水下多面手

陳和彬　周木蘭

在馬來(lái)西亞宣布失聯(lián)的馬航客機(jī)最終墜毀南印度洋后的數(shù)小時(shí)，美國(guó)即向澳大利亞海域派出裝備有定位聲吶系統(tǒng)的無(wú)人潛航器，以幫助尋找和打撈殘骸。中國(guó)和澳大利亞通過黑匣子搜尋儀多次偵聽到頻率與黑匣子發(fā)信相似的脈沖信號(hào)，然而，它們與失聯(lián)客機(jī)是否關(guān)聯(lián)，最有效的做法是投入無(wú)人潛航器開展海底成像搜索。

無(wú)人潛航器成為這次事件中人們的一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，其實(shí)它在軍事上的應(yīng)用也很廣泛，可攜帶各種傳感器和武器，能執(zhí)行多樣化軍事支援任務(wù)。由于海洋安全環(huán)境日趨復(fù)雜且軍事沖突不斷發(fā)生，全部使用價(jià)格昂貴的有人潛艇既耗費(fèi)財(cái)力，還會(huì)造成人員傷亡，因此加速研制和使用無(wú)人潛航器已被各國(guó)海軍提到議事日程。目前世界上至少有10個(gè)國(guó)家、近40個(gè)機(jī)構(gòu)在從事軍用或民用無(wú)人水下航行器的研究工作。

無(wú)人潛航器的分類

動(dòng)力傳送式潛航器這種潛航器由水面操作控制臺(tái)、電纜絞車、吊放系統(tǒng)、主纜、中繼器、系纜以及水下載體等基本單元組成。通常情況下，由水面支持母船通過電纜向水下載體提供動(dòng)力，位于母船控制臺(tái)上的操作者，根據(jù)水下載體傳回來(lái)的電視或聲吶圖像及各種狀態(tài)數(shù)據(jù)，作出判斷并發(fā)出操控指令和數(shù)據(jù)，控制水下載體執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，由此構(gòu)成人機(jī)閉環(huán)系統(tǒng)。通過機(jī)動(dòng)完成觀察、探測(cè)、檢查等工作，還能通過機(jī)械手或作業(yè)工具完成回收海底物體、水下切割、拆卸部件和安裝設(shè)備等復(fù)雜工作，相當(dāng)于將人的四肢和視覺功能向水下延伸，使之能執(zhí)行復(fù)雜的水下作業(yè)。

動(dòng)力傳送式潛航器一般采用模塊化開放式框架結(jié)構(gòu)，提供幾十到上百千克的載荷能力，便于加裝、更換載荷或換裝不同工具。1990年，日本海事科學(xué)技術(shù)中心研制出“海溝”號(hào)纜控式遙控潛航器，全長(zhǎng)3米，重5.4噸，耗資5000萬(wàn)美元，裝備有復(fù)雜的攝像機(jī)、聲吶和一對(duì)采集海底樣品的機(jī)械手。1995年3月24日，“海溝”號(hào)歷時(shí)3個(gè)半小時(shí)下潛到馬里亞納海溝最底部，重新標(biāo)定了那里的水深為10911.4米，改寫了世界深潛紀(jì)錄。

信號(hào)控制式潛航器 這種潛航器突出的特征是細(xì)纜僅傳送信息不傳送動(dòng)力，所用電纜或光纜的直徑一般在10厘米以下，屬于中小型潛航器，軍事上主要用于反水雷作戰(zhàn)，其作業(yè)半徑一般不超過1000米，攜帶聲吶和攝像機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)、近距離探測(cè)，送回圖像供操作者識(shí)別目標(biāo)，使用攜帶的切割工具或炸藥包清除水雷。國(guó)外有多種型號(hào)，有代表性的是法國(guó)ECA SA的PAP-104，后來(lái)發(fā)展到Mk5型，世界上20多個(gè)國(guó)家的海軍購(gòu)買了該裝備，總銷量已經(jīng)超過500臺(tái)。另一型出色的滅雷具是意大利蓋馬林公司的Pluto，以及后來(lái)發(fā)展的Pluto Gigas、Pluto Plus，現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)約1000臺(tái)。美國(guó)、俄羅斯、英國(guó)、德國(guó)、挪威、瑞典和瑞士等國(guó)也都裝備有同類設(shè)備，型號(hào)多達(dá)數(shù)十個(gè)，是軍用潛航器的主要類型。當(dāng)前和今后

段時(shí)間內(nèi)，有人參與的細(xì)纜遙控方式，仍將是軍用潛航器發(fā)展的重要方向。

智能自主式潛航器智能自主式無(wú)人潛航器在執(zhí)行任務(wù)時(shí)無(wú)需對(duì)其遙控，它從承載平臺(tái)發(fā)射后，由任務(wù)管理軟件自行控制，確定航向、航速、潛深、規(guī)避機(jī)動(dòng)，能遠(yuǎn)離母艦，獨(dú)立活動(dòng)。這種潛航器最近10多年得到了迅速發(fā)展，代表著無(wú)人潛艇發(fā)展的未來(lái)趨勢(shì)。自主潛航器執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)，無(wú)需人員在場(chǎng)，從而避免了傷亡問題，適合承擔(dān)高風(fēng)險(xiǎn)任務(wù)，使有人作戰(zhàn)平臺(tái)居于低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。所謂的自主是指自主潛航器在限定的時(shí)間和空間中，不需要人的干預(yù)執(zhí)行預(yù)定使命。自主潛航器一次補(bǔ)充燃料后，可連續(xù)航行幾百至幾千千米。自主潛航器可由多種平臺(tái)運(yùn)載和投放，如潛艇、直升機(jī)、艦船、適當(dāng)改裝的民船以及岸基平臺(tái)等，投放設(shè)備簡(jiǎn)單，不像魚雷需要專用發(fā)射裝置，也不像潛艇需要專用基地，出航靈活，易偽裝。有報(bào)道稱，美國(guó)的一艘自主潛航器曾橫跨大西洋到達(dá)西班牙。自主潛航器體積小，目標(biāo)特征小，易于實(shí)現(xiàn)低噪聲和隱身，因而很難被敵發(fā)現(xiàn)，極易隱蔽進(jìn)入戰(zhàn)場(chǎng)。

無(wú)人潛航器身手不凡

掃雷高手軍用潛航器能深入敵方水雷區(qū)繪制雷區(qū)圖，以便引導(dǎo)己方潛艇和水面艦艇安全通過。它可以通過光纖電纜或音響信息把雷區(qū)圖傳送給己方部隊(duì)，或者返航后再提供雷區(qū)圖，為下一步滅雷掃雷行動(dòng)提供情報(bào)支援。軍用潛航器可用主動(dòng)式聲吶探測(cè)水雷，并使用海底地形匹配導(dǎo)航聲吶，測(cè)出實(shí)際的海水深度，與己方已存數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)深度差進(jìn)行水下導(dǎo)航。同時(shí)，與所載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相結(jié)合，提供精確的位置數(shù)據(jù)，有助于繪制出精確的雷區(qū)圖或海底地圖。軍用潛航器還可為己方的水雷區(qū)提供巡邏保護(hù)，使之不至于被敵方破壞，防止敵潛艇利用水雷區(qū)中的間隙通道通過，預(yù)防敵潛艇在己方安全航道上布雷。對(duì)于那些情況不明的海峽和水道，通常也可以派出軍用潛航器進(jìn)行預(yù)先偵察，搜集有關(guān)海域海底地形的分布情況和海底海流等水文資料，以及海底水雷的布放狀況和種類數(shù)量等，從而決定己方水面艦艇或潛艇是否能夠通過，必要時(shí)可適時(shí)組織具體掃雷作業(yè)。美國(guó)海軍自動(dòng)化程度很高的“曼塔”軍用潛航器，攜帶有一個(gè)多波束主動(dòng)搜索聲吶和一個(gè)側(cè)掃分類聲吶，可在水下進(jìn)行初步搜索，判定是否存在水雷：也可用于精確勘測(cè)，對(duì)類似水雷的物體實(shí)施進(jìn)一步的定位并分類，具有非常出色的反水雷本領(lǐng)。

反潛專家軍用潛航器不僅能實(shí)施對(duì)水雷的偵察與探測(cè)，還是反潛作戰(zhàn)的高手。軍用潛航器可探測(cè)和跟蹤駛離港口、穿越警戒線的敵潛艇。作為潛艇的外部水聲傳感器平臺(tái)，軍用潛航器可以進(jìn)行區(qū)域性搜索和偵察，以擴(kuò)大潛艇的搜索和偵察范圍。如果在敵經(jīng)常出入的潛艇基地、港口和運(yùn)輸線附近水域秘密埋伏軍用潛航器，進(jìn)行水下監(jiān)視和跟蹤，即可獲取大量第一手情報(bào)，并源源不斷地傳送給己方部隊(duì)。作為反潛戰(zhàn)工具，軍用潛航器除了上述用途外，還可執(zhí)行水下警戒任務(wù)，組成警戒線以對(duì)付敵潛艇；可作為誘餌把敵潛艇引開或誘騙，然后在其它兵力的協(xié)同下圍殲敵艦艇。

美國(guó)海軍在冷戰(zhàn)時(shí)期就在太平洋地區(qū)部署了針對(duì)蘇聯(lián)潛艇的水下偵聽系統(tǒng)，目前正在開發(fā)可執(zhí)行攻擊任務(wù)的無(wú)人潛艇。這種無(wú)人潛艇載有多種先進(jìn)的攻擊型裝備，能在危險(xiǎn)的前沿海區(qū)執(zhí)行此前有人潛水器才能完成的任務(wù)，如將水聲傳感器部署到高危險(xiǎn)的淺水帶，通過它對(duì)敵潛艇進(jìn)行跟蹤，在敵潛艇沖入己方戰(zhàn)斗群之前用小型超空泡武器進(jìn)行攻擊等。endprint

網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)效能倍增器

美國(guó)海軍認(rèn)為，軍用潛航器在未來(lái)海戰(zhàn)中，特別是在網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)條件下，網(wǎng)絡(luò)中的任何一艘大中型潛艇只要它擁有發(fā)射和回收軍用潛航器的能力，就能使作戰(zhàn)范圍明顯擴(kuò)大和增加。每艘軍用潛航器在執(zhí)行任務(wù)時(shí)，均能充當(dāng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的信息交換節(jié)點(diǎn)。一艘可釋放和回收若干艘軍用港航器的母艇，足以形成以母艇為中心、各個(gè)軍用潛骯器為節(jié)點(diǎn)的作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)。軍用潛航器可拖帶一個(gè)被動(dòng)式聲吶基陣前去探測(cè)敵潛艇，并將情報(bào)自動(dòng)地傳送給別的反潛平臺(tái)。大型潛艇遠(yuǎn)距離航渡可將軍用潛航器作為通信中繼站，使?jié)撏Р辉贋橥ㄐ怕?lián)絡(luò)而浮至海面，從而提高潛艇的隱蔽性。軍用潛航器還可以作為遠(yuǎn)程傳感器的節(jié)點(diǎn)，提供連續(xù)不斷的、有價(jià)值的情報(bào)信息，并通過網(wǎng)絡(luò)與其它節(jié)點(diǎn)共享情報(bào)資源，構(gòu)成一體化的指揮、控制和信息系統(tǒng)，從而大大改善水下作戰(zhàn)的態(tài)勢(shì)。數(shù)個(gè)軍用潛航器通過各自艇上的水下聲吶、水面光學(xué)和水面電磁波探頭等傳感器，來(lái)搜集游弋海域的情報(bào)信息，通過對(duì)海水中化學(xué)痕跡、尾流及其它的海水?dāng)_動(dòng)情況判斷威脅物的特征信號(hào)，并將搜集到的情報(bào)通過高效率的通信手段匯集到母艇上，以供指揮員做出正確的判斷。每艘軍用潛航器在其執(zhí)行任務(wù)時(shí)都能夠作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過水聲、無(wú)線電或衛(wèi)星通信，為前沿部署的其它傳感器和戰(zhàn)斗部隊(duì)之間提供鏈接。

水下營(yíng)救、海底測(cè)量、打撈能手軍用潛航器在海底救撈方面有其它任何技術(shù)裝備無(wú)可比擬的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，無(wú)論在沉船打撈、飛機(jī)黑匣子搜索還是危險(xiǎn)品打撈和工程搶險(xiǎn)等方面，均有出色的表現(xiàn)。改進(jìn)軍用潛航器的重點(diǎn)是提升其動(dòng)力和耐久性，使其在執(zhí)行任務(wù)的惡劣海洋環(huán)境下性能更加可靠。而對(duì)于要在海里執(zhí)行幾天甚至幾周任務(wù)的精密電子儀器來(lái)說(shuō)，也面臨著巨大挑戰(zhàn)。

1986年1月28目，美國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)發(fā)生爆炸，美海軍迅即派出軍用潛航器，組織搜尋、打撈“挑戰(zhàn)者”號(hào)的碎片。當(dāng)時(shí)天氣惡劣，導(dǎo)致多數(shù)殘骸沉在305米深的海底，使得通常的潛水作業(yè)極其困難。但是，三臺(tái)軍用潛航器機(jī)敏地在這些殘骸中穿梭游弋。先是超小型軍用潛航器“探索4號(hào)”和重109千克的“短跑”號(hào)拍攝到了大量照片，幫助確定了聲吶所測(cè)到殘骸的具體位置，發(fā)現(xiàn)了機(jī)組成員座艙的部分殘骸。一臺(tái)重1135千克、名叫“天蝎座”的遙控潛航器，則利用兩只機(jī)械手抓住航天飛機(jī)的部分殘骸，把它們送出海面。

法航447航班失事后，搜索工作隨即展開，雖然發(fā)現(xiàn)了一些海上漂浮的殘骸，卻未收到黑匣子的聲信號(hào)。于是搜索人員根據(jù)“貝葉斯搜索方法”進(jìn)行搜索?！柏惾~斯搜索方法”是一種根據(jù)概率學(xué)尋找未知位置物體的數(shù)學(xué)方法。最終，在3800米到4000米水下用側(cè)掃聲吶找到了飛機(jī)的一大塊殘骸，包括引擎、起落架和部分機(jī)身。此后，開始使用美國(guó)制造的Renmra 6000遙控潛航器對(duì)殘骸進(jìn)行探摸。操作這臺(tái)潛航器的是鳳凰國(guó)際公司的專家，他們?cè)?jīng)為美國(guó)海軍搜尋失事飛機(jī)。2011年4月26日，無(wú)人潛航器首次下潛，找到了黑匣子的外殼，卻沒有找到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的記錄器。5月1日，無(wú)人潛航器終于撈起了記錄器。

據(jù)悉，美軍這次將出動(dòng)“金槍魚”號(hào)水下無(wú)人潛航器幫助搜尋馬航失聯(lián)客機(jī)?！敖饦岕~”號(hào)無(wú)人潛航器長(zhǎng)僅5米，重約800千克，可潛入海底4570多米處展開搜索?！敖饦岕~”號(hào)擅長(zhǎng)在水下尋找殘骸，當(dāng)以緩慢的速度行進(jìn)時(shí)，可持續(xù)搜尋1天多，主要依靠高頻側(cè)掃聲吶（工作頻率在100KHz左右）對(duì)海底進(jìn)行較高分辨率的成像，來(lái)搜索沉入海底的物體。“金槍魚”號(hào)還裝有水下攝像機(jī)，可在近距離拍攝海底物體影像，確認(rèn)度比側(cè)掃聲吶更高?！敖饦岕~”能夠利用側(cè)掃聲吶和攝像機(jī)下潛搜尋黑匣子，但一次只能裝配一種設(shè)備。通常情況下，它首先使用聲吶探測(cè)，發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)后回升至水面，改裝上攝像機(jī)后再次下潛，為搜尋人員提供水下畫面?！敖饦岕~”號(hào)依靠聲吶設(shè)備在海底掃描，但一天只能搜尋相當(dāng)于一個(gè)足球場(chǎng)大小的區(qū)域，搜尋一平方千米可能需要一個(gè)月，工作時(shí)速度只有5千米小時(shí)左右，所以它最終能否發(fā)現(xiàn)馬航失聯(lián)客機(jī)仍需要給予耐心。

據(jù)稱，美海軍將利用無(wú)人潛航器替代部分海洋監(jiān)測(cè)船。無(wú)人潛航器執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)一年，可自主收集水下環(huán)境的鹽度和溫度等多種信息，每隔一小時(shí)左右會(huì)浮上水面，通過衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈向后方傳輸數(shù)據(jù)，可改善美軍艦艇聲吶的作戰(zhàn)效能和精度。無(wú)人潛航器任重而道遠(yuǎn)

無(wú)人潛航器的體積不大，艇內(nèi)空間有限，因此裝載的動(dòng)力裝置功率有限，航程受到比較大的限制。無(wú)人潛航器的探測(cè)與搜尋能力也受到裝載設(shè)備的很大限制，無(wú)法與大中型潛艇相比。為了投放、回收一個(gè)無(wú)人潛航器，主控平臺(tái)不得不改變其正常操作，因而將承受很大風(fēng)險(xiǎn)。如果由潛艇進(jìn)行投放、回收，則更加危險(xiǎn)。在發(fā)射管有限的情況下，是否將魚雷換成潛航器將是個(gè)艱難的選擇。迄今，軍用潛航器的一些關(guān)鍵性技術(shù)尚待解決和完善。比如，軍用潛航器的通信如何能確保低截獲率、潛艇的儲(chǔ)能技術(shù)如何提高等等。如果軍用潛航器的通信聯(lián)絡(luò)不能提高保密性，那么敵方就很容易發(fā)現(xiàn)它，甚至可向它發(fā)出假情報(bào)加以迷惑，或進(jìn)行打擊。有纜遙控潛航器的電纜限制了潛航器的活動(dòng)范圍；母船難以在潛航器作業(yè)期間執(zhí)行其它任務(wù)：母船在潛水作業(yè)期間必須處于動(dòng)力定位或多錨定位狀態(tài)，這就對(duì)母船性能提出了較高的要求，且動(dòng)力定位狀態(tài)的油耗也比正常航行有所增加，導(dǎo)致總運(yùn)行成本顯著增加。目前，適合潛航器使用的傳感器品種極少，其中一些還不是專用產(chǎn)品，總體性能如體積、精度、響應(yīng)速度和功耗等技術(shù)指標(biāo)均不能滿足要求，今后仍有很大的發(fā)展空間。

未來(lái)，軍用潛航器不但裝配有前視聲吶，還裝配側(cè)掃聲吶和海底繪圖儀、海底剖面儀等設(shè)備，使?jié)摵狡髀晠忍綔y(cè)寬度和探測(cè)速度增加，在沒有艦殼獵雷聲吶的條件下也能獨(dú)立完成水雷探測(cè)、識(shí)別任務(wù)，從而使?jié)摵狡飨到y(tǒng)適應(yīng)不同的艦艇使用，而不需專門的獵雷艦艇，擴(kuò)大了使用范圍。感知是潛航器實(shí)現(xiàn)自主的前提，感知的前提是傳感器。自主潛航器對(duì)傳感器的需求數(shù)量、種類很多，大量傳感器的原始信息需要通過信息融合技術(shù)，轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)于內(nèi)外環(huán)境、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)的認(rèn)知。由“感”到“知”，需要大力發(fā)展相關(guān)的理論和方法。

更加隱蔽、無(wú)人化的武器裝備是未來(lái)海軍武器系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，號(hào)稱“海底殺手“的軍用無(wú)人潛航器將成為未來(lái)海戰(zhàn)場(chǎng)上的新星。軍用潛航器能淺能深、可遠(yuǎn)可近、攻防兼?zhèn)洹⒁鄦我嗳汉涂芍骺奢o的特點(diǎn)，使其作戰(zhàn)功能多樣化，不僅可以是有人作戰(zhàn)平臺(tái)的輔助手段，亦可獨(dú)立成軍，承擔(dān)戰(zhàn)役或戰(zhàn)術(shù)使命，甚至在未來(lái)承擔(dān)戰(zhàn)略使命亦是可能的。endprint