DARPA启动“湍流浮标预测”挑战赛

  2021年9月24日，DARPA宣布启动一项针对海上浮标的挑战赛，探索开发能准确预测海上漂流物10天内定位的算法。

  当前，尽管拥有精确的天气预报、超级计算机、卫星和精密的海洋传感器，人类对海洋表层的洋流运动却知之甚少。虽然已有关于次表层洋流水面以上天气活动的模型，但空气-海洋交界的相关知识还未被完全掌握。若能准确对海洋表层洋流建模可带来很多好处，如更准确的预测石油泄漏轨迹、支持对落水人员或漂流船舶的救援，甚至可帮助规划更高效的全球航线，绕过逆流区域。

  作为“海基物联网”（Ocean of Things）项目的一部分，DARPA主持了一项称为“湍流浮标预测”（Forecasting Floats in Turbulence，FFT）的挑战赛，旨在推进相关算法的开发，以更好地预测在海上自由漂流的浮标跟着时间的推移的运动轨迹，最终的目标是改进用于持久、大规模、低成本传感器平台的方法。

  DARPA战略技术办公室“海基物联网”项目负责人约翰·沃特斯顿称：“当前还没有方法能够准确预测一个瓶子被扔到海里一周后的去向，更不用说最终会在哪里被冲上岸。海洋洋流的中尺度模型能够给出一个瓶子最大有可能漂流的大致方向，但我们对更亚中尺度的模型尚没有很好的理解，即瓶子可能被困住，然后向一个全新的方向漂流。同样的情况也适用于‘海基物联网’项目中数千个小型、低成本的浮标，它们构成了一个分布式的传感器网络。”

  FFT挑战赛这样进行：从训练数据集开始，DARPA会提供20天的历史漂流数据，数据来源于Sofar Ocean公司生产的Spotter海洋浮标，该公司是“海基物联网”项目的承包商之一。通过在大西洋上漂流的约90个Spotter浮标及其20天数据，挑战赛参与者需要训练器算法或技术，来预测这些浮标在10天内会漂向哪里。一旦参与者提交了其对浮标位置的预测，DARPA就将利用互联网每两天提供浮标的实际方位更新，参与者就可看到浮标实际位置与其预测方位的差异。

  DARPA设置了5万美元的挑战赛奖金：第一名2.5万美元，第二名1.5万美元，第三名1万美元。

  美海军“船厂基础设施优化”计划（SIOP）于2018年启动，将通过约20 年、210亿美元的投资，优化船厂设施布局、升级干船坞和关键设备，对四家海军船厂进行现代化改造。2021年5月，美国众议院军事委员会就海军舰艇维修问题召开了听证会。会上，海军海上系统司令部司令总结了“船厂基础设施优化”计划的实施情况。众议院要求，美海军需制定该计划未来5年的详细方案，并通过立法以确保按期完成。

  2017年，美国政府问责署（GAO）提出，诺福克海军船厂、朴茨茅斯海军船厂、普吉特湾海军船厂和珍珠港海军船厂这4家海军船厂始建于19- 20世纪，存在基础设施严重老化、布局不合理等问题。2018年，美国政府问责署再次发布报告，称2015- 2019财年，4家海军船厂计划完成51项维修任务，实际完成49项，其中38项（约75%）未按时完成，延期总计7424天。在这些延期任务中，航母维修任务延期10项，平均延期113天；潜艇维修任务延期28项，平均延期225天。

  美参议院认为，随着美海军舰艇规模扩大和新舰的设计建造，这些船厂将难以满足海军战备需求，急需开展现代化改造。在这种背景下，美海军于2018年2月向国会提交了“船厂基础设施优化”计划，提出对4家海军船厂进行升级改造。

  “船厂基础设施优化”计划由美海军海上系统司令部（NAVSEA）牵头，海军设施工程司令部（NAVFAC）、海军设施司令部（CNIC）及海军船厂共同实施，海军海上系统司令部负责计划的具体实施，包括运营管理、技术上的支持和资金分配等；海军设施工程司令部负责设备和设施的采购和技术上的支持；海军设施司令部负责船厂场地管理及设施安装等；海军船厂则负责数据收集、规划和项目实施。2018年5月，美海军海上系统司令部成立了“船厂基础设施优化”计划办公室（PMS-555），主要职责是监督计划的执行情况，并负责相关采购工作，办公室每季度向执行监督委员会报告项目进展情况。

  “船厂基础设施优化”计划分为三个阶段：第一阶段主要对4家海军船厂基础设施存在的具体问题开展深入分析；第二阶段通过详细的工程分析和建模，创建数字孪生模型，确定各船厂的最佳改造方案；第三阶段将明确改造方案中的优先事项，并推进改造。该计划的主要改造内容有优化干船坞配置、升级船厂基础设施、更换老旧设备三个方面。

  4家海军船厂共18个干船坞，其中8个需要进行大量维护、修复和现代化改造。其中，西海岸普吉特湾海军船厂的3号干船坞始建于1919年，没有核燃料处理资质，潜艇必须先在另外的地方拆卸核燃料。这个船坞水深较浅，只能在涨潮时完成“洛杉矶”级潜艇的入坞或出坞。此外，美西海岸目前只有普吉特湾海军船厂的6号干船坞可用于维修航母，为此美海军计划将该船厂3号干船坞改造成多任务型，提高西海岸对未来航母的维护能力。其他重点改造内容如下:

  美海军称其船厂基础设施存在使用时间超期、老化严重、布局不合理等问题。船厂基础设施优化的关键步骤包括：确定维修所需的关键信息和重要设施，利用关键信息构建船厂重要设施的数字模型；通过仿真模拟，分析船厂基础设施布局对维修的影响，确定船厂最优布局和资源配置；制定总体设计，创建项目优先列表，指导项目投资。海军目前正利用数字孪生技术进行基础设施的建模，通过建立船厂焊接车间、泵管车间、材料仓库、办公空间等的数字模型，分析最佳布局方式，优化工作流程，减少无效工时。

  目前美海军船厂多数设备已超过有效期，没办法得到原始制造商的维护。根据计划，美海军将在完成建模仿真后，为船厂的关键设备改进制定具体方案。美海军预计船厂设备的投资经费将达到1.5亿美元/年，并将持续投入20年才能使船厂设备的平均使用的时间达到行业标准。

  2019年6月，美国诺福克海军船厂建成了包含上下两层结构的潜艇维修新设施，将潜艇维修和建造所需的多个车间集成至单个设施中。2020年底，珍珠港海军船厂完成首个数字孪生模型开发，其他三家船厂也在积极开展数字孪生模型开发工作。2021年3月，普吉特湾海军船厂完成了基准模型设计；诺福克海军船厂和朴茨茅斯海军船厂分别于1月和4月完成数据收集工作，计划年内完成三家船厂的数字孪生模型开发工作。

  然而，目前“船厂基础设施优化”计划进度已拖期，原计划2020年9月完成的4家造船厂建模仿真工作目前仅完成了一家。同时，美国国会对海军的数字孪生方案表示质疑，认为使用数字孪生技术进行大规模仿真的投资回报率较低，其建模仿真系统数据量巨大、维护成本极高、实现难度较大。

  “船厂基础设施优化计划是美海军近年开展的大规模船厂现代化改造计划，将促使现有船厂满足未来20年海军对舰队规模和新型舰艇的要求，优化舰艇建造-部署-维修周期，为提高美海军维修保障水平和战备水平奠定基础。

  5月，美海军海上系统司令部官网公布消息称，诺福克海军造船厂对其喷砂系统来进行了升级改造，将有实际效果的减少金属基材表面处理时间和成本。升级后的喷砂系统完全密封，通过暖通空调控制环境和温度，以满足多种金属的喷砂要求。喷砂系统配备控制中心，可实时报告温度和湿度，并在出现故障时及时提醒工作人员做处理。系统的喷砂介质可采用氧化铝或其他介质，喷砂完成后通过袋式过滤装置去除密度低于空气的颗粒物。喷砂区域底部为钢制栅格，其下方设有双向移动架，密度较大的颗粒则通过钢制格栅进入回收系统。系统可通过调整湿度，防止空气中的水分沉积在新喷砂的表面，避免由于表面不清洁导致涂层失效。

  美国伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员针对舰艇储能系统的双有源桥变换器，提出了一种模型预测操控方法，有效抑制了脉冲功率负载对舰艇电网的冲击。

  舰艇雷达、高能武器等大功率用电设备短时间内耗能巨大，为避免对舰艇电网电压和频率造成冲击，需引入储能系统并采用合适的变换器操控方法。为提高系统动态响应速度，研究人员开发出一种模型预测操控方法。先建立电池储能系统双有源桥变换器的预测模型；随后，根据实时采集的电感电压和电流值，计算下一时刻在不同开关状态下的电流预测值，并通过两个电流校正模块，对电流预测值进行补偿；利用校正后的电流预测值对下一时刻相移进行估计，并将参考相移、瞬时相移以及预测相移输入目标函数优化模块，最后输出变换器最优开关序列。实验根据结果得出，与PI控制相比，模型预测操控方法提高了系统动态响应速度，降低了稳态误差，抑制了脉冲功率负载对舰艇电网的冲击。

  这项研究提出了一种舰艇电池储能系统控制新方法，提升了动态响应速度与控制精度，未来有望用于舰艇下一代电网。

  受美国海上航空系统司令部资助，佐治亚理工学院的研究人员提出了一种概率疲劳损伤估计方法，可识别旋翼机部件状态。

  直升机基于状态的维修通常是利用估计算法预测部件的剩余常规使用的寿命，进而按时换部件。现有估计算法多采用频谱法，可能会引起不必要的部件更换或难以准确预测意外故障。研究人员开发出概率状态识别算法，并提出了一种概率疲劳损伤估计方法，可计算每个部件的疲劳损伤概率分布。该技术包含状态识别和损伤估计两部分：状态识别是利用概率状态识别算法得到状态的概率分布；损伤估计将部件在既定时间的疲劳损伤视为随机变量，不同时刻的损伤分布由状态的概率分布和对应状态下的损伤率计算得出。这种概率损伤评估方法的创新之处在于将损伤视为随机变量而不是确定值，反映了状态识别过程中的不确定性。仿真根据结果得出，与传统的确定性方法相比，新方法表现出明显优势，尤其是对航行过程存在较多不确定性的飞机。

  这种概率疲劳损伤评估方法将促进飞机部件的快速损伤评估，未来有望替代基于状态的维修技术。

  美国执行政府网公布消息称，美海军水面战中心与合作伙伴联合成立了信息物理系统实验室，旨在促进政府、学术界和工业界的合作。海上系统司令部司令表示，该实验室具有电子测试与集成、传感器集成、建模、仿真、增材制造等能力，并配备一个机械车间。

  该设施还为团体和个人提供了一个协作会议空间，利用I-Light高速光纤网络，将州、国家和国际研究与教育学习管理机关连接起来。

  英国海军技术网2021年11月22日报道，近期，美海军授予亨廷顿·英格尔斯工业公司（HII）英格尔斯造舰分部1份“美国”级两栖攻击舰4号舰（LHA 9）修订合同，金额1.316亿美元，用于长期物料采购等先期采购工作。

  亨廷顿·英格尔斯工业公司是美国唯一的大甲板两栖舰建造商。根据该公司消息，最新修订合同使该舰先期采购金额达6.51亿美元。2020年6月，该公司获得第3份价值1.45亿美元的修订合同；2021年4月，获得第4份价值1.07亿美元的修订合同。

  比利时海军认知网2021年11月25日报道，美国防部2021年11月25日消息，美国海军海上系统司令部授予科学应用国际公司（SAIC）约1.24亿美元的固定价格加激励合同，生产MK 48 Mod 7重型鱼雷的后段/尾锥和燃料段的装置，并提供技术支持。

  该合同包括服务美海军、以及对澳大利亚和台湾地区的对外军售。合同80%的工作将在印第安纳州贝德福德进行，20%在罗德岛的米德尔顿进行，预计2025年7月完工；该合同还包括附加选项，执行全部选项的总价值将达到约11.13亿美元，工作将持续到2033年1月。

  MK 48重型声自导鱼雷配备了先进声纳、全数字制导与控制管理系统、数字引信系统和改进的推进系统，可装备于美海军现役所有级别潜艇，执行反潜和反舰任务，；MK 48 MOD 7是该型鱼雷的最新改型，由美国与澳大利亚联合开发，于2006年达到初始作战能力。

  飞行国际网站12月4日报道，美国海军航空系统司令部(NAVAIR) 12月3日透露，由波音公司制造的MQ-25A“黄貂鱼”(Stingray)无人加油机的T1原型机首次登上位于弗吉尼亚州诺福克海军基地的“乔治·布什”号航母，开始做初步的甲板操作测试。此前，美海军曾在11月22日于诺福克海军基地的钱伯斯机场进行MQ-25“黄貂鱼”无人机的地面测试，通过在地面模拟航母甲板，测试MQ-25在航母甲板上的机动情况。

  MQ-25配备MQ-4C无人机使用的AE 3007N涡扇发动机，该发动机由罗罗企业来提供，推力44kN。该机型采用隐身外形和齐平进气口来确保隐身性，但隐身性能依然不如飞翼式无人机。MQ-25主要负责无人空中加油和情监侦工作，可扩大航母航空联队和航母打击群的航程、作战能力和杀伤力。MQ-25最近完成了对F-35C“闪电”II战斗机的首次空中加油，未来投入到正常的使用中后，将为每架具备接收装置的舰载机加油。

  英国巴布科克公司11月30日宣布，其苏格兰罗塞斯工厂的先进装配设施“冒险者大楼”竣工。“冒险者大楼”外部尺寸为147米×62米×42米，内设两台125吨龙门起重机，可同时建造和组装两艘31型护卫舰，并通过数字化技术明显提高自动化程度和建造效率。“冒险者大楼”最初将用于建造英国皇家海军31型护卫舰，在未来几十年内支持英国和国际其他造船工作。

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