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水下技术▏水下无人作战系统装备现状及发展趋势

2018-08-10 15:24 性质:转载 作者:军鹰智库 来源:军鹰智库
近年来,随着人工智能等科学技术的不断发展以及各国对战场低伤亡率的不断追求,无人作战系统在海上战争中发挥着越来越重要的作用。海军无人作战系统是充分利用海洋的隐蔽特性与海洋空间优势,以...

近年来,随着人工智能等科学技术的不断发展以及各国对战场低伤亡率的不断追求,无人作战系统在海上战争中发挥着越来越重要的作用。海军无人作战系统是充分利用海洋的隐蔽特性与海洋空间优势,以信息技术为核心,空中、水面、水下与洋底无人作战平台相结合,沿海、近海与远洋无人作战平台结合,机动航行型与固定型无人作战平台相结合,用于完成多种军事任务的各类无人装备大系统的总称。海军无人作战系统是现代海军装备的一个重要组成部分,是21世纪海军装备中新概念、新技术最为丰富的新兴领域,发展前景十分广阔,必将带来海上作战模式的变革。

水下无人作战系统是海军无人作战系统的重要组成部分,与传统的有人驾驶多功能攻击型潜艇相比,水下无人作战系统具有造价低廉、使用灵活、隐蔽性强、适应复杂海况,以及可有效避免人员伤亡的特点,可承担从侦察、干扰、欺骗、通信中继、战场支援到发动攻击等几乎所有潜艇能够从事的作战任务,在现代海战中被作为“力量倍增器”而越来越受到重视。

一、国外水下无人作战系统发展现状

⒈美国已制定全面的发展规划,其他国家有选择性地发展

随着无人作战系统自主性大幅度提高,任务领域极大拓展,各种关键技术的突破使之受到越来越多的国家高度关注。目前世界主要海军大国都在积极推进无人作战系统的发展。

对军事领域高科技保持高度敏感的美国单独针对水下无人作战系统发展了公布了一系列规划,明确了发展思路。1994年,美国正式将无人潜航器发展列入计划,提出优先发展无人潜航器的水雷侦察、情报监视侦察和海洋调查能力;2000年,发布第1版《无人潜航器主计划》,确定了无人潜航器的7项任务:情报监视侦察、反水雷、海洋调查、通信导航、反潜战、武器平台、后勤补给与支援;2004年,发布第2版《无人潜航器主计划》,将无人潜航器的任务最终调整为9项,包括情报监视侦察、反水雷、反潜战、探察与识别、海洋调查、通信/导航节点、设备运送、信息作战和时敏打击,并提出要研发便携式、轻型、重型和巨型4类无人潜航器。

⑴情报、监视和侦察(ISR)。补充和扩展现有舰队的能力,将情报、监视和侦察能力延伸到受禁地区。这包括由各种平台来操控的多功能系统,完成收集至关重要的电磁和光电数据任务。

⑵反水雷。为舰队找到或创造无水雷的活动海区,而无需载人平台进入,缩短反水雷耗费的时间。这种能力将在近期成为美国海军兵力结构的组成部分。构想是,部署一种通用的模块化无人反水雷系统,迅速扫除各种水雷,确保美军能够以最低风险从海上进入战区。

⑶反潜战。近中期内实现这个目标,需要由第三方提供敌方潜艇出港或通过其他要道的提示、监视、跟踪信息,目的是使用无人潜航器遂行巡逻、探测和跟踪任务,把敌方潜艇动向通报给美国军方。更长远的目的是在任何交战情况下都具有这种能力,避免采取一不小心就会导致冲突升级的行动。

⑷探察与识别。将支持国土防御、反恐/部队保护、爆炸物处理的需求。能在狭窄区域内,如船壳、桥墩周围以及锚地海底区域进行快速搜索、探察和定位。美国海军《爆炸物处理、反恐/部队保护、无人潜航器任务需求重点》文件中指出,使用无人潜航器执行这类任务的目的是,“快速侦察热点区域,探测、调查和定位未爆炸的爆炸物(UXO)”。

⑸海洋调查。能够在各种海洋环境中收集水文和海洋学数据。海洋数据和海洋环境数据将用于近实时战术支持,还可存档用于长期保障,或快速转换用于作战空间准备。

⑹作为通信/导航网络节点。是“部队网”的水下支撑部分,通信/导航网络节点将为各平台之间提供连通性,并根据需要提供导航辅助。作为这种能力的一部分而开发的通信和导航模块将植入其他无人潜航器系统,以减轻研制负担,降低风险。

⑺设备运送。目标是秘密为反水雷、通信/导航网络节点、反潜战、海洋调查、特种作战部队支援和“时敏打击”等任务提供后勤保障。

⑻信息作战。目标是“利用、欺骗、威慑和瓦解敌人”。无人潜航器在浅水区和对载人平台来说太危险的水域进行秘密活动的能力非常适于执行特殊作战任务。两种最适于无人潜航器执行的信息作战任务是充当潜艇诱饵和作为通信或计算机节点干扰器。

⑼时敏打击。美海军《21 世纪海上力量》提出的“海上打击”是支柱中最具“动态效果”的部分。“时敏打击”就是只用数分钟而不是数小时,完成从传感器到攻击的一系列过程。从无人潜航器上发射武器,或用无人潜航器运送武器载具,可使发射点与目标距离更近,能够以更快的反应时间消灭目标。

2004年以后,美国未单独针对无人潜航器再次发布规划,而是将陆、海、空各类无人系统统筹规划。2007年12月,美国国防部颁布了《2007~2032年无人作战系统发展路线图》,首次提出了统一的无人作战系统总体发展战略规划,并明确表示,未来25年美国将逐步组建一支完善而先进的无人作战系统部队,实现与有人系统以及无人作战系统之间的无缝链接,在动态环境中既可独立承担任务,也可与其他作战单元协作完成复杂任务。美国海军在无人潜航器方面有多型装备在研制或者试验,其中已有部分型号的装备已经投入实战使用。

美国以外的其他国家则根据本国的技术情况,有选择性地发展水下无人作战系统,形成了局部技术优势。例如挪威、瑞典等北欧国家为了在波罗的海周边复杂的浅海峡湾里高效率地执行各种水下任务开发了“休金”系列、“双鹰”系列等多种中小型自主式无人潜航器(AUV),其技术水平总体上较高,仅次于美国。

⒉各类无人作战系统将向体系化发展,充分发挥协同作战能力

随着以美国为首的西方国家将战略重点转向近海,为更有效地在近海水域进行反潜、反水雷及反集群快艇,美国海军越来越重视无人潜航器(UUV)与有人舰艇之间的协同作战,利用通用化的信息传输接口,实现对水面、水下的态势全感知,形成体系化的无人作战系统。例如,美军濒海战斗舰(LCS)成建制搭载WLD-1型遥控猎雷系统(RMS)、战场预置独立水下载具(BPAUV)和REMUS型无人潜航器,作为其反潜战和反水雷战模板的主要装备,与本舰协同完成反潜战和反水雷战任务。

同时,美国在不断加强水下无人作战系统的通用性,使水下无人作战系统在系统控制、通信、数据处理和数据链等方面具备更广泛的互操作性,包括为水下无人作战系统建立安全可靠的通用数据链通信系统,强化“通用控制”和“通用接口”标准的应用等。

⒊各类水下无人作战系统的应用程度各不相同、处于不同发展阶段

由于环境和技术要求的不同,造成各种水下无人作战系统的发展和应用水平存在较大的差异。当前,多个国家已经研制多种型号的无人潜航器,并已经装备到反水雷战舰艇和主战舰艇,但主要还是用于反水雷。

⒋各国无人潜航器平台发展现状

根据美国海军2004年发布的《无人潜航器主计划》中对无人潜航器装备体系的划分依据(直径、排水量、续航力及有效载荷等),将无人潜航器划分为便携型(45kg以下)、轻型(45~227kg)、重型(227~1360kg)和巨型(1360kg以上)四类。其中便携式的REMUS100无人潜航器装备于美国海军扫雷艇,是世界上首艘用于作战的无人潜航器。

⑴便携式。REMUS100直径0.19m,工作深度为100m,主要用于浅水反水雷和航道侦察等。目前,REMUS100已经出口多个国家,包括英国、比利时、德国等。便携式无人潜航器还包括用于战场监视的“海底滑翔者”小型无动力无人潜航器,其最大特点是不用任何能源,只靠海水的升降和波浪起伏就可在大范围内持续工作数日至数周,主要功能是收集海水不同深度的有关数据(如盐度、温度、混浊度、流向等),还可用于跟踪潜艇、反水雷和海域监视、侦察等多种功能。

图1   REMUS 100无人潜航器

⑵轻型。轻型无人潜器主要用于反水雷,代表型号是美国海军水面反水雷无人潜航器项目增量2(SMCM/UUV-2)项目。根据SMCM/UUV-2项目的需求,2006年8月,金枪鱼公司获得价值1800万美元的合同,将交付2套基于无人潜航器的反水雷系统,用于部署和作战。SMCM/UUV-2项目于2008年进行了水中测试。

⑶重型。重型无人潜器既可由水面舰船搭载,也可由潜艇搭载。目前,美国已经停止了潜载重型无人潜器项目,转而重点发展大直径巨型潜载无人潜器。水面舰船搭载的重型无人潜航器代表型号是战场预置自主式无人潜航器(BPAUV)。

图2   BPAUV潜航器试验过程

BPAUV是在“金枪鱼”-12无人潜航器的基础上发展的,首套样机于2000年进行水中试验。美国海军购买了1套BPAUV系统,包括2艘航行器和支援设备,目前已经交付,计划装备濒海战斗舰。

图3  金枪鱼-12无人潜航器

⑷巨型。巨型无人潜航器可以搭载水面舰船与潜艇,典型型号包括“海马”和“大直径任务重组式无人潜航器”(LDMRUUV)。其中,“海马”可以搭载于水面舰船和潜艇,LDMRUUV主要搭载于潜艇。“海马”无人潜航器直径0.97m,能够在水深10~300m的近海水域按照预先编制的程序独立作业,采集高质量的精确的军事海洋环境数据。2003年初,“海马”在“佛罗里达”号核潜艇进行了发射试验,目前还处于试验阶段。目前重点发展潜载大直径任务重组式无人潜器,该潜器直径约为1m,计划装备“弗吉尼亚”级攻击型核潜艇和“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇,将增加模块化、传感器及有效载荷的能力,并且能够集成小型无人潜航器,主要用于水雷清除、潜艇跟踪和时敏打击。

⑸概念探索型。“曼塔”属于探索一代的无人潜航器平台,着眼于装备美国海军未来的潜艇和水面舰,采用了非常规的扁平外形设计。主要用于新概念及新技术的试验。

图4  大直径任务重组式无人潜器

图5   美国“曼塔”无人潜航器作战概念图

二、国外无人潜航器发展趋势

⒈未来无人潜航器的设计将向着模块化和标准化的方向发展

目前的无人潜航器大多只能执行单项任务,例如美国远期水雷侦察系统等只能执行反水雷任务,且成本高昂,效费比不高。因此美国海军提出了“任务可重组无人潜航器”(MRUUV)发展计划,这种无人潜航器能够携带多种有效载荷,用于执行秘密的ISR、水下搜索与探查、通信/导航网络节点、潜艇跟踪、水雷侦察等任务,效费比高。

另外,2005年海军项目执行办公室(PEO)正式采用JAUS信息格式和数据协议作为其无人潜航器、无人水面艇和无人陆地车的通信标准。2006年,ASTM委员会发布了ASTM F2594-07标准,用于指导无人潜航器基本的通信需求。这表明了美国海军在无人潜航器通信标准化方面的决心。同年美国海军完成了无人潜航器技术标准的制定,主要内容包括自动化、任务载荷、传感器数据格式和通信技术等。该标准的出台,可使工业部门集中精力在无人潜航器模块化载荷的开发上,而不必再将重点集中在新型无人潜航器的设计上。

⒉无人潜航器的潜艇发射回收技术将是未来需要重点攻克的技术

美国无人潜航器的发展重点是搭载在潜艇之上的无人潜航器,利用潜艇发射回收无人潜航器就成了需要重点发展的关键技术,目前,从潜艇发射无人潜航器的技术已经基本成熟,533mm的无人潜航器主要从潜艇的鱼雷管发射,大直径的965mm无人潜航器主要从战略导弹核潜艇的弹道导弹发射管发射;而利用潜艇回收无人潜航器的技术还未成熟,处于试验阶段。

2007年11月,波音公司首次成功进行了水下航行中的潜艇回收无人潜航器的演示试验,这为今后执行先进的海军作战行动提供了新的可能。试验中,1艘美国攻击型核潜艇利用自身的1部鱼雷管发射了“远期水雷侦察系统”(军方代号AN/BLQ-11)无人潜航器。这一里程碑式的试验演示了完成发射与回收过程所需的所有要素。试验期间,AN/BLQ-11还完成了一些复杂的机动,包括原地静止和所谓的“影子潜艇”,即试验期间无人潜航器在水下与母艇并排航行。通过此次试验,美海军确信系统的性能是可靠的,这将支持美国海军继续研制可从潜艇上部署的533mm直径无人潜航器的决定。

⒊无人潜航器的智能程度将越来越高,能够自主执行多项任务

无人潜航器能够长时间自主独立行动是执行情报、监视与侦察、反潜和反水雷的前提。自主性对于无人潜航器执行所有任务都有着重要意义,努力提高智能化程度和自适应能力, 具有容错和故障诊断和排除功能, 改善系统的安全性和可靠性。

目前的无人潜航器只是处于初级智能阶段,大多数无人潜航器还需要操作人员进行实时控制,如“休金1000”和LMRS这些已经投入使用的且具有较高智能程度的无人潜航器也还是需要操作人员对其任务执行过程进行监视,并在紧急情况下改变任务模式或使其返回。目前,各国正在研发及试验的无人潜航器已经应用了先进的智能与控制技术,比如英国的“泰利斯曼”无人潜航器采用了先进避碰技术;同时它还采用了另一种被称为自主导航和感知试验研究(ANSER)的技术,该技术是由BAE系统公司澳大利亚分公司开发的,ANSER允许在多个无人作战系统之间共享传感器和地图信息,因此多个无人潜航器可像“蜂群”一样行动。

随着人工乐赢彩票网、计算机技术等的飞速发展,新一代的无人潜航器应该具有足够高的智能化程度,能够和环境发生交互作用,以便在水中执行任务时,能有效地探测和识别水下物体、取样、或完成各种人力无法胜任的水下工作。未来的无人潜航器将能够执行更为复杂的工作。在环境发生预料以外的变化时,还能够自行调整,以克服障碍。减少通信和人员监控需求,采用导航帮助和通信中继来进行多航行体协作作业,同时增加航行体对场景感知的水平。只有高度智能的无人潜航器才能在险恶的战术环境下生存,进而主宰水下战场。完全自主型无人潜航器是未来无人水下航行体发展的必然趋势。

三、我国海军水下无人作战体系初步设想

从无人作战系统运用的角度分析,海军可以或需要应用的系统将包括空间、空中、陆地、水面和水下的、各种类型、各种功能的系统或设备,其中水下无人系统是不可或缺的组成部分。水下无人系统将可以在海洋情报、监视和侦察(ISR)、水雷战、反潜战以及基地和港口的安全等诸多领域提供大量新的作战能力。尤其是在未来诸军兵种一体化联合作战条件下,水下无人作战系统将会在水下作战空间感知、作战力量应用、水下防护等诸多联合作战领域中发挥重要作用。

我国海军水下无人系统的发展需要有总体的规划,明确各阶段的发展目标,遵循循序前进的原则。从目前国内水下无人系统的发展现状看,基本具备发展以水下情报/监视/侦察(ISR)功能为主的水下无人系统的条件。同时考虑到反水雷的需求,具有探/猎雷功能的水下无人系统也已具备开发的条件。从军民共用的角度,用于海洋环境测量和调查的水下无人系统具有广泛应用前景,而且可以和水下情报/监视/侦察相结合,也应大力发展。在此基础上,开展其他运用的先期研究,不断拓展水下无人系统的能力和应用领域。

⒈我国海军水下无人作战体系开发总体指导思想

海军无人潜器属于“海军无人作战系统”的一个组成部分。在制定我国海军无人潜器研发指导思想时,需把握“海军无人作战系统”的内涵、特点和功能,分析我国海洋环境的形势和特点,并结合我国实际国情。技术上要充分考虑我国技术现状,基于我国具备的技术能力、技术基础与工业能力等制定合理的、切实、可实现的目标。

综合我国海洋环境特点及实际国情,我国海军无人潜器系统发展思路应遵循以下几点:

⑴应从沿海、近海与远洋结合,机动航行型与固定型装备相结合,点、线与区域配置相结合的大视野统筹考虑我国海军无人潜器技术的发展方向。

⑵既要针对美日等国“由深入浅”对我实施军事遏制与围堵的态势,重点突破我国近海防御战场建设迫切需要的无人潜器装备技术,又要重视发展远海防卫作战能力的前瞻性无人潜器技术。

⑶既要发展作为水面舰船与潜艇携带的新型武器的海军无人潜器,又要发展具有独立探测与作战功能的海军无人潜器。

⑷我国着手进一步发展海军无人潜器技术时,必须采取通用化、模块化、标淮化技术路线,建立统一的通信协议、统一的网络结构和标准、统一的能源组件、统一的投放尺度与口径等。

⑸水下无人潜器技术的发展应充分体现军民融合的方针。

⒉我国海军水下无人作战体系组成架构

我国海军应按照沿海、近海和中远海的不同军事需求,建立起3个层次的无人作战系统,同时还必须考虑海军无人作战系统的施工作业支援装备。

⑴沿海水下无人作战系统

作为水下无人作战系统的第1层次,目的在于改变我国沿海水下探测、警戒能力薄弱的现状,打破目前海面以下“不设防”的严峻状态。

⑵近海无人作战系统

是水下无人作战系统的第 2 层次,用于搜索与摧毁敌布设于我近海的水下设施,探明敌在一岛链附近的探测线及军事活动,控制台湾港口及对外通道。

⑶中、远海无人作战系统

作为水下无人作战系统的第3层次,主要作用包含在蓝色海域探测海洋战场环境、为我潜艇导航与传递信息、掌握敌潜艇水下动向、战时协助封锁关键航道及潜伏攻击敌主力舰队等。

⑷海军无人作战系统施工作业支援装备

作为有效持续应用水下无人作战系统的必要条件,为海底移动无人作战系统的布放与回收,驻留式无人作战系统的布设、施工、能源补充与维修提供可靠的作业、支援和工程保障能力。主要包含自航无人潜器的布放与回收系统、重型有缆遥控作业潜器的深海空间站布放与回收系统、水下网络的布设与施工装备、为驻留式海底无人装备补充与置换能源的重型智能无人潜器及工具。

四、结语

目前,我国海军水下无人作战系统已开展一些研究工作,且研发势头强劲,已取得一些无人潜航器平台原理样机、任务载荷、控制系统等科研成果。但是,由于国内各相关研究单位基本上是各自独立发展,研发力量分散,未形成整体优势,也没有从顶层进行统筹规划,缺乏研发的大思路,技术进步较为缓慢,很难适应我国海军武器装备体系化建设和未来作战的需要,也难以促推海军水下无人作战系统技术创新、跨越发展。

鉴此,为了使我国在我国未来海军水下无人作战系统领域占据重要一席之地,需要加强顶层策划,主动整合国内研发力量,形成有效合力,开展重点技术攻关,不断提升研发能力,力争掌握海军水下无人作战系统研发的主导权,以牵引、推动我国海军水下无人作战系统发展,实现2030年前我国海军无人作战系统成体系化投入装备与使用,赶超国际水下无人作战系统先进技术。

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