技經(jīng)觀察丨美國打造“海洋生物間諜”持續(xù)強化水下態(tài)勢感知能力
2024年9月，一頭被猜測是間諜的白鯨在挪威海洋附近離奇死亡。該白鯨首次被發(fā)現(xiàn)是在2019年，當(dāng)時身上綁著攝像機，被猜測是“間諜白鯨”。本月該白鯨的死亡，再次引發(fā)外界有關(guān)“海洋生物間諜”的討論。一直以來有報道稱，一些國家會對海豚和鯨類進(jìn)行專門訓(xùn)練，并在這些海洋生物身上配備相關(guān)專用設(shè)備，對軍艦和其他軍事目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控。美國國防部及美海軍在該領(lǐng)域研究已久，相繼推出“持久性水生生物傳感器”和“海洋哺乳動物”項目，目的是利用海洋生物敏銳的態(tài)勢感知能力，執(zhí)行水下監(jiān)視、水雷探測、設(shè)備回收及船舶港口保護(hù)等任務(wù)。
海洋生物擁有復(fù)雜的感知行為，尤其是一些生物對微小的電磁和化學(xué)變化反應(yīng)敏銳，如果將其用于軍事行動，可一定程度上強化水下監(jiān)視能力。長期以來，美軍重視發(fā)展水下情報收集、偵察和監(jiān)視能力，但通過無人組網(wǎng)技術(shù)、構(gòu)建分布式水下網(wǎng)絡(luò)等方式非常耗費資源，且感知能力也相對受限，如果能利用海洋生物的天生感知能力，則只需建立水下傳感器網(wǎng)絡(luò)就可實現(xiàn)對目標(biāo)的持續(xù)性態(tài)勢感知。近年來，美軍推出多個“海洋生物間諜”項目，比較有代表性的是“持久性水生生物傳感器”和“海洋哺乳動物”項目。
2018年11月，美國國防部高級研究計劃局（DARPA）生物技術(shù)辦公室推出“持久性水聲生物傳感器”（PALS）項目，旨在將生物能力與尖端技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)能夠監(jiān)視水下環(huán)境的平臺，從而掌握敵方水下動向。該項目重點研究歌利亞石斑魚、黑海鱸魚、鼓蝦，以及發(fā)光浮游生物和其他微生物等海洋生物。
DARPA表示，盡管目前美軍水下傳感器技術(shù)取得進(jìn)展，但在實現(xiàn)全面的空間和時間覆蓋方面仍存在局限性。此外，當(dāng)前水下傳感器的靈敏度、特異性、高成本、對關(guān)鍵區(qū)域的訪問受限以及由于防腐、更換電池等需要持續(xù)維護(hù)的問題逐步凸顯，進(jìn)一步阻礙了美軍構(gòu)建持續(xù)且廣泛的水下態(tài)勢感知網(wǎng)絡(luò)。DARPA還稱，美軍目前探測和監(jiān)控水下航行器的方法以硬件為中心，但這種能力主要用于戰(zhàn)術(shù)層面，以保護(hù)航母等高價值資產(chǎn)，在更廣泛的戰(zhàn)略層面則較少應(yīng)用。海洋生物具備復(fù)雜的感知能力，當(dāng)發(fā)現(xiàn)潛艇等水下異物時，會做出某種行為。“持久性水聲生物傳感器”項目通過開發(fā)新型傳感器，探測記錄海洋生物行為，并對其進(jìn)行解釋，以識別、表征并報告在戰(zhàn)略水域作業(yè)的水下裝備。DARPA這種以生物為中心的技術(shù)將增強美國防部現(xiàn)有基于硬件的海上監(jiān)視系統(tǒng)，并顯著提高美軍水下監(jiān)視范圍、靈敏度和持久性。
2018年以來，DARPA在“持久性水生生物傳感器”項目牽引下，積極開發(fā)創(chuàng)新性技術(shù)，這些技術(shù)涉及領(lǐng)域包括：一是生物選擇與改造。研究人員正研究各種海洋生物，以確定哪些海洋生物能夠有效感知水下航行器的存在。此外，研究人員還探索可能的改造方法，以提高海洋生物對與水下航行器相關(guān)的特定信號的敏感性。二是信號捕獲和解釋。該項目的核心在于捕獲海洋生物遇到水下航行器時所表現(xiàn)出的信號或行為。研究人員正開發(fā)先進(jìn)的傳感器技術(shù)來準(zhǔn)確捕獲這些信號，然后使用數(shù)據(jù)分析技術(shù)對其進(jìn)行解釋。三是傳感器集成。該項目涉及生物傳感器與硬件設(shè)備的集成，主要技術(shù)挑戰(zhàn)在于兩者之間創(chuàng)建無縫接口，確?？煽康臄?shù)據(jù)傳輸。四是數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)。研究人員正開發(fā)硬件設(shè)備和通信協(xié)議網(wǎng)絡(luò)，以促進(jìn)水下傳感器向作戰(zhàn)單位實時傳輸數(shù)據(jù)，從而及時做出決策。五是硬件設(shè)備性能。海水壓力、溫度和腐蝕等因素對硬件設(shè)備提出了挑戰(zhàn)，研究人員正致力于提升硬件設(shè)備的耐用性。
2019年3月，DARPA選中五個研究團(tuán)隊開展該項目，研究內(nèi)容分別是：雷神BBN技術(shù)公司研究將蝦用于被動雙靜態(tài)聲納系統(tǒng)；諾斯羅普·格魯曼系統(tǒng)公司記錄和分析鱷蝦的聲學(xué)特性和生物光學(xué)活動；佛羅里達(dá)大西洋大學(xué)使用巨石斑魚作為生物傳感器；美海軍水下作戰(zhàn)中心紐波特分部使用生態(tài)系統(tǒng)方法來確定無人水下航行器是否經(jīng)過珊瑚礁；馬里蘭大學(xué)將為黑鱸魚安裝傳感器，以追蹤受到水下航行器干擾的魚群的深度和加速度模式。2020年，上述五個研究團(tuán)隊完成第一階段工作，證明了海洋生物可以感知水下航行器的存在，并通過輸出信號或其他可觀察的行為做出響應(yīng)。隨后，研究團(tuán)隊開展了第二階段工作，重點開發(fā)水下傳感器來觀察、記錄和解釋生物體的反應(yīng)，并將分析結(jié)果傳輸給遠(yuǎn)程終端用戶。第三階段主要是相關(guān)測試工作，但截至目前，DARPA并未發(fā)布相關(guān)進(jìn)展。
早在上世紀(jì)60年代，為了進(jìn)一步提升魚雷性能，美海軍把目光轉(zhuǎn)到海豚身上。海豚的流體力學(xué)外形和游速是魚雷的絕佳模型，此外海豚是自然界最精密的“聲吶”，能輕松發(fā)現(xiàn)淺水區(qū)域和擁擠港口的危險物體，且具有極佳的弱光視覺和水下定向視覺，即使在黑暗渾濁的水下也能探測及追蹤目標(biāo)。為此，美海軍啟動“海洋哺乳動物”（NMMP）項目，旨在研究海洋哺乳動物（主要是寬吻海豚和加州海獅）的軍事用途，并訓(xùn)練動物執(zhí)行船舶和港口保護(hù)、探雷和掃雷以及設(shè)備回收等任務(wù)。當(dāng)時研究人員重點研究海豚的感官，并確定如何使其在水中尋覓目標(biāo)物并將其標(biāo)志定位。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過訓(xùn)練的海豚可以在公海中執(zhí)行任務(wù)而且無需栓系。但受限于當(dāng)時技術(shù)水平，最后未能達(dá)成通過研究海豚流體力學(xué)性能改善魚雷性能的目標(biāo)。近年來，得益于技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，該項目得以重新啟動，也開始由機密轉(zhuǎn)為對外公開。
經(jīng)過60余年的發(fā)展，該項目已訓(xùn)練了大約 120 種海洋動物來探測水雷和其他水下危險，但目前主要依靠寬吻海豚和加州海獅執(zhí)行任務(wù)。2018年，“海洋哺乳動物”項目中的寬吻海豚在“環(huán)太平洋”軍演中進(jìn)行了動態(tài)水雷對抗訓(xùn)練。演習(xí)期間，到達(dá)站點后，技術(shù)人員將海豚放入水中，30秒后，海豚浮出水面并報告發(fā)現(xiàn)了一枚水雷。然后，技術(shù)人員給海豚一個標(biāo)記裝置驗證其發(fā)現(xiàn)，海豚用鼻子將標(biāo)記裝置放在水雷附近后，標(biāo)志裝置的一部分浮出水面。隨后，潛水員下潛至標(biāo)志裝置下方的海底，評估海豚的工作，發(fā)現(xiàn)標(biāo)志裝置放置位置準(zhǔn)確。此次演習(xí)驗證了海豚定位水雷的能力，可一定程度上補充美海軍反水雷能力。
DARPA指出，近年來，隨著競爭對手潛艇隱身性能的提升以及無人潛航器的快速發(fā)展，美國現(xiàn)有反潛監(jiān)測系統(tǒng)已難以應(yīng)付這些水下威脅。為此，DARPA啟動“持久性水聲生物傳感器”項目，旨在將海洋生物轉(zhuǎn)變?yōu)椤八麻g諜大軍”，利用其先天的能力感知水下威脅。以水生脊椎生物為例，該生物擁有一套獨特的感覺器官系統(tǒng)，稱為“側(cè)線”，側(cè)線使其能夠感知周圍水中的運動、振動和壓力梯度變化。這種感知能力提供了敏銳的空間意識，并在定位、捕食、防御中發(fā)揮著重要作用。DARPA認(rèn)為，可以利用海洋生物獨特的先天能力，提供幾乎無限的生物傳感器，用于監(jiān)視全球海域內(nèi)的水下威脅，甚至去執(zhí)行反潛戰(zhàn)，有效補充現(xiàn)有反潛監(jiān)測系統(tǒng)漏洞。
長期以來，美海軍訓(xùn)練海洋生物進(jìn)行探測水雷的訓(xùn)練，該項訓(xùn)練主要是在“海洋哺乳動物”計劃下進(jìn)行。其中，兩組海豚則接受過探測并標(biāo)記海底或埋在沉積物中的水雷位置的訓(xùn)練，一組海豚接受過快速識別安全通道的訓(xùn)練，以便部隊首次登陸。在行動中，海豚等待訓(xùn)導(dǎo)員的提示，然后開始利用其自然的回聲定位搜索特定區(qū)域。海豚向訓(xùn)導(dǎo)員報告，做出特定反應(yīng)以告知是否檢測到目標(biāo)物體。如果檢測到類似水雷的目標(biāo)，訓(xùn)導(dǎo)員會命令海豚通過釋放浮標(biāo)來標(biāo)記物體的位置，這樣海軍艦艇就可以避開水雷。“海洋哺乳動物”項目訓(xùn)練過的動物已被部署到戰(zhàn)區(qū)，如越南戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭。在越南戰(zhàn)爭期間，美海軍首次派出5只海豚赴金蘭灣，防御越南蛙人部隊突襲美軍基地。海豚發(fā)現(xiàn)蛙人后便從后面靠近，用所攜裝置撞擊蛙人的氧氣瓶，裝置上的連接浮標(biāo)即刻向水面部隊發(fā)出警報。伊拉克戰(zhàn)爭期間，訓(xùn)練過的海豚被部署到波斯灣，有效幫助探測了烏姆蓋斯?fàn)柛鄣?00 多枚水雷。
美海軍對海洋動物進(jìn)行訓(xùn)練，使其保護(hù)港口和海軍基地的潛艇等高價值目標(biāo)。2010年，美海軍將20只接受過訓(xùn)練的寬吻海豚和加州海獅部署至華盛頓普吉特灣附近的基察普-班戈海軍基地（Kitsap-Bangor），以巡邏基地周圍的海岸線。巡邏時，海豚會由乘坐小型機動船的馴獸員陪同。如果感覺到有入侵者，如游泳者或潛水員，海豚會游到船邊，觸碰傳感器向馴獸員發(fā)出警報。然后，如果馴獸員和軍事人員認(rèn)為有必要進(jìn)一步調(diào)查威脅，會在海豚的鼻子上放置頻閃燈或發(fā)聲器。隨后，海豚游向入侵者并對其進(jìn)行撞擊然后迅速游走（這會將裝置從海豚鼻子上撞掉），再由軍事人員接管。此外，美海軍還將14只接受過訓(xùn)練的寬吻海豚和加州海獅部署至金斯灣海軍基地，該基地是美海軍大西洋艦隊“俄亥俄”級彈道導(dǎo)彈核潛艇的母港。海洋動物能夠利用其先天“聲吶”來探測水下異常活動并向飼養(yǎng)員報告，為核潛艇提供安全保障。此外，美海軍一直以來還推動組建海洋哺乳動物護(hù)衛(wèi)隊來保護(hù)海軍基地，但由于環(huán)保組織的訴訟，該舉措被擱置。
一方面，提升美軍戰(zhàn)略海域的水下監(jiān)視能力 。近年來，美海軍通過多種手段加強對戰(zhàn)略海域及咽喉要地潛艇的監(jiān)視能力，其中尤其重視新興手段的運用。海洋生物具備動態(tài)監(jiān)測海洋環(huán)境的潛在優(yōu)勢，DARPA“持久性水聲生物傳感器”項目利用海洋生物的自然感應(yīng)能力，監(jiān)測海峽及沿岸等戰(zhàn)略水域的海事活動，是美軍近年來強化水下監(jiān)視能力的系列舉措。這種將海洋生物感知能力與現(xiàn)代工程技術(shù)相結(jié)合，以海洋生物為基礎(chǔ)的傳感系統(tǒng)具有低成本效益，且能提供不同以往的持續(xù)監(jiān)測方式。未來，該海洋生物傳感器部署應(yīng)用后，將與美海軍現(xiàn)役的固定監(jiān)視系統(tǒng)、移動監(jiān)視系統(tǒng)、海上無人裝備等，協(xié)同構(gòu)建起隱秘、快速、靈活布設(shè)的水下監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)。
另一方面，提升美軍水下非常規(guī)戰(zhàn)斗力。當(dāng)前，世界主要軍事強國積極布局水下，尤其是美國高度重視水下作戰(zhàn)手段創(chuàng)新，以應(yīng)對未來復(fù)雜的水下作戰(zhàn)樣式。除潛艇、無人裝備、海底預(yù)置武器等常規(guī)裝備外，海豚、海獅等哺乳動物也有望以非常規(guī)手段提升美海軍水下戰(zhàn)斗力。海洋哺乳動物具有出奇制勝的超能力，能夠在水下戰(zhàn)場充當(dāng)“奇兵”的角色。據(jù)公開報道，美海軍曾訓(xùn)練“海豚兵”執(zhí)行復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)，這些海豚能夠識別敵我雙方船只，把遙控炸彈靜悄悄地固定在敵方中小型艦船上后返回駐地，炸彈由船上或者陸上人員遙控引爆。但由于全球動物保護(hù)意識的增強，美海軍聲稱從2017年起放棄“海豚部隊”，并使用無人潛航器等裝備代替執(zhí)行任務(wù)。然而，從美國國防部2024年仍然發(fā)布過“海洋哺乳動物項目促進(jìn)國家安全”這一文章可以看出，美海軍仍進(jìn)行海洋哺乳動物軍事作戰(zhàn)的研究。近年來，在水下空間爭奪加劇大背景下，加之俄烏沖突爆發(fā)后，俄海軍在塞瓦斯托波爾港的入口處放置了兩個海豚“防線”，這些因素或促進(jìn)美海軍再次組建“海豚部隊”，以非常規(guī)手段輔助鞏固水下作戰(zhàn)優(yōu)勢。
國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所（IITE）成立于1985年11月，是隸屬于國務(wù)院發(fā)展研究中心的非營利性研究機構(gòu)，主要職能是研究我國經(jīng)濟(jì)、科技社會發(fā)展中的重大政策性、戰(zhàn)略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢，為中央和有關(guān)部委提供決策咨詢服務(wù)?！叭蚣夹g(shù)地圖”為國際技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所官方微信賬號，致力于向公眾傳遞前沿技術(shù)資訊和科技創(chuàng)新洞見。
