技经观察丨美国打造“海洋生物间谍”，持续强化水下态势感知能力

2024年9月，一头被猜测是间谍的白鲸在挪威海洋附近离奇死亡。该白鲸首次被发现是在2019年，当时身上绑着摄像机，被猜测是“间谍白鲸”。本月该白鲸的死亡，再次引发外界有关“海洋生物间谍”的讨论。一直以来有报道称，一些国家会对海豚和鲸类进行专门训练，并在这些海洋生物身上配备相关专用设备，对军舰和其他军事目标进行监控。美国国防部及美海军在该领域研究已久，相继推出“持久性水生生物传感器”和“海洋哺乳动物”项目，目的是利用海洋生物敏锐的态势感知能力，执行水下监视、水雷探测、设备回收及船舶港口保护等任务。

一、美国“海洋生物间谍”相关项目研究进展

海洋生物拥有复杂的感知行为，尤其是一些生物对微小的电磁和化学变化反应敏锐，如果将其用于军事行动，可一定程度上强化水下监视能力。长期以来，美军重视发展水下情报收集、侦察和监视能力，但通过无人组网技术、构建分布式水下网络等方式非常耗费资源，且感知能力也相对受限，如果能利用海洋生物的天生感知能力，则只需建立水下传感器网络就可实现对目标的持续性态势感知。近年来，美军推出多个“海洋生物间谍”项目，比较有代表性的是“持久性水生生物传感器”和“海洋哺乳动物”项目。

（一）美国DARPA“持久性水生生物传感器”项目，将海洋生物变成传感器

2018年11月，美国国防部高级研究计划局（DARPA）生物技术办公室推出“持久性水声生物传感器”（PALS）项目，旨在将生物能力与尖端技术相结合，开发能够监视水下环境的平台，从而掌握敌方水下动向。该项目重点研究歌利亚石斑鱼、黑海鲈鱼、鼓虾，以及发光浮游生物和其他微生物等海洋生物。

1.DARPA开展“持久性水生生物传感器”项目的考量

DARPA表示，尽管目前美军水下传感器技术取得进展，但在实现全面的空间和时间覆盖方面仍存在局限性。此外，当前水下传感器的灵敏度、特异性、高成本、对关键区域的访问受限以及由于防腐、更换电池等需要持续维护的问题逐步凸显，进一步阻碍了美军构建持续且广泛的水下态势感知网络。DARPA还称，美军目前探测和监控水下航行器的方法以硬件为中心，但这种能力主要用于战术层面，以保护航母等高价值资产，在更广泛的战略层面则较少应用。海洋生物具备复杂的感知能力，当发现潜艇等水下异物时，会做出某种行为。“持久性水声生物传感器”项目通过开发新型传感器，探测记录海洋生物行为，并对其进行解释，以识别、表征并报告在战略水域作业的水下装备。DARPA这种以生物为中心的技术将增强美国防部现有基于硬件的海上监视系统，并显著提高美军水下监视范围、灵敏度和持久性。

2.“持久性水生生物传感器”项目关键技术

2018年以来，DARPA在“持久性水生生物传感器”项目牵引下，积极开发创新性技术，这些技术涉及领域包括：一是生物选择与改造。研究人员正研究各种海洋生物，以确定哪些海洋生物能够有效感知水下航行器的存在。此外，研究人员还探索可能的改造方法，以提高海洋生物对与水下航行器相关的特定信号的敏感性。二是信号捕获和解释。该项目的核心在于捕获海洋生物遇到水下航行器时所表现出的信号或行为。研究人员正开发先进的传感器技术来准确捕获这些信号，然后使用数据分析技术对其进行解释。三是传感器集成。该项目涉及生物传感器与硬件设备的集成，主要技术挑战在于两者之间创建无缝接口，确保可靠的数据传输。四是数据传输和网络。研究人员正开发硬件设备和通信协议网络，以促进水下传感器向作战单位实时传输数据，从而及时做出决策。五是硬件设备性能。海水压力、温度和腐蚀等因素对硬件设备提出了挑战，研究人员正致力于提升硬件设备的耐用性。

3.“持久性水生生物传感器”项目进展

2019年3月，DARPA选中五个研究团队开展该项目，研究内容分别是：雷神BBN技术公司研究将虾用于被动双静态声纳系统；诺斯罗普·格鲁曼系统公司记录和分析鳄虾的声学特性和生物光学活动；佛罗里达大西洋大学使用巨石斑鱼作为生物传感器；美海军水下作战中心纽波特分部使用生态系统方法来确定无人水下航行器是否经过珊瑚礁；马里兰大学将为黑鲈鱼安装传感器，以追踪受到水下航行器干扰的鱼群的深度和加速度模式。2020年，上述五个研究团队完成第一阶段工作，证明了海洋生物可以感知水下航行器的存在，并通过输出信号或其他可观察的行为做出响应。随后，研究团队开展了第二阶段工作，重点开发水下传感器来观察、记录和解释生物体的反应，并将分析结果传输给远程终端用户。第三阶段主要是相关测试工作，但截至目前，DARPA并未发布相关进展。

（二）美海军“海洋哺乳动物”项目，训练海豚等动物执行军事任务

早在上世纪60年代，为了进一步提升鱼雷性能，美海军把目光转到海豚身上。海豚的流体力学外形和游速是鱼雷的绝佳模型，此外海豚是自然界最精密的“声呐”，能轻松发现浅水区域和拥挤港口的危险物体，且具有极佳的弱光视觉和水下定向视觉，即使在黑暗浑浊的水下也能探测及追踪目标。为此，美海军启动“海洋哺乳动物”（NMMP）项目，旨在研究海洋哺乳动物（主要是宽吻海豚和加州海狮）的军事用途，并训练动物执行船舶和港口保护、探雷和扫雷以及设备回收等任务。当时研究人员重点研究海豚的感官，并确定如何使其在水中寻觅目标物并将其标志定位。研究发现，经过训练的海豚可以在公海中执行任务而且无需栓系。但受限于当时技术水平，最后未能达成通过研究海豚流体力学性能改善鱼雷性能的目标。近年来，得益于技术发展进步，该项目得以重新启动，也开始由机密转为对外公开。

经过60余年的发展，该项目已训练了大约 120 种海洋动物来探测水雷和其他水下危险，但目前主要依靠宽吻海豚和加州海狮执行任务。2018年，“海洋哺乳动物”项目中的宽吻海豚在“环太平洋”军演中进行了动态水雷对抗训练。演习期间，到达站点后，技术人员将海豚放入水中，30秒后，海豚浮出水面并报告发现了一枚水雷。然后，技术人员给海豚一个标记装置验证其发现，海豚用鼻子将标记装置放在水雷附近后，标志装置的一部分浮出水面。随后，潜水员下潜至标志装置下方的海底，评估海豚的工作，发现标志装置放置位置准确。此次演习验证了海豚定位水雷的能力，可一定程度上补充美海军反水雷能力。

二、美国“海洋生物间谍”作战应用设想

1.探测潜艇、无人潜航器等水下威胁

DARPA指出，近年来，随着竞争对手潜艇隐身性能的提升以及无人潜航器的快速发展，美国现有反潜监测系统已难以应付这些水下威胁。为此，DARPA启动“持久性水声生物传感器”项目，旨在将海洋生物转变为“水下间谍大军”，利用其先天的能力感知水下威胁。以水生脊椎生物为例，该生物拥有一套独特的感觉器官系统，称为“侧线”，侧线使其能够感知周围水中的运动、振动和压力梯度变化。这种感知能力提供了敏锐的空间意识，并在定位、捕食、防御中发挥着重要作用。DARPA认为，可以利用海洋生物独特的先天能力，提供几乎无限的生物传感器，用于监视全球海域内的水下威胁，甚至去执行反潜战，有效补充现有反潜监测系统漏洞。

2.探测水雷、敌方潜水员等威胁

长期以来，美海军训练海洋生物进行探测水雷的训练，该项训练主要是在“海洋哺乳动物”计划下进行。其中，两组海豚则接受过探测并标记海底或埋在沉积物中的水雷位置的训练，一组海豚接受过快速识别安全通道的训练，以便部队首次登陆。在行动中，海豚等待训导员的提示，然后开始利用其自然的回声定位搜索特定区域。海豚向训导员报告，做出特定反应以告知是否检测到目标物体。如果检测到类似水雷的目标，训导员会命令海豚通过释放浮标来标记物体的位置，这样海军舰艇就可以避开水雷。“海洋哺乳动物”项目训练过的动物已被部署到战区，如越南战争、伊拉克战争。在越南战争期间，美海军首次派出5只海豚赴金兰湾，防御越南蛙人部队突袭美军基地。海豚发现蛙人后便从后面靠近，用所携装置撞击蛙人的氧气瓶，装置上的连接浮标即刻向水面部队发出警报。伊拉克战争期间，训练过的海豚被部署到波斯湾，有效帮助探测了乌姆盖斯尔港的100 多枚水雷。

3.保护港口与海军基地

美海军对海洋动物进行训练，使其保护港口和海军基地的潜艇等高价值目标。2010年，美海军将20只接受过训练的宽吻海豚和加州海狮部署至华盛顿普吉特湾附近的基察普-班戈海军基地（Kitsap-Bangor），以巡逻基地周围的海岸线。巡逻时，海豚会由乘坐小型机动船的驯兽员陪同。如果感觉到有入侵者，如游泳者或潜水员，海豚会游到船边，触碰传感器向驯兽员发出警报。然后，如果驯兽员和军事人员认为有必要进一步调查威胁，会在海豚的鼻子上放置频闪灯或发声器。随后，海豚游向入侵者并对其进行撞击然后迅速游走（这会将装置从海豚鼻子上撞掉），再由军事人员接管。此外，美海军还将14只接受过训练的宽吻海豚和加州海狮部署至金斯湾海军基地，该基地是美海军大西洋舰队“俄亥俄”级弹道导弹核潜艇的母港。海洋动物能够利用其先天“声呐”来探测水下异常活动并向饲养员报告，为核潜艇提供安全保障。此外，美海军一直以来还推动组建海洋哺乳动物护卫队来保护海军基地，但由于环保组织的诉讼，该举措被搁置。

二、美国“海洋生物间谍”作战应用设想

一方面，提升美军战略海域的水下监视能力 。近年来，美海军通过多种手段加强对战略海域及咽喉要地潜艇的监视能力，其中尤其重视新兴手段的运用。海洋生物具备动态监测海洋环境的潜在优势，DARPA“持久性水声生物传感器”项目利用海洋生物的自然感应能力，监测海峡及沿岸等战略水域的海事活动，是美军近年来强化水下监视能力的系列举措。这种将海洋生物感知能力与现代工程技术相结合，以海洋生物为基础的传感系统具有低成本效益，且能提供不同以往的持续监测方式。未来，该海洋生物传感器部署应用后，将与美海军现役的固定监视系统、移动监视系统、海上无人装备等，协同构建起隐秘、快速、灵活布设的水下监视网络。

另一方面，提升美军水下非常规战斗力。当前，世界主要军事强国积极布局水下，尤其是美国高度重视水下作战手段创新，以应对未来复杂的水下作战样式。除潜艇、无人装备、海底预置武器等常规装备外，海豚、海狮等哺乳动物也有望以非常规手段提升美海军水下战斗力。海洋哺乳动物具有出奇制胜的超能力，能够在水下战场充当“奇兵”的角色。据公开报道，美海军曾训练“海豚兵”执行复杂的作战任务，这些海豚能够识别敌我双方船只，把遥控炸弹静悄悄地固定在敌方中小型舰船上后返回驻地，炸弹由船上或者陆上人员遥控引爆。但由于全球动物保护意识的增强，美海军声称从2017年起放弃“海豚部队”，并使用无人潜航器等装备代替执行任务。然而，从美国国防部2024年仍然发布过“海洋哺乳动物项目促进国家安全”这一文章可以看出，美海军仍进行海洋哺乳动物军事作战的研究。近年来，在水下空间争夺加剧大背景下，加之俄乌冲突爆发后，俄海军在塞瓦斯托波尔港的入口处放置了两个海豚“防线”，这些因素或促进美海军再次组建“海豚部队”，以非常规手段辅助巩固水下作战优势。

作者简介

武志星 国务院发展研究中心国际技术经济研究所研究四室

研究方向：海洋和核领域形势跟踪及关键核心技术、前沿技术研究

编辑丨郑实

研究所简介

国际技术经济研究所（IITE）成立于1985年11月，是隶属于国务院发展研究中心的非营利性研究机构，主要职能是研究我国经济、科技社会发展中的重大政策性、战略性、前瞻性问题，跟踪和分析世界科技、经济发展态势，为中央和有关部委提供决策咨询服务。“全球技术地图”为国际技术经济研究所官方微信账号，致力于向公众传递前沿技术资讯和科技创新洞见。

地址：北京市海淀区小南庄20号楼A座

电话：010-82635522

微信：iite_er