美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)海軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的財(cái)團(tuán)法人研究實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行著范圍廣泛的科學(xué)研究和先進(jìn)技術(shù)開發(fā)。美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室是在托馬斯·愛迪生的建議下于1923年成立的。
1946年美國(guó)海軍研究所設(shè)立后，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室被置于其所長(zhǎng)指揮下。
實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介
美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（United States Naval Research Laboratory，簡(jiǎn)稱NRL）是美國(guó)海軍及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)的財(cái)團(tuán)法人研究實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行著范圍廣泛的科學(xué)研究和先進(jìn)技術(shù)開發(fā)。
在1915年5月的《紐約時(shí)代雜志》社論，愛迪生寫道:“政府應(yīng)維持一間巨大的研究實(shí)驗(yàn)室……可在無(wú)需龐大開支下發(fā)展所有軍事和海軍技術(shù)。”
NRL基地坐落于華盛頓哥倫比亞特區(qū)波拖馬可河岸，是多種復(fù)雜科學(xué)設(shè)施的集散地，工作人員包括研究員、工程師、技術(shù)專家和支撐人員等多達(dá)2500名。由海軍辦公室負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的整體管理，有五個(gè)分管理事會(huì)，其中四個(gè)負(fù)責(zé)指導(dǎo)科學(xué)研究。
NRL的研究計(jì)劃來(lái)自很多方面，主要的項(xiàng)目發(fā)起和資助單位包括：海軍科研辦公室、海軍海洋系統(tǒng)辦公室、海軍大氣系統(tǒng)辦公室、美國(guó)空軍、國(guó)家航空航天局、國(guó)防科研計(jì)劃署、美國(guó)能源部、美國(guó)司法部等。
研發(fā)領(lǐng)域
NRL利用新型材料、技術(shù)、設(shè)備、系統(tǒng)，面向海洋應(yīng)用，進(jìn)行多學(xué)科的科研與技術(shù)開發(fā)，并為海軍提供廣泛的專門性科技開發(fā)，其研究活動(dòng)包括：
1、在海軍感興趣的領(lǐng)域廣泛發(fā)起和引導(dǎo)基礎(chǔ)性與長(zhǎng)期性的科研活動(dòng)。
2、在擁有技術(shù)專長(zhǎng)的領(lǐng)域開發(fā)能夠用于特定項(xiàng)目的原型系統(tǒng)。
3、為海軍提供空間技術(shù)與空間系統(tǒng)的開發(fā)與技術(shù)支持。
4、開展物理、工程、空間、與環(huán)境科學(xué)的室內(nèi)研究。
5、面向海洋作戰(zhàn)中心的多學(xué)科支持系統(tǒng)展開研究開發(fā)。
6、為國(guó)家地理空間情報(bào)局（NGA）提供測(cè)繪學(xué)、制圖、大地測(cè)量學(xué)的研究和開發(fā)依據(jù)。
組織部門
NRL主要的組織管理和研究部門包括：
研究領(lǐng)域執(zhí)行部
由NRL的指揮辦公室(CO)和研究主導(dǎo)部(DOR)共同承擔(dān)實(shí)驗(yàn)室的管理職責(zé)。根據(jù)海軍的要求，CO負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室的全面管理與一般性的職能指揮，包括法律事務(wù)、與其他軍事活動(dòng)的互動(dòng)、以及對(duì)技術(shù)工作的總體監(jiān)督和支持服務(wù)。DOR在CO的指導(dǎo)下對(duì)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)方案計(jì)劃進(jìn)行引導(dǎo)和總體設(shè)計(jì)；負(fù)責(zé)與學(xué)術(shù)界保持合作聯(lián)系；培訓(xùn)下級(jí)的技術(shù)人員；交換技術(shù)信息；有效地執(zhí)行NRL的使命。
業(yè)務(wù)運(yùn)作理事會(huì)
業(yè)務(wù)運(yùn)作理事會(huì)為業(yè)務(wù)需求開發(fā)提供管理流程。涉及領(lǐng)域包括金融管理、供應(yīng)鏈管理、合同運(yùn)作、公共事務(wù)、管理信息支持等。
系統(tǒng)管理理事會(huì)
通過基礎(chǔ)研究與工程開發(fā)，擴(kuò)展面向海軍部隊(duì)的項(xiàng)目運(yùn)作能力并提供支撐。重點(diǎn)是關(guān)注技術(shù)、設(shè)備、系統(tǒng)、以及如何獲取和傳輸作戰(zhàn)信息、并抑制敵方的相應(yīng)能力。目前的研究項(xiàng)目包括新的改進(jìn)型雷達(dá)、光學(xué)傳感器、高級(jí)電子支撐測(cè)試技術(shù)、高性能與高可信度計(jì)算機(jī)器等。
材料理事會(huì)
通過多學(xué)科的研發(fā)活動(dòng)發(fā)現(xiàn)和利用新材料，創(chuàng)造與材料行為有關(guān)的新概念，并開發(fā)基于新概念材料的新型器件。利用這些材料來(lái)滿足海軍先進(jìn)的電子、傳感器、光電子等技術(shù)平臺(tái)的需求。
大氣科學(xué)理事會(huì)
研究領(lǐng)域包括聲學(xué)、遙感、海洋學(xué)、海洋地質(zhì)、海洋氣象學(xué)、空間科學(xué)；對(duì)地遙感方面包括無(wú)線電、紅外線、光學(xué)傳感器、遙感物理及其成像系統(tǒng)的研究；海洋學(xué)方面包括海洋動(dòng)力學(xué)與預(yù)測(cè)、海洋科學(xué)和技術(shù)、小區(qū)域現(xiàn)象；海洋地球科學(xué)方面包括海洋物理、海底科學(xué)、測(cè)繪學(xué)、制圖、大地測(cè)量學(xué)；海洋氣象學(xué)方面包括紫外線測(cè)量、X射線天文學(xué)、高空大氣物理、伽馬和宇宙射線、太陽(yáng)物理學(xué)、日地關(guān)系、氣象預(yù)測(cè)系統(tǒng)和預(yù)測(cè)支持等。
研究概覽
從戰(zhàn)爭(zhēng)年代起，NRL的基礎(chǔ)研究領(lǐng)域就包括與海軍有關(guān)的地球和空間環(huán)境。探索的領(lǐng)域非常寬廣，從檢測(cè)太陽(yáng)的行為，分析海洋大氣條件，到測(cè)量深海參數(shù)等。NRL通過探索全波段的電磁波頻譜與大范圍的外層空間、其遙感與通信能力得到了很大的提升，并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(shù)、潤(rùn)滑技術(shù)、造船材料、防火技術(shù)、海洋水聲理論等也是一直關(guān)注的技術(shù)。
NRL開創(chuàng)了海軍的太空研究計(jì)劃，參與了包括利用V-2火箭進(jìn)行大氣探索、美國(guó)的第一個(gè)人造衛(wèi)星計(jì)劃（先鋒號(hào)計(jì)劃）、海軍的全球定位系統(tǒng)計(jì)劃。作為戰(zhàn)略防御計(jì)劃（SDI）的一部分，NRL還設(shè)計(jì)制造了低功率大氣補(bǔ)償試驗(yàn)（LACE）衛(wèi)星。
1992年，海軍海洋大氣研究實(shí)驗(yàn)室（NOARL）被并入NRL，合并加強(qiáng)了海軍研究實(shí)驗(yàn)室的研究實(shí)力。NRL現(xiàn)在作為海軍在海洋與大氣科學(xué)方面的領(lǐng)袖實(shí)驗(yàn)室，特別關(guān)注物理海洋學(xué)、海洋地質(zhì)、海洋聲學(xué)、海洋氣象學(xué)、以及大氣遙感和遠(yuǎn)洋技術(shù)等。擴(kuò)展以后的實(shí)驗(yàn)室主要關(guān)注冷戰(zhàn)后時(shí)代的新海軍戰(zhàn)略利益需求。NRL的研究興趣不僅局限在藍(lán)色水域，也著眼于維護(hù)在全世界海岸地區(qū)的美國(guó)利益，海軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家和工程師們正致力于向海軍輸送這類專門技術(shù)和能力。
NRL于2007年6月1日啟動(dòng)了空間衛(wèi)星試驗(yàn)1號(hào)計(jì)劃(STPSat-1)，該計(jì)劃目前已經(jīng)啟動(dòng)了地球空間外差成像(SHIMMER)和斷層掃描空間接收機(jī)(CITRIS)實(shí)驗(yàn)，目前已經(jīng)搜集到了大量高質(zhì)量的科學(xué)數(shù)據(jù)。STPSat-1實(shí)驗(yàn)?zāi)壳坝蒒RL與美國(guó)航空航天局共同支持。
今日，NRL已經(jīng)成為海軍在空間系統(tǒng)研發(fā)、火控系統(tǒng)研發(fā)、戰(zhàn)術(shù)電子系統(tǒng)、微電子學(xué)設(shè)備、人工智能技術(shù)等方面的領(lǐng)袖實(shí)驗(yàn)室。
研發(fā)項(xiàng)目
據(jù)美國(guó)海軍網(wǎng)站2011年10月31日?qǐng)?bào)道10月31日，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)的科研人員成功完成了海軍研究局(ONR)電磁導(dǎo)軌炮(EMRG)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室規(guī)模電磁導(dǎo)軌炮系統(tǒng)的第1000次試射。
電磁導(dǎo)軌炮是一種能夠利用電能而非化學(xué)推進(jìn)劑發(fā)射彈藥的遠(yuǎn)程打擊武器。電磁導(dǎo)軌炮安裝在艦上，可為艦上作戰(zhàn)人員提供多種打擊能力，如：精確水面火力支援、對(duì)陸打擊、巡航導(dǎo)彈和彈道導(dǎo)彈防御以及為抵御敵方艦艇的水面作戰(zhàn)等。
彈藥從電磁導(dǎo)軌炮發(fā)射的速度為每秒鐘2至2.5千米，整個(gè)發(fā)射過程無(wú)需使用炸藥推進(jìn)，當(dāng)遭遇目標(biāo)時(shí)，利用高速動(dòng)能將其消滅。
實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的電磁導(dǎo)軌炮長(zhǎng)6米，口徑50毫米。研究人員首次試射電磁導(dǎo)軌炮是在2007年，在改進(jìn)了電磁導(dǎo)軌炮的滑動(dòng)電樞和導(dǎo)軌之后，自2008年起每年平均試射電磁導(dǎo)軌炮300次。強(qiáng)電流使滑動(dòng)電樞在兩導(dǎo)軌間加速運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，強(qiáng)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)彈藥高速發(fā)射出去。每次試射之后，研究人員都要將電磁導(dǎo)軌炮的全部組件進(jìn)行拆解檢查，還會(huì)將導(dǎo)軌切割開放在顯微鏡下面檢查導(dǎo)軌表面所受到的損傷。
在1000次的試射期間，研究人員試驗(yàn)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(fā)射1.5兆焦耳能量武器的高壓。1兆焦耳能量相當(dāng)于推進(jìn)一輛1噸重的汽車以每小時(shí)160公里的速度行駛所需要的能量。
研究人員表示，電磁導(dǎo)軌炮的炮筒并不一定要像常規(guī)火炮的設(shè)計(jì)方案一樣是圓的。自2005年開始，研究人員便一直致力于延長(zhǎng)電磁導(dǎo)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(shí)現(xiàn)64兆焦耳、射程350公里的電磁導(dǎo)軌炮的完成。
由于試射所取得的材料科學(xué)方面的突破，給研究人員將新技術(shù)引入更大型的電磁導(dǎo)軌炮實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶來(lái)了極大的信心。2010年12月，美國(guó)海軍水面作戰(zhàn)中心成功完成了33兆焦耳電磁導(dǎo)軌炮的發(fā)射試驗(yàn)，同時(shí)也創(chuàng)造了一項(xiàng)世界記錄。
據(jù)簡(jiǎn)軍事與航空航天電子學(xué)網(wǎng)站2012年11月15日?qǐng)?bào)道，美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）計(jì)算物理和流體力學(xué)部門的負(fù)責(zé)人表示，他們正在研究利用旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)（RDE）降低燃?xì)廨啓C(jī)燃料消耗的可能性。
目前美國(guó)海軍艦船上約有430部燃?xì)廨啓C(jī)。這些發(fā)動(dòng)機(jī)每年消耗約20億美元的燃料。若經(jīng)過旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)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(xiàn)在使用的燃?xì)廨啓C(jī)基于布雷登熱力循環(huán)原理，將燃料與空氣混合壓縮后，在恒壓條件下燃燒，產(chǎn)生的能量用于發(fā)電和艦船推進(jìn)。
NRL的研究人員利用爆轟循環(huán)代替布雷登循環(huán)，用于燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)，是一項(xiàng)極具吸引力的創(chuàng)新技術(shù)。過去十年，實(shí)驗(yàn)室一直處在該項(xiàng)技術(shù)的研究前沿，也是開發(fā)脈沖爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)（PDE）的主要成員.
NRL的研究人員表示，他們已經(jīng)利用前期在通用爆轟上的研究成果，建立了用于仿真旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)的模型。旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)將能提高10%的輸出動(dòng)力。研究人員還表示，該技術(shù)能夠?yàn)楹＼姽?jié)省25%燃料消耗。若幾項(xiàng)技術(shù)難關(guān)被攻克，旋轉(zhuǎn)爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)和脈沖爆轟發(fā)動(dòng)機(jī)有望成為提高艦船和航空燃料效率的顛覆性技術(shù)。
目前海軍正在致力于燃?xì)廨啓C(jī)和電力混合動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)，以加大電力在新建艦船中的應(yīng)用。
海軍官員表示，雖然未來(lái)艦船正在向混合動(dòng)力系統(tǒng)或“全電力”推進(jìn)系統(tǒng)模型邁進(jìn)，燃?xì)廨啓C(jī)仍然是艦船電力和推進(jìn)系統(tǒng)中不可取代的角色。為海軍艦船開發(fā)和提供高效的燃?xì)廨啓C(jī)仍然是研究人員的工作重點(diǎn)。
美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）的科學(xué)家們?nèi)涨俺晒Πl(fā)現(xiàn)了一項(xiàng)具有突破性意義的新方法，可以讓太陽(yáng)能電池在水下高效作業(yè)。
因?yàn)楹Ｋ畷?huì)吸收陽(yáng)光，所以在水下的太陽(yáng)能電池想要吸收到足夠的陽(yáng)光是非常困難的。但是來(lái)自美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室電子科學(xué)和技術(shù)部的研究人員最近發(fā)現(xiàn)，雖然光照強(qiáng)度到達(dá)水底后變得很低，光譜也變得很窄，可這樣卻有助于電池實(shí)現(xiàn)高效率的能量轉(zhuǎn)化；另外，研究人員還發(fā)現(xiàn)當(dāng)光譜的波長(zhǎng)在400到700納米之間時(shí)，鎵磷化物具有超強(qiáng)的吸收能力，也就是說(shuō)如果放棄傳統(tǒng)的晶體硅電池，而采用高級(jí)的銦鎵磷化物電池，那么在光線密度很低的水下，太陽(yáng)能電池也可以實(shí)現(xiàn)高效的工作。
早期的實(shí)驗(yàn)表明，在水下9.1米處，這樣的電池一平方米的電能產(chǎn)量可以達(dá)到7瓦。據(jù)了解，該小組研究這種水下太陽(yáng)能電池的初衷是為水下自治系統(tǒng)和傳感器平臺(tái)提供動(dòng)力，而一旦這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展成熟，那么在水下建起大規(guī)模的高效太陽(yáng)能電站也就不再是夢(mèng)了。
參考資料 >
美國(guó)海軍研究實(shí)驗(yàn)室.中國(guó)科學(xué)院對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心.2013-03-31
美海軍獲小成:水下太陽(yáng)能電池挺高效.中國(guó)電池網(wǎng).2013-03-31