優勢(無論是裝備技術、人員素質、訓練、戰術與作業流程等);而更具指標意義的核能潛艦方面,同時期中國 潛艦的實力雖然也有成長,但與美國的差距 仍極其巨大。在2010年代初期,中國發展的「反航母彈道飛彈」體系引發美國海軍的重視,被認為可能是中國方面「反介入」的重量級武器;不過實際上,以彈 道飛彈攻擊在航行中的航空母艦,在目標獲得與飛彈發射到命中之間的持續追蹤射控,存在諸多巨大難題,因此這套系統的實際能力而令人存疑 ;更何況美國為了因應中國、北朝鮮等國的彈道飛彈威脅,從1990年代後期開始就發展艦載反彈道飛彈系統並在2000年代開始實戰部署,因此對反艦彈道飛 彈之類的威脅並非毫無準備。
 

對中國反潛作戰的態勢

與當年蘇聯的地理環境和地緣政治相似,美國在海洋控制方面對中國也有諸多先天優勢。中國海軍艦隊、潛艦欲進入西、南太平洋,必須通過包含日本、台灣、菲律 賓在內的第一島鏈之間的狹窄水道,而這些島嶼都屬於美國的盟邦、準盟邦以及中國敵對國家手中,這使得中國海軍的潛艦運用受到了很大的先天限制。中國海軍潛 艦可能的主要活動範圍包括鄰近中國本土的淺水域如北部的渤海、黃海,在第一島鏈以西的東中國海以及南中國海北部,這些水域的深度普遍在600英尺 (183m)以內;而再往外拓展,中國潛艦的可能活動範圍還可能包括第一島鏈與第二島鏈之間的菲律賓海。美國海軍認為中國的核能彈道飛彈潛艦最可能部署在 南中國海,該處有大陸架邊緣的淺水域,深度也會增加到200m上下,堪稱結合淺海近岸與深水的特性,水聲環境複雜而不利於反潛探測,而美國海軍在這個區域 還沒有部署固定是的聲學探測阻柵;而中國海軍配備巨浪二型飛彈的094核能彈道飛彈潛艦服役後,可能不需要通過第一島鏈、直接在南海內就能射擊美國本土目 標。此外,中國沿海的空中實力也逐漸增強,足以支援在南海活動的核能彈道飛彈潛艦。

由於第一島鏈的包圍,中國潛艦只能經由某些特定的地理孔道穿過島鏈而進入大洋;因此,美國海軍圍堵中國潛艦的基本方式仍與冷戰時代類似:依靠先天的地理與 地緣政治優勢,在中國潛艦渡航必經的幾個特定關鍵點(checkpoint)部署大量感測器進行探測,引導周邊友軍的陸基固定翼反潛機、水面艦、艦載反潛 直昇機、核能攻擊潛艦構成的聯合反潛網進行獵殺。而在聲學技術上,發展的重點就是針對400m或更淺的水文環境下的探測能力,包括在更強的沿岸地形回波干 擾之下的探測能力。

中國潛艦通過第一島鏈進入大洋的主要孔道有三個,包括台灣以北的琉球群島之間、台灣以南與菲律賓呂宋島之間的巴士海峽、菲律賓南部與越南之間的水道,而這 三個方向的水道離中國本土的空軍基地至少有240海里;相較於冷戰時美軍重兵佈防的GIUK線,南中國海方面的通道開口大致相當,琉球群島之間只有相當於 GIUK線的一半,巴士海峽更窄;因此只要在這個水道妥善部署如固定式分散水聲探測(Fix Distributed System,FDS)系統來探測中國潛艦任何行動,在戰時就能有效封閉這三個水道。FDS是一組由數千個簡單地布置在海底、使用光纖連結並進行數據傳輸 的聽音陣列,不依靠過去SOSUS使用的SOFAR聲學通道和匯聚區(Convergence Zone,CZ)效應(因為鄰近中國的水域水深較淺,SOFAR聲學通道不存在),而使用可靠直接聲學通道(The Reliable Acoustic Path,RAP);這種陣列朝上方仰視,探測低於500Hz的聲學信號(500Hz的頻段幾乎不被海水吸收,可通過不同溫度的水層),其典型作用距離相 當於該處海域深度的3~7倍,每一組FDS可覆蓋200至300平方英里的海域。在美蘇冷戰結束前,FDS被證明可以在GIUK線成功偵測和對抗蘇聯最安靜、SOSUS系統無法探測的Project 971鯊魚級(Akula class)核能攻擊潛艦。由於中國與越南、菲律賓的海域與島嶼衝突日益嚴重,美國就可以加強與越 南、菲律賓的同盟,在這兩國周邊水道部署諸如FDS之類的聲學反潛阻柵。不過,如果中國以和平或武力方式統一台灣,其潛艦部隊將能從台灣東部直接進入西太 平洋深海,將對美國、中國與日本之間的海上戰略態勢造成明顯衝擊。

原本中國海軍潛艦很少出現在第二島鏈以外或印度洋,然而在2000年代中國潛艦已經有從穿越日本列島之間進入第二島鏈的紀錄,到2010年代更開始將活動 範圍伸展到印度洋。靠近中國海岸的淺水域的水聲環境嘈雜,來自海岸與海上航運的背景雜音干擾多,而且美國海軍對此處的水文聲學特性相對陌生;這些海域深度不及大西洋,長距離的SOFAR聲學通道往往不存在,也無法使用匯聚效應來延長探測距離。在預算有限的情況下,美國海軍還是盡可能增加對於靠近中國的水域(如南中國海)的水文聲學特性進行研 究,以便在這些區域有效進行反潛作戰。

在2000年代開始,中國的潛艦部隊開始現代化,獲得相當數量的安靜型柴電攻擊潛艦(包括購自俄羅斯的Kilo 636M與國產039系列),國產039A潛艦配備類似瑞典史特靈發動機的絕氣推進系統(AIP)使水下續航能力延長;而中國國產的093/094核能也 開始具備冷戰時代靜音型核能潛艦的特徵(包括消除俥葉空蝕的噪音)──雖然他們的靜音和其他能力比起同時期美國、俄羅斯最現代化的核能潛艦還有一段差距。

在可預見的未來,由於軍費限制,美國海軍的海中、空中反潛平台數量不可能大幅回升,也不太可能在短時間內立刻在中國向東進入太平洋的所有主要海上戰略孔道 上都部署固定式聽音設施(如前述FDS)構成的反潛組柵。然而相較於冷戰時代,到21世紀初期的計算機技術、網路通信、無人自航載具有極大幅度的進步,因 此美國海軍能透過由空中/水面平台大量部署分散式傳感器以及具備自航能力、攜帶傳感器的無人載具等方式,在短時間內於關鍵作戰水域部署足夠的聲學感測器, 如此就能在海、空反潛平台數量大不如前的情況下仍維持較高的反潛探測效率。在2003年,美國海軍Harry Ulrich將軍提出「使用可以快速部署和可以分享信息的分散密集部署的傳感器」,取代過去龐大、昂貴而數量稀少的長程被動聲學探測系統(如固定式設施、 大型音響監視船等),就是基於類似的概念。

對於陸基固定翼反潛機而言,第一個符合前述特徵的快速部署傳感器,是能進行擴展回聲側距(Extended Echo Range,EER)的SSQ-110低頻主動聲納浮標(先前使用DIFAR技術獲得射控參數的SSQ-62和SSQ-77浮標組合的典型作用距離不超過 1000碼),以SSQ-110進行拍發,配合SSQ-77被動聲納浮標(這是美國第一種使用垂直陣列(VLA)技術的系統)接收回波來獲得目標射控參 數。隨後,反潛機又開始使用EER操作、使用可靠直接聲學通道(RAP)的VLA系統,淺水型RAP VLA可懸浮於水中,將長達250m的VLA垂直聽音陣列向水下展開(仰視作業);而深水RAP VLA以一個懸浮的控制錨來控制聲納的部署深度,並向海面展開長380m的VLA陣列。淺水型與深水型VLA能以P-8A海洋巡邏機快速部署,兩者以一個 匯聚區的間隔距離布置(透過EER技術,實際作用距離應大於一個匯聚區)。依照公開資料描述,美國海軍已經在夏威夷和台灣以東、距離關島1200海里的海 域廣泛測試這類VLA系統,其中淺水型RAP VLA至少能連續工作100小時,深水型RAP VLA系統證明可連續工作數天。不過,這類快速部署的感測器會隨洋流飄動,因此必須定時在原本的陣位上補充新系統,而這勢必耗費更多資源。而新一代SSQ -101主動聲納浮標以及搭配的SSQ-125被動多基聲納浮標的組合由於更為昂貴,使得反潛機很難持續投擲這種浮標組合來持續追蹤安靜型潛艦,而只在發 動魚雷攻擊或者攻擊潛艦、水面反潛艦艇編隊前來接班追蹤之前使用。RAP VAL系統的可能問題是,如果目標以大深度慢速航行降低噪音,則使用RAP的深水VAL系統的探測效率將急遽下降;然而,中國鄰近海域水深較淺,可避免這 類問題,而且中國核能潛艦還是相對較為嘈雜,潛航深度或許也不出色 (中國新型柴電潛艦使用史特靈封閉循環發動機AIP,使用時由於需要排氣,潛航深度約限制在200公尺以內)。

除了反潛機部署的系統之外,美國海軍也發展一種由水面艦艇布置的感測器,稱為深水主動探測系統(DWADS),是一種主動操作的多基系統,其拍發段類似反 潛機部署的SSQ-101但功率更大。DWADS被施放後,由一個會接近海底附近的錨來固定位置,其上則有一個懸浮在水面的資料鏈浮標來發送信號;由於水 面艦不可能像反潛巡邏機一直對特定區域保持巡邏,因此DWADS部署後需要能持續作業較久的時間,上鏈傳輸距離也較遠,信號由超越地平線(OTH)的平台 如衛星或其他空中平台中繼(RAP VLA的上鏈傳輸距離則受限於RF發射端)。 在2008年的測試中,DWADS被證實能在至少一個匯聚區的距離接觸在靜音操作的柴電攻擊潛艦。在21世紀初期部署的、具備快速航行能力的LCS濱海戰 鬥艦很適合用來部署DWADS,在接獲其他反潛接觸情報後,能在最短時間內衝刺到預定陣位並部署DWADS。

而對核能攻擊潛艦方面,美國海軍則希望以核能潛艦部署具備感測器與網路傳輸能力的無人自航載具、由數位資料鏈連結的分散式感測器網路,以及具備自航能力、能鎖定特定目標聲紋的自走水雷如MK-67(利用淘汰的MK-37魚雷改裝成) ,部署在中國潛艦渡航時必須通過的狹窄水域。這些可望由核能攻擊潛艦或水面艦加以部署運用的自航載具,包括低跡訊、能持續追蹤柴電潛艦的反潛作戰連續航行無人載具(The Anti-Submarine Warfare Continuous Trail Unmanned Vessel,ACTUV)。

ACTUV反潛作戰連續航行無人載具是美國海軍用來監視敵方海域的潛艦活動的新手段。

一如二戰大西洋之戰或美蘇冷戰時代,反潛作戰的起源經常是透過通信截收來獲得最初步的敵潛艦動向。為了探測中國潛艦渡航階段與基地之間的通信,美國透過日 本和澳大利亞等盟邦,對中國方面實施HF/DF信號截收定向,並讓具備電子截收能力的飛機如RC-135、EP-3盡可能靠近中國空域;美國、日本的信號 蒐集船(AGI)與部署大型拖曳聲納監視系統(Surveillance Towed Array Sensor System,SURTASS)的戰略音響監視船也在海上監視,盡量捕捉中國潛艦的聲紋信號。由於中國的空中監視與攔截能力日益加強,使得大型的情報 蒐集機如RC-135或EP-3靠近中國空域作業時的風險越來越高;而依照更先進的技術以及過去歷史經驗,中國可能更依賴不輻射電磁波的光纖通信以及嚴格 的電磁輻射管制,使得過去冷戰時代還算有效的預警系統的效能下滑。美國海軍打算使用類似全球之鷹(Global Hawk)之類的高空大型無人機,投入這類電子信號蒐集任務。由於體積較小的無人機無法搭載夠大的接收天線基陣來截收潛艦的通信信號,因此美國海軍打算以 多架無人機組成空中的多基系統,透過GPS精確定位多架無人機的相對位置,以時差/頻差(T/FDOA)技術,還原出完整的低頻通信信號。透過這類多基技 術,理論上能在第一島鏈以內的空域部署多架能長時間飛行、低跡訊的無人機,長時間監聽中國潛艦與基地之間的低頻通信。

2020年代:美國海軍重建與擴充水下監視網路

在2023年9月21日,路透社(Reuters)刊登一篇對十多位曾參與美國海軍海上監視項目的人員的專訪,包括兩位現役的海軍海洋監視項目參謀人員、海軍顧問以及承包商等。報導中稱,美國近年正在重新建設冷戰時代以來高度機密的各種水下監視情報系統,以對付中國海軍力量的崛起。在2022年10月,位於華盛頓州西雅圖以北50公里的惠德比島海軍航空站(Naval Air Station Whidbey Island, Washington State)的美國海軍水下監聽站被重新命名為戰區水下監視指揮部(Theater Undersea Surveillance Command),以符合當下其主要任務。

三位內部人士向路透社表示,惠德比島監聽站是美國海軍整合水下監視系統(Integrated Undersea Surveillance System,IUSS)的一部份;惠德比島監聽站的擴充與改名,是美國海軍在冷戰結束以後最大規模的水下反潛監視系統重建活動的一環,以因應中國軍力崛起及其影響周邊區域安全的激進行為。IUSS在美蘇冷戰期間主要是用來監視與圍堵蘇聯海軍的潛艦活動(主要在大西洋方面),直到1991年蘇聯解體時才曝光,而其細節與運作方式至今仍保持高度神秘。

美國海軍用來探測潛艦的水下音響監聽技術發展於1950年代,稱為聲學監視系統(Sound Surveillance System,SOSUS),包含一系列鋪設在海床上的水聲聽音纜線(hydrophone cables),聽音範圍涵蓋整個海域,此外再由其他水聲感測項目補充,包括部署在船隻上的大型拖曳聲納監視系統(Surveillance Towed Array Sensor System,SURTASS)等。在1985年,此項目改名為整合水下監視系統(Integrated Undersea Surveillance System,IUSS)。在1980年代的高峰期,IUSS項目總共有31個信號處理設施,處理海床聽音陣列以及音響監視船回傳的龐大海洋聲學數據資料,以掌握蘇聯海軍水面與水下艦隊的動態。

在1990年代隨著蘇聯瓦解,UISS項目逐漸裁減,原有的聲學探測設備及資料處理能量多數裁撤荒廢,或者改做一般海洋科學研究,如監視海洋溫度、氣候變異、鯨群移動、探測海岸地震等。到2020年代初期,冷戰時的UISS只剩兩個處理中心,一個就是華盛頓州的惠德比島海軍航空站(Naval Air Station Whidbey Island, Washington State),另一個是維吉尼亞州的鄧內克海軍基地(Dam Neck naval station in Virginia Beach, Virginia)。

路透社此篇報導檢視了幾百項美國海軍的相關合約,其中過去三年(2020至2023年)至少30多項關於水下無人載具、人工智能(AI)處理等關於海洋監視的項目;而從海軍船隻AIS定位資料以及衛星影像,也透露出美國海軍近年頻繁設置水下電纜等。

美國海軍太平洋艦隊潛艦指揮官(Submarine Force U.S. Pacific Fleet)李查.瑟耶夫少將(Rear Admiral Richard Seif)先前在2017年一次夏威夷的會議中透露,美國海軍正在更新太平洋區域的水下聲學監視電纜等設施,以因應中國在太平洋區日漸升高的威脅。

此外,兩位美國海軍軍官也向路透社透露,中國也在進行自己的水下聲學監視項目,稱為「水下長城」(Great Underwater Wall),包括在南中國海海床設置海底監聽聲納陣列;此外,中國也在建構一系列水面與水下無人載具來強化對海下潛艦活動的探測。在2018年,中國最高的國防科學研究機構──中國國家科學院(China Academy of Sciences)透露,該機構正在營運兩個水下聲學系統,一個是在全球已知最深的馬理亞納海溝(Mariana Trench)的挑戰者深淵(hallenger Deep),另一個是在密克羅尼西亞聯邦(Federated States of Micronesia)亞普島(Yap)附近。雖然中國國家科學院宣稱這兩個水下聲學系統純粹做科研用途,但美國海軍認為其功能也包括監聽美國海軍關島基地的潛艦活動。路透社對此曾向中國國防部求證,但對方拒絕評論。

包括曾任美國海軍太平洋潛艦部隊司令、現為加州蒙特利的美國海軍研究所(Naval Postgraduate School in Monterey, California) 水下作戰主席(Undersea Warfare Chair)的前海軍中將菲利普.薩以爾(Vice Admiral Phillip Sawyer)等三位人士向路透社透露,美國海軍重建與擴充水下監視系統有三項主因,第一是因應中國海上力量擴張,以及對應中國海軍船艦攻擊台灣或破壞此區域海下重要基礎設施的能力,包括海底油管、光纖通信網路等。第二是烏克蘭在俄烏戰爭期間(2022年2月24日起爆發)以新戰略對抗蘇聯黑海艦隊的經驗,烏克蘭在基本上沒有海軍的情況下,靠著相對廉價的水面無人自殺載具屢屢殺傷俄羅斯船艦以及克里米亞半島的重要橋樑,這類經驗暴露出傳統大型水面艦艇在無人載具攻擊之下的脆弱性,美國海軍遂積極開始探索因應之道;第三,各領域無人載具、水下探測技術、人工智能(AI)技術的發展,已經成為北京與華盛頓之間的「軍備競賽」。

西太平洋地區海下埋藏了大量關鍵的全球網路通信纜線,這些通信網路線在未來美國與中國可能的西太平洋衝突中非常關鍵。在2023年2月,台灣與其離島馬祖之間的兩條海底網路通信纜線被切斷,導致1萬4000名馬祖島上居民沒有網路可用;依照台灣方面調查,初步調查認為電纜是被一艘越界中國漁船與一艘中國貨輪切斷,但沒有直接證據證明這是北京方面刻意破壞。為了保護這些關鍵性的水下基礎設施,需要最先進、最頂尖的水下監視與處理能力。

一位前美國海軍潛艦軍官Brent Sadler在華盛頓的智庫組織傳統基金會(The Heritage Foundation)的會議上表示,美國發展無人載具等領域的速度相對緩慢,因為五角大廈仍聚焦於建置大型水面船艦與潛艦等傳統武器上;他認為美國必須在新一代技術領域項目加速投資,否則就會失去領先優勢,並且迅速被中國追上。

美國海軍在冷戰時代SOSUS/IUSS項目設置的水下監聽網路,仍然是至今最好的水下監聽設施;路透社報導,在過去三年來(2020至2023年左右),美國海軍仍在更新與擴充水下監視網路,更新舊有陣列(例如具備最新水下換能器與感測器的陣列,具備更精準的聽音定位能力)等。大多數的更新水下監聽電纜工作是由美國海軍唯一一艘電纜鋪設船、1980年代初建成服役的宙斯號(USNS Zeus T-ARC-7)
,再加上由民營SubCom公司營運的獨立號(CS Dependable)與決定號(CS Decisive)佈纜船。SubCom公司營運的船隻在近年來美國與中國之間在西太平洋水下科技對抗中,扮演關鍵角色。而為了避免對外界透露這些船隻鋪設機敏電纜的位置,它們在海上作業時都會關閉AIS,避免被輕易掌握行蹤。與英國Tatham & Co.律師事務所合作的著名海事律師Stephen Askins向路透社表示,雖然依照國際法規,商業船隻必須保持識別詢答器(identification transponders)開啟以避免發生撞船事故,但在執行某些工作如牽涉國家安全的機敏任務時,可以合法豁免、關閉AIS詢答器。

在2020年代,美國海軍開始購置新一代戰略音響監視船(T-AGOS(X))。除了專業音響監視船之外,美國海軍也發展出遠征型SURTASS系統(Expeditionary SURTASS,SURTASS-E),將SURTASS拖曳陣列聲納系統整合到集裝箱裡模組裡,可輕易部署在各種適合的船隻平台上,如此海軍就能快速租用商業船隻部署SURTASS-E來強化海洋監視能力。在2023年5月,美國國防部宣布出售SURTASS-E給澳大利亞,價值2億700萬美元,用於澳洲強化海洋監視能力、保護鄰近水域的計畫。

新型態高機動性海洋/水下監視系統/水面無人載具

由於中國周邊水域如南中國海、臺灣海峽等水域被中國海軍船隻嚴密監視(所以很難去布置固定式水下音響或頻繁派遣水聲監聽船),美國海軍也在嘗試新方法來監測這些水域的中國潛艦活動;例如,派遣更隱密的小型無人水面與水下載具,搭載紅外線攝影機、聲學探測設備,以及從商業船隻上投擲可拋棄式的聲學探測裝置等。

第一個成功的嘗試是可變形可靠聲學通道系統(Transformational Reliable Acoustic Path System,TRAPS),由位於維吉尼亞、列於財經500(Fortune 500)的國防公司Leidos負責開發。TRAPS最初是國防部先進計畫研究局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)發展的分佈式機敏潛艦獵殺(Distributed Agile Submarine Hunting,DASH)的相關項目之一,第一套TRAPS概念原型是在DARPA監督下,由科學應用國際集團(Science APplication International Corp.)團隊開發。在2014年,DARPA與Leidos簽署合約,研究發展TRAPS原型系統;在2019年9月,Leidos獲得進一步合約繼續開發TRAPS(價值7300萬美元合)。TRAPS是一種可快速部署在任何深海海床的固定式聲納陣列節點,可由民間船隻投放在重要水域的海床上,監聽周遭的水下聲學動態(韓敵方潛艦活動);此裝置入水後,底部單元(含處理器)作為基座會沉到海床上,並釋放出垂直向的水聲聽音陣列,陣列末端設置浮標使之浮出水面,並設置資料鏈發射裝置,將獲得的水聲感測資料通過其他中繼平台(如附近水面船隻、衛星、衛星等)的轉發,回傳到後方軍事指揮單位。TRAPS可由一般的民間船隻(如漁船、拖船)等偷偷投放入海中,可以輕易部署到全世界任何海域。此外,DARPA同時也另外開發SHARK(Submarine Hold at RisK)聲納項目,在一種無人水下載具(UUV)上部署主動聲納系統,其他水下監視系統初步探測到敵方潛艦之後前去,派出SHARK載具並以主動聲納進行精確標定。第一個SHARK UUV原型在2013年2月進行水下測試。

此外,美國海軍也研究發展小型的海上無人載具,包括採用太陽能供電的小型載具、小型水下無人自航載具(相當於小型無人潛艇),這些設備價格在80萬至300萬美元之間,比大多數正規武器系統便宜得多;這些載具並不攜帶武裝,只配備高解析度光電感測器(如攝影機、紅外線感測器)以及水下聲學監聽裝置,透過資料鏈(含衛星通信)將所獲得的信息傳回後方單位。這類小型無人自航載具由於成本低廉,可以大量製造並部署,有效覆蓋各個作業區域。而在未來,水下無人載具可以直接部署水下聲學誘餌,甚至攻擊性的反潛魚雷或水雷,直接參與對敵方潛艦的作戰甚至獵殺。

風帆無人艇(Saildrone)公司的航海者(Voyager)無人水面載具,攝於2023年5月

新家坡國際海事防務展(IMDEX 2023)

而太陽能水面載具方面,美國海軍正在部署由位於舊金山的風帆無人艇(Saildrone)公司的產品,該公司在2012年由英國工程師李察.詹金斯(Richard Jenkins)成立。風帆無人艇公司表示,在過去兩年(2022到2023年),該公司已經向美國海軍交付了22艘太陽能動力的風帆無人艇進行測試,包括長33英尺(10m)的航海者(Voyager),可以配備包括智慧型攝影機等各種感測器。該公司的風帆無人艇有三種不同尺寸,由小到大分別是長23英尺(7m)的探險者(Explorer)、長33英尺的航海者(Voyager)以及長65英尺(19.8m)的探勘者(Surveyor)。此系列載具上部有大型風帆,風帆以及載具上部設置太陽能板,為載具上的感測/通信/處理裝置提供電力,而載具本身的機動則完全倚靠風帆動力(最大型的「探勘者」具有自主推進能力)。載具上部前、後各有一個小型桅杆,分別設置衛星通信傳送/接收資料鏈、光電攝影機等關於水面航行/探測/通信傳輸的設備,載具龍骨下方設置水聲接收、水文測量等感測儀器。此系列風帆艇堅固可靠、功率消耗與信號低,能長時間在海上作業。Saildrone的軟體工程副總裁Blythe Towal透露,風帆無人艇是非常堅固的平台,載具編隊曾經航行穿越三個強大颶風(是在2021年威脅百穆達的颶風),甚至穿過颶風山姆(Sam)的風眼,所有無人艇都安然從颶風另一邊出來」。

此外,美國海軍也購置一些三叉戟(Triton)太陽能動力水面下無人載具,以太陽能為動力,運作時能潛伏在水下以下;此種載具由密西西比州的Ocean Aero製造,載具背部設置了可折收的風帆,在潛伏操作模式下就收起,需要充電時則浮上水面展開太陽能風帆。

(上與下三張)Ocean Aero三叉戟(Triton)太陽能動力水面下無人載具,頂部設置

太陽能風帆,充電時展開太陽能風帆。在水下潛伏作業時,太陽能風帆完全收起。



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