UUV：伸向大洋深處的人類之手

徐淵

4月29日，關(guān)于馬航MH370失聯(lián)航班的空中搜索宣告結(jié)束，參加搜索的美國、印度、日本等國的飛機(jī)陸續(xù)返回本國。但是，這并不意味著馬航MH370失聯(lián)航班的全部搜索任務(wù)都已經(jīng)結(jié)束，而是將重點(diǎn)從空中搜索轉(zhuǎn)向了水下搜索。這水下搜索中，擔(dān)當(dāng)主力的就是水下無人潛航器（UUV），英國海軍將派出“回聲”號無人潛航器用于水下搜索，而在這之前，美國海軍的潛深4500米的“藍(lán)鰭金槍魚”號水下自主潛航器已經(jīng)在疑似海域完成了大量搜索任務(wù)，但是毫無所獲。

無人潛航器又稱水下機(jī)器人，是可以通過遙控或者自主控制在水下航行作業(yè)器具，主要用于水下突發(fā)任務(wù)以及復(fù)雜海況下的作業(yè)。

美國海軍長期以來一直在投入資金發(fā)展無人潛航器（UUV），已經(jīng)在艦艇保護(hù)方面發(fā)揮著越來越重要的作用。因為無人潛航器非常適用于探測水雷和反水雷（MCM），能在高度混亂的瀕海環(huán)境中探測錨系和掩埋水雷，所以很受美國海軍的重視，并希望把這種系統(tǒng)裝備到瀕海戰(zhàn)斗艦（LCS）等上邊。

美國海軍定義的9個重點(diǎn)輔助任務(wù)包括ISR；海洋學(xué)；通信/導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；MCM；反潛；探查/識別；有效載荷投送；信息作戰(zhàn)；時間關(guān)鍵目標(biāo)攻擊，其中4個就要使用無人潛航器。美國海軍當(dāng)前部署的無人潛航器已經(jīng)在完成的任務(wù)包括超視域監(jiān)視、潛在目標(biāo)的細(xì)節(jié)成像、遠(yuǎn)程攻擊等，它們也可以攜帶其他水下機(jī)器人，在遠(yuǎn)離作戰(zhàn)人員的水域執(zhí)行任務(wù)。

聰明能干的UUV

UUV系統(tǒng)的設(shè)計、組件和構(gòu)造，包括壓載系統(tǒng)、能源、通信、指揮和控制、推進(jìn)和小型UUV/潛航器存儲裝置等模塊。為此，美國海軍在“無人潛航器總體規(guī)劃”中專門列出了要發(fā)展9070千克以上大排水量（LD）的自主無人潛航器（AUV）平臺，能與大型艦艇、瀕海戰(zhàn)斗艦（LCS）、核動力導(dǎo)彈潛艇（SSN）、核動力彈道導(dǎo)彈潛艇（SSBN）、核動力攻擊潛艇（SSN）兼容，并能攜帶其他小型無人潛航器和多種水下攻擊武器。

由于無人潛航器的結(jié)構(gòu)在水下要承受非常大的壓力載荷，所以設(shè)計難度比無人飛行器增加很多，而大排量無人潛航器設(shè)計重點(diǎn)是要提高潛航器的持久性，攜帶的任務(wù)載荷能夠在無需人工干預(yù)的情況下完成多個任務(wù)，因此對能源和自主性等技術(shù)也是重大挑戰(zhàn)，特別是因為美國海軍要求這種無人潛航器在加油前能夠行駛數(shù)千海里。而當(dāng)今大部分AUV的持續(xù)工作能力是1～3天，然后必須在海床上著陸和進(jìn)入休眠狀態(tài)，等充電電池充完電后才能重新工作，所以為了給潛航器能在海中長時間航行提供動力，工程師們正在探索新的動力技術(shù)，例如使用固體氧化物、直接硼氫化物和氫系統(tǒng)等的先進(jìn)燃料電池技術(shù)。

增大型的“海神”

美國藍(lán)鰭公司和美國巴特爾公司/美國哥倫比亞集團(tuán)聯(lián)手，正在第三代懸停無人自主潛航器（HAUV 3）的基礎(chǔ)上研制了一種名為“海神”（Proteus）的LD AUV。HAUV 3是美國海軍研究局（ONR）和美國藍(lán)鰭公司聯(lián)合研發(fā)的，用以探檢測軍艦底部的水雷，外形類似于一種水下飛碟，因為美國海軍認(rèn)為水雷和水下爆破彈的威脅日益增加，所以使用HAUV 3解決這種威脅尤為重要。

HAUV 3外形小巧，2名船員即可搬運(yùn)，當(dāng)其在船只附近行動時，可通過聲吶攝像機(jī)發(fā)射信號，一旦完成外形評估，即可探測出iPhone尺寸大小的水雷，同時還能在開闊水域搜索水雷。

藍(lán)鰭公司聲稱，“海神”的直徑為1.5米、長7.8米，采用可選有人駕駛/無人駕駛雙模式，已完成100小時的有人駕駛試驗和175小時無人駕駛試驗，現(xiàn)在正在進(jìn)行集成試驗，預(yù)定將在今年夏天入水。

相比HAUV 3，“海神”增加了一些額外的功能，如垂直和水平推進(jìn)器，有更高的航行速度，有主動的配平功能，能夠在水中懸停的觸底停留，能夠在無人直接干預(yù)下長時間工作。哥倫比亞集團(tuán)預(yù)期“海神”的最高速度為3～5節(jié)/時，續(xù)航能力約為324海里或92小時，雖然還遠(yuǎn)達(dá)不到美國海軍設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)，但是畢竟邁出了一大步，爭取最終目標(biāo)是能在水下滯留9個月。

“海神”潛航器可以攜帶更小的如23厘米和55厘米直徑的小型無人潛航器到各種作戰(zhàn)區(qū)域，而且還可以掛接到其他無人潛航器上，給它們充電/加油，并取回收集到的數(shù)據(jù)，同時還能與遠(yuǎn)程操作點(diǎn)維持穩(wěn)定的安全通信。在理想情況下，“海神”還可以與其他無人潛航器建立一個可在水下儲存或運(yùn)輸多種物品的工作網(wǎng)絡(luò)，長時間在沿海淺水區(qū)域和港口部署。

“海神”作為藍(lán)鰭公司新一代無人潛航器，能夠承載的有效載荷也最大。其干貨艙的承載能力達(dá)到4.8立方米或重1630千克的有效載荷，這意味著可以攜帶很多傳感器和攝像機(jī)，用以發(fā)現(xiàn)潛伏在深處的水雷。特別是可以攜帶輸送潛水者的水下人員運(yùn)載器（Swimmer Delivery Vehicles），能在高危環(huán)境中隱蔽地將特戰(zhàn)人員及其裝備輸送到敵方控制下的海岸進(jìn)行秘密登陸，必要時一次可以運(yùn)送最多7名全副武裝的特戰(zhàn)隊員。

“海神”不僅可以在碼頭上部署和發(fā)射，也可以由其他“母艦”（包括較大的潛艇）攜帶和發(fā)射。此外“海神”還可以攜帶像阿特拉斯電子公司制造的“海狐”（Sea Fox）這種一次性的水雷探測識別/摧毀的自殺性潛航器，用于水雷的定位和摧毀，續(xù)航時間大約為100分鐘，并能在水深300米處以6節(jié)的速度航行。其中有一種沒有戰(zhàn)斗部的“海狐”- T，專門用來拖曳系留水雷。而新研制的“海狼”（Sea Wolf）無人潛航器攜帶有泥沙穿透聲吶，能夠確定水雷的位置，再用強(qiáng)大的戰(zhàn)斗部將其摧毀。阿特拉斯電子公司正在研制的被稱作“海貓”（Sea Cat）的無人潛航器既可以自主操作，也可以系纜操作，并采用了模塊化設(shè)計，能夠根據(jù)將要執(zhí)行的任務(wù)，方便地改變有效載荷。

試驗中的REMUS 100

與此同時，康斯博格子公司所屬的美國水下艦艇制造商海德羅伊德公司（Hydroid）表示，他們目前也在試驗一個水下自主發(fā)射和回收的自主無人潛航器REMUS 100。2013年4月，該公司向美國海軍水下作戰(zhàn)司令部交付了一艘用于試驗的的REMUS 100 AUV，重40千克，長1.5米，下潛深度可達(dá)100米，續(xù)航力為8～10小時。REMUS 100采用直流無刷電機(jī)和3葉螺旋槳作為動力裝置，并配備有多普勒航位推算裝置、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，最高航速達(dá)4.5節(jié)，能對許多任務(wù)提供支援，包括反水雷、港口安全、搜救行動、水文測量、環(huán)境監(jiān)視以及科學(xué)取樣和繪圖等。這種自主無人潛航器可以一次在水下待120天，而通過水底停靠可以延長到240天，海德羅伊德公司表示這種自主無人潛航器的技術(shù)可以應(yīng)用于任何尺寸的自主無人潛航器，包括LD AUV。美國海軍水下作戰(zhàn)司令部已經(jīng)把REMUS 100的試驗成果用于目前在進(jìn)行的各種研發(fā)項目中，并和公司共同探討更大的LD AUV研制方案。

模塊化的“九頭蛇”

DARPA則在研制一種名為“九頭蛇”（Hydra）的無人潛航器，這是一種更大的平臺，可攜帶更大的有效載荷，具有更好的操作和控制自主性，但也需要消耗更多的能量，使其具有更長的續(xù)航能力以完成相應(yīng)任務(wù)，從而成為水下潛航器發(fā)展的一個新領(lǐng)域。

“九頭蛇”系統(tǒng)設(shè)計有一系列的任務(wù)載荷模塊，能插入到傳統(tǒng)平臺標(biāo)準(zhǔn)化附件中，可以安全的運(yùn)輸并“發(fā)射”，能更快和更經(jīng)濟(jì)地部署到需要的地方。它們在脫離母體后能工作幾個星期甚至幾個月，執(zhí)行一系列任務(wù)，包括消除視域局限、遠(yuǎn)程攻擊目標(biāo)、以及潛在目標(biāo)的細(xì)節(jié)成像等，并在回收后還可以快速地重新布局任務(wù)載荷，等待下一次任務(wù)。其目的是建立一種配合有人駕駛艦船的，由無人潛航器組成的分布式海底網(wǎng)絡(luò)（見圖）。

這種作戰(zhàn)概念的優(yōu)點(diǎn)，是確保海上和水下的“無縫”作戰(zhàn)，包括，通過超視距的通信和指揮（C2）快速到達(dá)作戰(zhàn)區(qū)，增加作戰(zhàn)覆蓋面，為其他水下潛航器的ISR傳感器進(jìn)行充電，以及未來能整合新的有效載荷等?！熬蓬^蛇”系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)部署的可擴(kuò)展性。美國海軍可以使用輪船、潛艇或飛機(jī)將其部署到沿海海域，并能快速的重新布局和保證任務(wù)載荷的最大化。