國外UUV發(fā)展現(xiàn)狀分析

海軍駐宜昌地區(qū)軍事代表室 帥高山

國外UUV發(fā)展現(xiàn)狀分析

海軍駐宜昌地區(qū)軍事代表室 帥高山

UUV目前已經(jīng)是一個發(fā)展非常迅速的行業(yè)。UUV不論是大型的還是小型的都有著其特殊的用途。本文探討了國外UUV行業(yè)的最新發(fā)展現(xiàn)狀，列舉了國外目前最新的一些UUV。對于UUV的一些特殊用途進(jìn)行了分析探討。

UUV；發(fā)展現(xiàn)狀；分析

0　引言

目前，國外有很多水下航行器（UUV）的共同特征是具有較長的圓柱狀流線型魚雷外形。而由于標(biāo)準(zhǔn)的潛艇魚雷發(fā)射管的直徑為533 mm，因此，很多打算用潛艇來載運(yùn)UUV的系統(tǒng)會受到此直徑的限制。最大為533 mm的航行器直徑會對其載荷和能量存儲帶來一些不可避免的限制因素。雖然當(dāng)今有很多可供海軍使用的UUV是具有魚雷的外形和直徑，但是也有一些尺寸相當(dāng)大的新系統(tǒng)。模塊化和開放式結(jié)構(gòu)則意味著基本平臺既可以配置成民用用途也可以配置成軍事用途。

1　高端解決方案

現(xiàn)代UUV具有不同的能力、應(yīng)用和角色。它能夠攜帶先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)和傳感器負(fù)載，像“藍(lán)鰭金槍魚”UUV系統(tǒng)的航行體能夠采集海洋學(xué)數(shù)據(jù)，執(zhí)行廣泛的情報、偵察和監(jiān)視任務(wù)，同時能夠探測和滅除確定的水下水雷威脅。

在上世紀(jì)90年代，每一個主要的UUV業(yè)內(nèi)參與者運(yùn)行的都是較大的航行器，這是因為當(dāng)時條件下別無選擇，當(dāng)時需要UUV的空間來裝配電池和電子設(shè)備。越大的系統(tǒng)其能量需求越大，從而引發(fā)了意義重大的對性能更佳、更安全和更便宜的電池的研究。 已經(jīng)有一項重要的研究是從海水中提取氧，這樣就不必在航行器上攜帶氧。溶解在海水中氧的濃度會限制航行器所能到達(dá)的地方，但這種方案應(yīng)用于淺水似乎是可行的。

但主要的推動力是朝向更小和更廉價的航行器方向發(fā)展，以便于它們應(yīng)用于各種戰(zhàn)術(shù)平臺—即潛艇和水面艦艇上。因此，關(guān)鍵的問題就是將各種電子設(shè)備安裝到航行器中?，F(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展可以使得UUV的尺寸更小而能力更強(qiáng)，目前一些國家已經(jīng)在解決此問題方面取得了顯著的進(jìn)步。

有很多諸如應(yīng)用于石油及天然氣工業(yè)的商業(yè)系統(tǒng)，將是有纜的和完全人工控制的?？偸菚嬖谶@樣一種需求，即需要人出現(xiàn)在深海中。ROVs（遙控作業(yè)潛水器）在垂直的環(huán)境中表現(xiàn)出色，即距離支持母船航行不太遠(yuǎn)的距離上時。而AUVs在需要較大的水平距離上工作的水域中則表現(xiàn)優(yōu)異（如海底管線和海洋學(xué)勘測）。

自主性在減少對船員和支持船的要求方面總是重要的。對于長期運(yùn)行的海洋學(xué)項目來說，世界各國已經(jīng)轉(zhuǎn)向由浮力或熱機(jī)驅(qū)動的水下滑翔器。水下滑翔器能夠提供各種海洋學(xué)數(shù)據(jù)，如海流、鹽度、溶解氧或溫度等。市場正朝著更小和更廉價系統(tǒng)的方向發(fā)展。迄今為止主要的市場一直是在海洋學(xué)研究領(lǐng)域，而主要的客戶則是各個大學(xué)。在這個領(lǐng)域，低成本是主要的驅(qū)動因素。沒有哪個研究人員想在一艘潛水器上花費(fèi)其大量的研究經(jīng)費(fèi)，然后將其扔到一邊并希望以后能夠再次派上用場。

2　用于更大任務(wù)的小型航行器

水下研究中心的科學(xué)家們在驗證不斷成熟的UUVs應(yīng)用概念方面已經(jīng)取得成功。這些應(yīng)用概念就是自主地應(yīng)用UUVs來完成各種任務(wù)級的工作。其中正在不斷完善的部分就是我們正在用來對自主水下航行器進(jìn)行指揮和控制的各種算法，這些算法在仿真訓(xùn)練中工作極其出色。我們剛剛處于這一過程的開端，但目前已經(jīng)能夠?qū)刂苹芈分袩o人參與的水下航行器的某些任務(wù)進(jìn)行模擬。

隨著AUVs變得不斷成熟，又會出現(xiàn)一些新的可能性。按照水下研究中心的科學(xué)家約翰·波特的說法，挑戰(zhàn)是來源于定義準(zhǔn)確的各種風(fēng)險威脅—由此可以設(shè)計各種平臺來應(yīng)對這種挑戰(zhàn)—以解決那些需要更多樣、更能適應(yīng)和更加靈活的響應(yīng)。這就導(dǎo)致了一種將注意力從平臺—因為平臺通常具有數(shù)十年的壽命周期—轉(zhuǎn)移到各種能力上的變化。目前正在建造的各種平臺能夠支持很多不同種類的能力。你只需要根據(jù)特定的任務(wù)運(yùn)行對應(yīng)的平臺即可，而這將會強(qiáng)調(diào)更多的有關(guān)全局的設(shè)計方法學(xué)。

一些平臺具有很長的續(xù)航力—它們從不疲倦，從不暈船，而且也不需要吃任何東西。但你不需要它們時，你可以將它們束之高閣，而對海員來說，你就不能這樣做。這些平臺與船舶相比要小得多且廉價得多，而且是水面平臺的一種補(bǔ)充。這樣就打開了一條全新的商業(yè)道路。既然自主航行器和機(jī)器人技術(shù)是相對成熟的，那么挑戰(zhàn)就已經(jīng)轉(zhuǎn)向它們的智能行為。波特認(rèn)為：使系統(tǒng)能夠自主是一回事，而使其具有智能則是另一回事。

為了達(dá)到此目的，需要在水下自主航行器上開發(fā)大量的決策程序，這樣，在相當(dāng)長的時間段內(nèi)沒有通信的情況下，航行器也能夠進(jìn)行明智的工作。而這就意味著必須關(guān)注分布式傳感及分布式控制方面的問題，這是一個非常豐富的理論領(lǐng)域。關(guān)鍵是如何使一系列自主的、智能的控制組件作為一個整體對它們自身進(jìn)行控制以產(chǎn)生比各組件的總和要更多的功能。這仍然是個沒有解決的問題。

3　UUV未來市場的加速發(fā)展

工業(yè)界可提供各種類型的小型和靈巧的水下航行器，相關(guān)公司包括阿特拉斯電子公司（ATLAS Elektronik）、法國艦船建造局（DCNS）、蓋馬林公司（Gaymarine）、康斯伯格海事公司（Kongsberg Maritime）和薩博水下系統(tǒng)公司（Saab Underwater Systems）。其中一個例子就是阿特拉斯電子公司的海獺MK II，海獺航行器具有設(shè)計上的靈活特性，這種特性基本上可使任何負(fù)載組件與系統(tǒng)相連。最近在英國的一次演示驗證中，海獺MK II水下航行器在航渡一段距離后進(jìn)入到勘測水域，隨后以橫向航線進(jìn)行勘測，隨后航渡一段距離后返回到布放點(diǎn)。另外一次演示驗證是由混合型“海狼”AUV完成的。此AUV進(jìn)行同步勘測作業(yè)，利用一個旁掃聲納在深度為8 m的淺水中勘測海底。

阿特拉斯電子公司的“海貓”UUV最近被用來檢查一個位于德國西南部的斯瓦比亞侏羅山區(qū)的24 km長的飲水涵洞。作為一個表現(xiàn)良好的滅雷航行器，阿特拉斯電子公司的“長尾鯊”系統(tǒng)近期被泰國皇家海軍（RTN）訂購。阿特拉斯電子公司將提供3套機(jī)動型“長尾鯊”系統(tǒng)，其中包括用于觀察和訓(xùn)練目的的3套長尾鯊I設(shè)備，以及用于滅雷的初始少量的長尾鯊C戰(zhàn)斗型裝置。在隨后的幾年中將交付其余的長尾鯊C戰(zhàn)斗型裝置。機(jī)動型長尾鯊系統(tǒng)是完全自主的系統(tǒng)，使得長尾鯊滅雷具的布放可與水面船上的裝置或設(shè)備無關(guān)。

法國艦船建造局（DCNS）則開發(fā)出了ASM-X UUV，法國艦船建造局是以其SeaKeeper半潛式系統(tǒng)而聞名，這種系統(tǒng)代表一種用于對最現(xiàn)代的水雷進(jìn)行聲納探查的可行的解決方案。通過采集和傳輸戰(zhàn)術(shù)實(shí)時信息，該UUV將提高潛艇的作戰(zhàn)能力，該UUV可到達(dá)目標(biāo)水域而不會暴露潛艇的蹤跡，從而為潛艇提供了額外的保護(hù)。ASM-X 航行器將利用潛艇上用于魚雷的設(shè)備，以降低系統(tǒng)集成的成本并使系統(tǒng)的效率和適應(yīng)性最大化。根據(jù)其基本配置（能源、導(dǎo)引和導(dǎo)航），模塊化設(shè)計使該航行器能夠適應(yīng)于各種不同類型的任務(wù)。

蓋馬林公司正在推廣一系列既可以配置成全自主的（AUV）也可以配置成半自主的小型遙控航行器（ROVs）。這類航行器可以按照預(yù)先設(shè)定的模式尋找海底上的目標(biāo)，航行器接近目標(biāo)，然后對目標(biāo)進(jìn)行識別，并能最終完成一些簡單的回收或處理作業(yè)（如果是水雷的情況下）。特別是在多年來已經(jīng)獲得認(rèn)可的獵雷領(lǐng)域中，這種航行器將起到極為重要的作用。

雙鷹系統(tǒng)可以有纜遙控操作，也可以無纜自主作業(yè)，因此它是一種混合型的系統(tǒng)（ROV/AUV）。這種航行器既可以有纜遙控操作，也可以無纜自主作業(yè)，因此它是一種混合型的系統(tǒng)（ROV/AUV）。該公司的AUV62自2002年以來主要在防衛(wèi)領(lǐng)域作為水雷探測及監(jiān)視航行器進(jìn)行作業(yè)，但現(xiàn)在也被用作商業(yè)用途。這種航行器也可用于搜索和救生。用來進(jìn)行地理位置跟蹤時，該航行器采用了多種信息源，如慣性測量系統(tǒng)、GPS、多普勒速度儀和地形輔助導(dǎo)航等。為給航行器提供能源，薩博公司采用了鋰聚合物電池、鋰離子電池和鉛酸電池。安裝在AUV62載荷模塊上的典型傳感器系統(tǒng)包括有：用于探測海底和水體中物體的旁視聲納、合成孔徑聲納（SAS）、用于探測沉積物掩埋物體的淺地層剖面儀、多波束回波測高儀（MBES）以及用于探測海底及水體中和掩埋在沉積物中的鐵磁物體的磁場傳感器。

4　發(fā)展大直徑無人水下航行器（LDUUV）

推動美國海軍大直徑UUV（LDUUV）計劃的主要任務(wù)是情報、監(jiān)視和偵察（ISR），執(zhí)行這種任務(wù)的持續(xù)時間都相當(dāng)長，一次任務(wù)的時間可達(dá)數(shù)月，故而能夠形成隱蔽而持久的軍事存在，或服務(wù)于分布式水下傳感器網(wǎng)絡(luò)，或作為小型UUV的主平臺。大直徑UUV計劃將開發(fā)新的不依賴空氣的能源系統(tǒng)和各種核心航行體技術(shù)，以將UUV的作業(yè)續(xù)航時間擴(kuò)展到數(shù)月之久。先進(jìn)的自主性和感知能力使其可在濱?；祀s的環(huán)境中作業(yè)， 海軍研究所正在研究新的能源以將目前的能量密度提高5到10倍，同時還考慮到快速充電或能量補(bǔ)給問題以能夠以可接受的成本進(jìn)行作業(yè)，此外可對系統(tǒng)進(jìn)行布放并使其具有數(shù)月的作業(yè)續(xù)航力。

5　UUV的長續(xù)航力問題

有關(guān)能源的另外一個方法就是只需要消耗極少的能源?；杵骼酶×M(jìn)行下潛和上浮，利用其機(jī)翼的升力可將垂直速度轉(zhuǎn)換為水平速度。其結(jié)果就是以鋸齒型航線在水中航行。滑翔器的速度較慢，但有極大的續(xù)航能力，因此特別適合進(jìn)行長期海洋學(xué)數(shù)據(jù)取樣。羅格斯大學(xué)編輯了所有的海洋滑翔器的數(shù)據(jù)并使其可資使用。海洋滑翔器構(gòu)成了AUV的最大一個種類，而美國海軍計劃采購150個滑翔器用于此目的。