美國海軍研究實驗室

美國海軍研究實驗室

美國海軍研究實驗室(United States Naval Research Laboratory,簡稱NRL),是美國海軍及海軍陸戰隊的財團法人研究實驗室,進行著範圍廣泛的科學研究和先進技術開發。美國海軍研究實驗室是在愛迪生的建議下于1923年成立的。

1946年美國海軍研究所設立後,美國海軍研究實驗室被置于其所長指揮下。

  • 中文名稱
    美國海軍研究實驗室
  • 外文名稱
    United States Naval Research Laboratory,簡稱NRL
  • 地點
    華盛頓特區波托馬克河岸
  • 組建時間
    1923年
  • 隸屬軍種
    美國海軍 US NAVY
  • 上級機構
    美國海軍研究所
  • 機構性質
    海軍裝備研究開發

簡介

美國海軍研究實驗室(United States Naval Research Laboratory,簡稱NRL)是美國海軍及海軍陸戰隊的財團法人研究實驗室,進行著範圍廣泛的科學研究和先進技術開發。

美國海軍研究實驗室是因愛迪生的鼓勵而在1923年成立。在1915年5月的《紐約時代雜志》社論,愛迪生寫道:"政府應維持一間巨大的研究實驗室……可在無需龐大開支下發展所有軍事和海軍技術。"

美國海軍研究實驗室門前愛迪生像美國海軍研究實驗室門前愛迪生像

1946年海軍研究所設立後,美國海軍研究實驗室被置于其所長指揮下。

NRL基地坐落于華盛頓特區波拖馬可河岸,是多種復雜科學設施的集散地,工作人員包括研究員、工程師、技術專家和支撐人員等多達2500名。由海軍辦公室負責實驗室的整體管理,有五個分管理事會,其中四個負責指導科學研究。

NRL的研究計畫來自很多方面,主要的項目發起和資助單位包括:海軍科研辦公室、海軍海洋系統辦公室、海軍大氣系統辦公室、美國空軍、國家航空航天局、國防科研計畫署、美國能源部、美國法務部等。

概況

存在時期: 1923年-至今

隸屬軍種: 美國海軍U.S.NAVY

機構性質: 研究開發

人員規模: 2,562文職人員110軍職人員(2010)

隸屬部門: 海軍研究辦公室

研發領域

NRL利用新型材料、技術、設備、系統,面向海洋套用,進行多學科的科研與技術開發,並為海軍提供廣泛的專門性科技開發,其研究活動包括:

1、在海軍感興趣的領域廣泛發起和引導基礎性與長期性的科研活動。

2、在擁有技術專長的領域開發能夠用于特定項目的原型系統。

3、為海軍提供空間技術與空間系統的開發與技術支持。

4、開展物理、工程、空間、與環境科學的室內研究。

5、面向海洋作戰中心的多學科支持系統展開研究開發。

6、為國家地理空間情報局(NGA)提供測繪、製圖、大地測量的研究和開發依據。

組織部門

NRL主要的組織管理和研究部門包括:

研究領域執行部

由NRL的指揮辦公室(CO)和研究主導部(DOR)共同承擔實驗室的管理職責。根據海軍的要求,CO負責實驗室的全面管理與一般性的職能指揮,包括法律事務、與其他軍事活動的互動、以及對技術工作的整體監督和支持服務。DOR在CO的指導下對實驗室的技術方案計畫進行引導和整體設計;負責與學術界保持合作聯系;培訓下級的技術人員;交換技術信息;有效地執行NRL的使命。

業務運作理事會

業務運作理事會為業務需求開發提供管理流程。涉及領域包括金融管理、供應鏈管理、契約運作、公共事務、管理信息支持等。

系統管理理事會

通過基礎研究與工程開發,擴展面向海軍部隊的項目運作能力並提供支撐。重點是關註技術、設備、系統、以及如何獲取和傳輸作戰信息、並抑製敵方的相應能力。目前的研究項目包括新的改進型雷達、光學感測器、高級電子支撐測試技術、高性能與高可信度電腦器等。

材料科學與組件技術管理理事會

通過多學科的研發活動發現和利用新材料,創造與材料行為有關的新概念,並開發基于新概念材料的新型器件。利用這些材料來滿足海軍先進的電子、感測器、光電子等技術平台的需求。

海洋及大氣科學管理理事會

研究領域包括聲學、遙感、海洋學、海洋地質、海洋氣象學、空間科學;對地遙感方面包括無線電、紅外線、光學感測器、遙感物理及其成像系統的研究;海洋學方面包括海洋動力學與預測、海洋科學和技術、小區域現象;海洋地球科學方面包括海洋物理、海底科學、測繪、製圖、大地測量學;海洋氣象學方面包括紫外線測量、X射線天文學、高空大氣物理、伽馬和宇宙射線、太陽物理學、日地關系、氣象預測系統和預測支持等。

研究概覽

從戰爭年代起,NRL的基礎研究領域就包括與海軍有關的地球和空間環境。探索的領域非常寬廣,從檢測太陽的行為,分析海洋大氣條件,到測量深海參數等。NRL通過探索全波段的電磁波頻譜與大範圍的外層空間、其遙感與通信能力得到了很大的提升,並且獲取了在大噪聲背景下可靠安全的信息傳輸手段。此外,潛艇的可居技術、潤滑技術、造船材料、防火技術、海洋水聲理論等也是一直關註的技術。

NRL開創了海軍的太空研究計畫,參與了包括利用V-2火箭進行大氣探索、美國的第一個人造衛星計畫(先鋒號計畫)、海軍的全球定位系統計畫。作為戰略防御計畫(SDI)的一部分,NRL還設計製造了低功率大氣補償試驗(LACE)衛星。

1992年,海軍海洋大氣研究實驗室(NOARL)被並入NRL,合並加強了海軍研究實驗室的研究實力。NRL現在作為海軍在海洋與大氣科學方面的領袖實驗室,特別關註物理海洋學、海洋地質、海洋聲學、海洋氣象學、以及大氣遙感和遠洋技術等。擴展以後的實驗室主要關註冷戰後時代的新海軍戰略利益需求。NRL的研究興趣不僅局限在藍色水域,也著眼于維護在全世界海岸地區的美國利益,海軍研究實驗室的科學家和工程師們正致力于向海軍輸送這類專門技術和能力。

NRL于2007年6月1日啓動了空間衛星試驗1號計畫(STPSat-1),該計畫目前已經啓動了地球空間外差成像(SHIMMER)和斷層掃描空間接收機(CITRIS)實驗,目前已經蒐集到了大量高質量的科學資料。STPSat-1實驗目前由NRL與美國航天局共同支持。

今日,NRL已經成為海軍在空間系統研發、火控系統研發、戰術電子系統、微電子設備、人工智慧技術等方面的領袖實驗室。

研發項目

電磁軌道炮

據美國海軍網站2011年10月31日報道10月31日,美國海軍研究實驗室(NRL)的科研人員成功完成了海軍研究局(ONR)電磁導軌炮(EMRG)項目實驗室規模電磁導軌炮系統的第1000次試射。

NRL2008年電磁軌道炮發射試驗NRL2008年電磁軌道炮發射試驗

電磁導軌炮是一種能夠利用電能而非化學推進劑發射彈葯的遠程打擊武器。電磁導軌炮安裝在艦上,可為艦上作戰人員提供多種打擊能力,如:精確水面火力支援、對陸打擊、巡航飛彈和彈道飛彈防御以及為抵御敵方艦艇的水面作戰等。

彈葯從電磁導軌炮發射的速度為每秒鍾2至2.5千米,整個發射過程無需使用炸葯推進,當遭遇目標時,利用高速動能將其消滅。

實驗室級別的電磁導軌炮長6米,口徑50毫米。研究人員首次試射電磁導軌炮是在2007年,在改進了電磁導軌炮的滑動電樞和導軌之後,自2008年起每年平均試射電磁導軌炮300次。強電流使滑動電樞在兩導軌間加速運動,從而產生強磁場,強磁場驅動彈葯高速發射出去。每次試射之後,研究人員都要將電磁導軌炮的全部組件進行拆解檢查,還會將導軌切割開放在顯微鏡下面檢查導軌表面所受到的損傷。

在1000次的試射期間,研究人員試驗了多種材料和幾何造型以決定何種材料和造型能夠承受足以融化金屬的高溫和發射1.5兆焦耳能量武器的高壓。1兆焦耳能量相當于推進一輛1噸重的汽車以每小時160公裏的速度行駛所需要的能量。

NRL2011年電磁軌道炮第1000次發射試驗NRL2011年電磁軌道炮第1000次發射試驗

研究人員表示,電磁導軌炮的炮筒並不一定要像常規火炮的設計方案一樣是圓的。自2005年開始,研究人員便一直致力于延長電磁導軌炮炮筒壽命、炮口能量及尺寸的研究。而這些努力將最終實現64兆焦耳、射程350公裏的電磁導軌炮的完成。

由于試射所取得的材料科學方面的突破,給研究人員將新技術引入更大型的電磁導軌炮實驗設備帶來了極大的信心。2010年12月,美國海軍水面作戰中心成功完成了33兆焦耳電磁導軌炮的發射試驗,同時也創造了一項世界記錄。

艦用旋轉爆轟發動機

據簡軍事與航空航天電子學網站2012年11月15日報道,美國海軍研究實驗室(NRL)計算物理和流體力學部門的負責人表示,他們正在研究利用旋轉爆轟發動機(RDE)降低燃氣輪機燃料消耗的可能性。

NRL旋轉爆轟發動機試驗NRL旋轉爆轟發動機試驗

目前美國海軍艦船上約有430部燃氣輪機。這些發動機每年消耗約20億美元的燃料。若經過旋轉爆轟發動機技術改造,每年將能降低3億美元到4億美元的燃料成本。

海軍現在使用的燃氣輪機基于布雷登熱力迴圈原理,將燃料與空氣混合壓縮後,在恆壓條件下燃燒,產生的能量用于發電和艦船推進。

NRL的研究人員利用爆轟迴圈代替布雷登迴圈,用于燃氣輪機驅動,是一項極具吸引力的創新技術。過去十年,實驗室一直處在該項技術的研究前沿,也是開發脈沖爆轟發動機(PDE)的主要成員.

NRL的研究人員表示,他們已經利用前期在通用爆轟上的研究成果,建立了用于仿真旋轉爆轟發動機的模型。旋轉爆轟發動機將能提高10%的輸出動力。研究人員還表示,該技術能夠為海軍節省25%燃料消耗。若幾項技術難關被攻克,旋轉爆轟發動機和脈沖爆轟發動機有望成為提高艦船和航空燃料效率的顛覆性技術。

目前海軍正在致力于燃氣輪機和電力混合動力推進系統,以加大電力在新增艦船中的套用。

海軍官員表示,雖然未來艦船正在向混合動力系統或"全電力"推進系統模型邁進,燃氣輪機仍然是艦船電力和推進系統中不可取代的角色。為海軍艦船開發和提供高效的燃氣輪機仍然是研究人員的工作重點。

水下太陽能電池

美國海軍研究實驗室(NRL)的科學家們日前成功發現了一項具有突破性意義的新方法,可以讓太陽能電池在水下高效作業。

因為海水會吸收陽光,所以在水下的太陽能電池想要吸收到足夠的陽光是非常困難的。但是來自美國海軍研究實驗室電子科學和技術部的研究人員最近發現,雖然光照強度到達水底後變得很低,光譜也變得很窄,可這樣卻有助于電池實現高效率的能量轉化;另外,研究人員還發現當光譜的波長在400到700納米之間時,銦鎵磷化物具有超強的吸收能力,也就是說如果放棄傳統的晶體矽電池,而採用高級的銦鎵磷化物電池,那麽在光線密度很低的水下,太陽能電池也可以實現高效的工作。

早期的實驗表明,在水下9.1米處,這樣的電池一平方米的電能產量可以達到7瓦。據了解,該小組研究這種水下太陽能電池的初衷是為水下自治系統和感測器平台提供動力,而一旦這項技術發展成熟,那麽在水下建起大規模的高效太陽能電站也就不再是夢了。

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