無人水下航行器裝備配置分析

【裝備理論與裝備技術(shù)】

無人水下航行器裝備配置分析

秦東興1，周勝2

(1.海軍裝備部裝備采購中心，北京100071； 2.海軍陸戰(zhàn)學(xué)院，廣州510430)

摘要：無人水下航行器是海軍水下作戰(zhàn)的一個重要發(fā)展方向。根據(jù)無人水下航行器擔(dān)負(fù)的軍事任務(wù)和具備的相應(yīng)功能，結(jié)合現(xiàn)役裝備，給出了無人水下航行器的裝備配置方案，同時根據(jù)目前裝備性能，分析了完成作戰(zhàn)使命的可行性，為無人水下航行器發(fā)展提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：無人水下航行器；裝備配置；反潛

收稿日期：2014-10-12

作者簡介：秦東興(1976—)，男，工程師，主要從事兵器裝備研制、采購管理與保障研究等研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.01.011

中圖分類號：U674.941

文章編號：1006-0707(2015)01-0038-03

本文引用格式：秦東興，周勝.無人水下航行器裝備配置分析[J].四川兵工學(xué)報，2015(1):38-40.

Citationformat:QINDong-xing,ZHOUSheng.AnalysisonUnmannedUnderwaterVehicleEquipmentConfiguration[J].JournalofSichuanOrdnance,2015(1):38-40.

AnalysisonUnmannedUnderwaterVehicleEquipmentConfiguration

QINDong-xing1, ZHOU Sheng2

(1.EpuipmentProcurementCenteroftheNavyEquipmentDepartment,Beijing100071,China;

2.NavyCommandAcademyofPLA,Guangzhou510430,China)

Abstract:Unmanned underwater vehicle is one of the important development directions in the Naval Undersea warfare. According to the military tasks and the corresponding function of the unmanned underwater vehicle, we proposed the reasonable configuration combined with the existing equipment. At the same time, according to the current equipment performance, we discussed the feasibility of the combat mission to provide reference to the development of unmanned underwater vehicle.

Keywords:unmannedunderwatervehicle;equipmentconfiguration;antisubmarine

無人水下航行器(UUV)是在水下承擔(dān)情報收集、導(dǎo)航、偵察、水下武器對抗、通信、反潛、應(yīng)急救生與打撈、海洋勘探、危險條件下作業(yè)等多種任務(wù)的自主式航行器，包括無需操作員監(jiān)視和操控的海上自主航行器(AUV)和需要操作員通過光纖電纜或聲學(xué)通信進(jìn)行遙控的水下航行器(ROV)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性和靈活性。因而無人水下航行器已經(jīng)成為當(dāng)前世界各國海軍裝備的一個重要的研究方向[1]。

在美國海軍于2005年1月公布的修訂版《海軍UUV主計劃》中，提出了在UUV未來可以擔(dān)負(fù)九項軍事任務(wù)，即：情報偵察、反水雷、反潛艇、水下運(yùn)載、反恐、通信和導(dǎo)航、通信對抗、信息戰(zhàn)和聲誘餌、遠(yuǎn)程火力攻擊等[2]。綜合國內(nèi)外文獻(xiàn)[1-5]，UUV所擔(dān)負(fù)的軍事任務(wù)按水下防御、水下主動自主式攻擊和戰(zhàn)斗支援3種樣式，可以分為情報收集、目標(biāo)監(jiān)視和偵察任務(wù)；反水雷、反潛和反魚雷；作為通信和導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

根據(jù)以上的任務(wù)分析，結(jié)合現(xiàn)有的海軍武器裝備，可以認(rèn)為UUV兼具了以下幾種裝備的特征和功能：水雷、魚雷、潛艇、水聲通信設(shè)備、獵雷和掃雷裝備、聲誘餌等。本文的裝備配置分析以此為參考依據(jù)并結(jié)合目前國外研制和使用的部分UUV裝備配置現(xiàn)狀。

1反水雷功能

反水雷任務(wù)可以分解為探測、分類、識別和滅雷幾種，采用獵、掃、破、炸等手段。目前常用的水雷有錨雷、沉底雷和掩埋雷等。

針對反水雷的現(xiàn)狀，采用自主式的UUV(AUV)擔(dān)負(fù)反水雷任務(wù)，更適用于水雷探測和識別，不適合掃雷滅雷任務(wù)。水雷配備的磁感應(yīng)強(qiáng)度引信，在2nt的強(qiáng)度范圍就能引起觸發(fā)動作，而掃雷具在3m處的磁感應(yīng)強(qiáng)度下可達(dá)20nt。因此，要避免與水雷近距離接觸。實(shí)際應(yīng)用中掃雷具不引起的水雷任何引信發(fā)生動作的可靠距離為18m。針對錨雷所采取的用割刀割斷錨索的掃雷方式，需要非常精確的定位和控制，目前的AUV還難以達(dá)到要求，采用遙控的ROV更為合適。通過獲得的高分辨圖像，由掃雷艦人員對ROV進(jìn)行遙控操作。另外，采用UUV掃雷還存在被敵方水雷攻擊的問題，即掃雷的成本問題。水雷的成本低則1 500美元到數(shù)萬美元，較先進(jìn)的水雷一般不超過50萬美元，而ROV掃雷具造價為100～600萬美元，能擔(dān)負(fù)掃雷任務(wù)的大型和巨型AUV造價更高。配置的UUV數(shù)目有限，一旦受到損傷，將會延誤整個作戰(zhàn)任務(wù)的完成。有的文獻(xiàn)考慮采用數(shù)艘掃雷具協(xié)同掃雷，有的負(fù)責(zé)探測，有的負(fù)責(zé)滅雷。但美方所做的海上試驗證明這種多艘UUV協(xié)同掃雷方式效果不佳。認(rèn)為更為適宜的掃雷方式為采用便攜式和輕型UUV，用AUV完成探測任務(wù)。具體掃雷由ROV進(jìn)行炸藥清除，或者使用ROV精確探測定位后，由傳統(tǒng)的掃雷工具完成掃雷工作。

UUV掃雷的基本配置為：用于避障和搜索的前視聲納，如聲學(xué)透鏡前視聲納(圖像質(zhì)量高)或多波束前視聲納(搜索范圍大)；用于水雷探測和分類的側(cè)掃聲納，可以選用高頻側(cè)掃聲納，得到高質(zhì)量的圖像；為了廣泛的搜索范圍，則可采用多波束側(cè)掃聲納；用于水雷探測和識別的360°旋轉(zhuǎn)雙頻掃描聲納。高頻聲納分辨率高，覆蓋范圍小。低頻聲納分辨率低，覆蓋范圍大。雙頻聲納兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)；用于對水雷精確探測的合成孔徑聲納，分辨率高，如寬帶合成孔徑聲納；用于探測沉底雷和掩埋雷的低頻寬帶聲納和甚低頻聲色分類聲納，低頻和甚低頻具有較強(qiáng)的穿透性，可用于探測沉底雷和掩埋雷；用于水雷成像的激光線性掃描成像裝置，如彩色/黑白攝像機(jī)、微光電視或藍(lán)綠激光。用于實(shí)現(xiàn)水雷磁探測的磁傳感器，如磁探儀。用于滅雷裝置的割刀或高能效能戰(zhàn)斗部(魚雷、深彈和炸藥包)。其他必要設(shè)備還包括用于AUV水下回收的尋的和對接聲納，用于導(dǎo)航的慣性導(dǎo)航設(shè)備或多普勒聲納。

2反潛戰(zhàn)和反魚雷

反潛戰(zhàn)的任務(wù)可以分為監(jiān)視和攻擊任務(wù)。前者所需的設(shè)備類似于被動聲納或被動聲引信。水聲、磁場、水壓場、電場幾種常用的探測設(shè)備都是可以配置給UUV。攻擊任務(wù)的裝備配置與滅雷和魚雷類似。

UUV反潛有戰(zhàn)略反潛和戰(zhàn)術(shù)反潛2種方式。UUV更適合戰(zhàn)略反潛，美軍稱為風(fēng)險下的控制，即在不升級沖突水平的情況下，通過設(shè)置UUV監(jiān)控點(diǎn)，監(jiān)視離開港口或通過關(guān)鍵點(diǎn)的敵方潛艇。戰(zhàn)略反潛任務(wù)與戰(zhàn)場目標(biāo)、環(huán)境探測及信息搜集任務(wù)類似，只不過針對潛艇這個具體對象。

UUV戰(zhàn)術(shù)反潛，執(zhí)行海上盾牌或通道保護(hù)任務(wù)，對航母打擊群區(qū)域內(nèi)和航行通道內(nèi)的敵潛艇進(jìn)行硬殺傷。硬殺傷可以采用魚雷、火箭深水炸彈或直接撞擊等。硬殺傷對機(jī)動性、自主性和智能性要求很高，UUV實(shí)現(xiàn)該項任務(wù)難度非常大。也可以采取軟殺傷方式，配置聲誘餌、干擾器或氣幕彈等，模擬本艦輻射噪聲和應(yīng)答魚雷主動尋的艦艇回波信號。拖曳式聲誘餌系統(tǒng)同樣對UUV的航速提出了要求。連續(xù)爆炸式大功率干擾器，通過連續(xù)發(fā)射炸藥包的爆炸聲所產(chǎn)生的寬頻帶、高功率和長持續(xù)時間等特性持續(xù)壓制來襲魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)的正常工作。瞄準(zhǔn)式強(qiáng)功率干擾器，通過方位瞄準(zhǔn)或頻率對準(zhǔn)方法強(qiáng)化的來襲魚雷的干擾。

3通信、導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

在提供通信節(jié)點(diǎn)服務(wù)時，UUV與水下固定設(shè)施、艦機(jī)平臺、聲納浮標(biāo)和衛(wèi)星等實(shí)現(xiàn)通信鏈接，采集衛(wèi)星導(dǎo)航、地面無線電導(dǎo)航和慣性導(dǎo)航校正等數(shù)據(jù)，進(jìn)行多向數(shù)據(jù)交換，為其他平臺提供導(dǎo)航校準(zhǔn)和修正信息。目前常見的用于通信和導(dǎo)航的UUV，采用天線進(jìn)行無線電通信和GPS導(dǎo)航，有的AUV配備了1m或1.5m長的天線、衛(wèi)星通信的甚高頻系統(tǒng)和GPS導(dǎo)航系統(tǒng)。這種通信和導(dǎo)航方式較為可靠，缺點(diǎn)是隱蔽性較差。UUV也可使用水聲和無線組合浮標(biāo)，每個組合浮標(biāo)上部在水面以上，為無線浮標(biāo)，發(fā)射無線信號，下部在水中，發(fā)射水聲信號。這種通信方式隱蔽性好，但受到浮標(biāo)數(shù)目的限制。UUV性能的提升和未來發(fā)展，依賴水下高速通信能力。水下高速通信須滿足帶寬、傳輸距離和探測能力各項要求。光纖通信優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)率高，抗干擾能力強(qiáng)，但存在光纜的流體力學(xué)和長度等問題，影響了UUV的作用半徑和操縱性。水聲通信靈活性強(qiáng)，更適合AUV，但數(shù)據(jù)率低于光纜，存在實(shí)時性差、數(shù)據(jù)量有限的問題。

較為可行的水聲通信方式是采用聲學(xué)水下-水聲信息鏈。挪威和澳大利亞已有相應(yīng)的設(shè)備，如挪威的專用高速聲學(xué)鏈，聲納信號可以連續(xù)傳送，傳輸率為100kbit/s。澳大利亞的類似設(shè)備可以使水下的潛艇直接與30km外的指揮艦通信

導(dǎo)航問題是UUV的難點(diǎn)，慣性導(dǎo)航的累積誤差較大，用GPS進(jìn)行誤差修正，需要天線或上浮完成定位，隱蔽性差。采用聲波定位和水下環(huán)境地形輔助的聲學(xué)導(dǎo)航，存在相當(dāng)大的難度。目前，美國考慮采用精確水下地形顯示導(dǎo)航系統(tǒng)，但只能針對特定區(qū)域。

由于水下導(dǎo)航和通信存在諸多問題，UUV要實(shí)現(xiàn)全自主和協(xié)同作戰(zhàn)，難度很大，需要相關(guān)技術(shù)和實(shí)際裝備有明顯的突破。

4戰(zhàn)場目標(biāo)、環(huán)境探測及信息搜集能力

UUV執(zhí)行戰(zhàn)場環(huán)境偵察任務(wù)，搜集水文、氣象、水中聲源、目標(biāo)運(yùn)動要素等情報信息，可以采用回傳數(shù)據(jù)，也可存儲數(shù)據(jù)，待返回后下載。由于UUV受到體積和航速的限制，其探測能力受到明顯的制約，探測距離和精度都是相當(dāng)有限的。

配置拖曳式聲納能提高探測能力，但由于UUV航速較低，難以拖起拖曳式聲納(需要7節(jié)以上的航速)?？梢栽赨UV的四周設(shè)有縱向凹槽，水聽器擴(kuò)展陣就通過支臂布置在凹槽內(nèi)。支臂展開時，擴(kuò)展陣工作。高速航行或遠(yuǎn)程搜索目標(biāo)時不打開擴(kuò)展陣。一旦對目標(biāo)定位之后，立即展開擴(kuò)展陣。矢量水聽器線列陣作為試驗樣機(jī)，有30m長，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測、通信以及導(dǎo)航的一體化實(shí)現(xiàn)(但同樣涉及對UUV航速的要求)。目前這些UUV探測方式大都還停留在理論和樣機(jī)階段，未得到實(shí)際海洋環(huán)境的驗證。

美軍UUV主計劃中將信息作戰(zhàn)列為UUV的一項作戰(zhàn)使命。信息作戰(zhàn)時，將UUV投送到敏感的通信節(jié)點(diǎn)附近，進(jìn)行壓制或注入錯誤數(shù)據(jù)。這需要保證可靠的通信連接和具有復(fù)雜先進(jìn)的智能性，能自主識別并決定病毒數(shù)據(jù)的時機(jī)?？紤]用UUV實(shí)現(xiàn)水聲病毒的信息作戰(zhàn)，目前是難以實(shí)現(xiàn)的。

5結(jié)論

目前對UUV的研究較多，但大多還停留在理論和樣機(jī)階段。查閱國外相關(guān)文獻(xiàn)，有的UUV配置還是預(yù)研結(jié)論，并非真實(shí)使用情況[6,7]。實(shí)際應(yīng)用UUV還存在相當(dāng)多的問題，如采用UUV用于長時期、大范圍的水下環(huán)境秘密探測，要考慮到由于UUV航速較低，易被漁船當(dāng)作魚類進(jìn)行跟蹤和捕撈。UUV布雷過程中還會受到漁網(wǎng)纏繞等現(xiàn)實(shí)可能。

這里考慮到實(shí)際情況，提出現(xiàn)階段UUV幾種較可行的應(yīng)用方式，選用便攜式或輕型UUV，由人工或魚雷發(fā)射管投放，ROV工作方式，可以用于掃雷和戰(zhàn)場環(huán)境監(jiān)測。AUV可以攜帶戰(zhàn)斗部，低速在重要水道和海港港口游弋，探測裝置為簡單可靠的被動引信或聲納，一旦發(fā)現(xiàn)敵方目標(biāo)，全速撞擊或近距離爆炸。若在電池能耗時間內(nèi)仍未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，或上浮以便回收，或沉底作為水雷繼續(xù)工作。

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(責(zé)任編輯周江川)