軍用UUV發(fā)展方向與趨勢(上)——美軍用無人系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃分析解讀

錢 東, 趙 江, 楊 蕓

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軍用UUV發(fā)展方向與趨勢(上)——美軍用無人系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃分析解讀

錢 東1, 趙 江1, 楊 蕓2

(1. 海軍裝備研究院, 北京, 100161; 2. 中國船舶重工集團(tuán)公司第705研究所, 陜西西安, 710077)

美國國防部(DoD)于2007～2013年間, 連續(xù)發(fā)布了4版《無人系統(tǒng)(一體化)路線圖》, 提出了空中、海上、地面無人系統(tǒng)未來25年一體化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃, 著重強(qiáng)調(diào)了各類無人系統(tǒng)跨域協(xié)同作戰(zhàn)能力和通用技術(shù)。此后, DoD相關(guān)組織和各軍種也分別發(fā)布了一系列具有軍種特色的無人系統(tǒng)研究報告, 其中, 美海軍在2016年最新發(fā)布的《2025年自主水下航行器需求》報告中提出了海床戰(zhàn)、反AUV戰(zhàn)等新興作戰(zhàn)概念; 美國防科學(xué)委員會(DSB)的《自主性》報告詳細(xì)闡述了加速采用自主性技術(shù)的實施建議; DSB在《下一代無人水下系統(tǒng)》報告中建議重點(diǎn)發(fā)展可大量部署的低成本水下無人系統(tǒng), 以保持和增強(qiáng)美國的水下優(yōu)勢。文章對以上報告進(jìn)行了解讀和分析, 重點(diǎn)介紹了新的UUV分類分級方法、美海軍UUV任務(wù)需求的變化、DoD無人系統(tǒng)采辦現(xiàn)狀及策略, 詳細(xì)闡述了UUV互操作性、自主性、通信、高級導(dǎo)航、有人-無人系統(tǒng)編組、持久韌性、武器化等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域, 描述了部隊面臨的后勤保障、訓(xùn)練、兵力結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵問題, 介紹了推動UUV發(fā)展的一些新興技術(shù), 展望了UUV的未來發(fā)展趨勢, 提出了相關(guān)發(fā)展觀點(diǎn), 指出: 應(yīng)積極探索新的無人系統(tǒng)作戰(zhàn)理念和裝備發(fā)展理念; 抓住體系作戰(zhàn)、低成本、互操作與模塊化等關(guān)鍵問題; 建立統(tǒng)一的無人系統(tǒng)頂層管理機(jī)構(gòu)和組織; 探索軍民融合產(chǎn)業(yè)模式下的UUV采辦新模式、新型保障模式和保障策略; 同步開展無人系統(tǒng)作戰(zhàn)運(yùn)用研究。

無人系統(tǒng); 無人水下航行器(UUV); 任務(wù)需求;武器采辦;互操作性;自主性

1 概述

自美海軍于2000年和2004年分別發(fā)布2版《海軍無人水下航行器總體規(guī)劃》以來, 無人水下航行器(UUV)引起了各國更大的關(guān)注。2007~2013年間, 美國國防部(DoD)前后發(fā)布了4版《無人系統(tǒng)(一體化)路線圖》(以下簡稱路線圖)[1-4], 將空、海、陸各類無人系統(tǒng)集成在統(tǒng)一的發(fā)展規(guī)劃中。此后, DoD的相關(guān)組織和各軍種也分別研究和發(fā)布了一系列具有軍種特色的無人系統(tǒng)研究報告和相關(guān)專題技術(shù)報告, 如: 美海軍部長和海軍作戰(zhàn)部長于2016年2月呈國會的報告《2025年自主水下航行器需求》[5]、美國防科學(xué)委員會(DSB)分別于2016年6月和10月發(fā)布的研究報告《自主性》[6]和《下一代無人水下系統(tǒng)》執(zhí)行摘要(executive summary)[7]。這些文件和報告從不同層面和角度反映出美國軍方關(guān)于UUV等無人系統(tǒng)的總體發(fā)展思路。由于美國在軍事和技術(shù)上的優(yōu)勢, 這些發(fā)展計劃往往被視為未來裝備技術(shù)發(fā)展的“風(fēng)向標(biāo)”, 對各國都有不同程度的啟示和借鑒作用。

文章重點(diǎn)對近十年來美國發(fā)布的一系列無人系統(tǒng)路線圖和相關(guān)報告進(jìn)行簡要解讀和綜述, 目的是通過分析和歸納其核心要點(diǎn), 吸取和借鑒有益的思想、做法、經(jīng)驗和教訓(xùn), 思考適合我國具體國情的UUV未來發(fā)展之路。

文章主要內(nèi)容包括:

1) 概述——無人系統(tǒng)的定義、關(guān)于路線圖的含義、DoD無人系統(tǒng)路線圖產(chǎn)生的背景;

2) DoD無人系統(tǒng)路線圖及UUV相關(guān)報告概述;

3) UUV的任務(wù)與能力需求——無人系統(tǒng)的優(yōu)勢、UUV的分類和分級、任務(wù)需求(作戰(zhàn)需求及其生成、任務(wù)優(yōu)先級分析)、能力需求、想定案例;

4) 美國無人系統(tǒng)采辦現(xiàn)狀及采辦策略——概況、投資情況、美國前期的主要軍用UUV項目、采辦策略;

5) 軍方關(guān)心的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域——互操作性(定義與內(nèi)涵、需求層級、等級模型、實現(xiàn)措施、標(biāo)準(zhǔn)、開放式結(jié)構(gòu)、模塊化)、自主性(定義與概念、等級模型、關(guān)鍵能力和技術(shù)、作戰(zhàn)牽引問題、自主蜂群、可信任度和自主權(quán)限問題、美軍的自主性發(fā)展規(guī)劃)、通信、高級導(dǎo)航、有人-無人系統(tǒng)編組、持久韌性(尺寸/重量/功率和冷卻(SWaP-C)、可靠性/可用性和可維修性(RAM)、生存力、結(jié)構(gòu)和材料老化、推進(jìn))、武器化、UUV的一些特有問題;

6) 部隊使用中面臨的問題——后勤保障(可靠性和維修性、保障模式及其轉(zhuǎn)型、保障規(guī)劃、保障數(shù)據(jù)策略、典型案例)、訓(xùn)練、兵力結(jié)構(gòu)、發(fā)射與回收;

7) 推動UUV發(fā)展的新興技術(shù)——基礎(chǔ)科學(xué)、DoD重點(diǎn)投資的海上無人系統(tǒng)(UMS)通用技術(shù)、美國研發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù);

8) 展望與啟示。

1.1 關(guān)于無人系統(tǒng)的定義

在對聯(lián)合出版物(JP)1-02中的無人機(jī)(UAV)定義進(jìn)行修改后, DoD給出了“無人航行器”的定義[1]:

(

雖然國內(nèi)有人將UxV譯/稱為“無人平臺”, 但在嚴(yán)格意義上, vehicle應(yīng)譯為“航行器”, 以體現(xiàn)出航行體/飛行器/車輛/運(yùn)載器等“運(yùn)動載體”的英文本意。無人平臺與它的區(qū)別在于, 無人平臺既包括運(yùn)動載體也包括靜止平臺。國外軍事文獻(xiàn)中的“平臺”(platform)一詞通常用于泛指, 除了登陸平臺和通用底盤車輛外, 似乎很少直接用在具體某類裝備名稱中。

值得指出的是, 從后面各類無人系統(tǒng)的具體定義中可見, “無人”僅指運(yùn)動載體上不載人(do not carry), 并非是全系統(tǒng)中無人(盡管稱之為“無人系統(tǒng)”); 無人系統(tǒng)在概念上不僅包括運(yùn)動載體, 也包括靜止(stationary)平臺。應(yīng)注意到, 在無人航行器及無人系統(tǒng)定義中包含一次性裝備。

雖然DoD給出了“無人航行器”的詳細(xì)定義, 明確了基本范疇, 但并未直接給出“無人系統(tǒng)”的完整定義, 未按術(shù)語定義的一般方式直述“無人系統(tǒng)是什么”, 而只是以“無人航行器是無人系統(tǒng)的主要組成部分”這種“猶抱琵琶半遮面”的間接方式, 引出了一個有核心無邊界的籠統(tǒng)概念, 這可能正是DoD的本意。在各種新穎的“跨界裝備”層出不窮的今天, 過細(xì)的定義由于難以面面俱到, 反而可能會引起概念分類方面的矛盾和混亂, 從而引發(fā)一系列問題。對于一些外延很大、不斷發(fā)展中的概念, 只要不影響人們對核心概念的理解, 暫時采用不太嚴(yán)格、但包容性更強(qiáng)的“定義”描述方式, 也不失為一種合理的策略, 這體現(xiàn)了在學(xué)術(shù)理論和應(yīng)用實踐之間的必要妥協(xié)。2007版路線圖[1]在給出上述無人系統(tǒng)定義時, 將其稱為working definition, 正表明DoD認(rèn)為這是一個在實踐中具有可操作性的“工作定義”, 而不是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)定義。好在其內(nèi)核“無人航行器”的概念描述得很清楚, 所以基本上不影響人們對無人系統(tǒng)概念理解的一致性。

在實踐中, 人們更關(guān)注的是具體各類無人系統(tǒng)定義, 而不是通用定義。下面給出最新版路線圖(2013版)[4]中對空中、地面、海上無人系統(tǒng)的定義。

[4]據(jù)此定義, UAS是指包括操控人員在內(nèi)的全系統(tǒng), 通常所說的UAV僅僅是上述定義中三要素之一的“設(shè)備”。

[4]注意到該定義包括靜止平臺, 這樣此定義中的所謂“有動力”系統(tǒng)就要從廣義上理解, 即不僅指的是行駛動力。

[4]

顯而易見, 由于各軍種的特點(diǎn), 定義各類無人系統(tǒng)的角度并不同, 但可求同存異, 將它們的主要特征歸納為4個基本要素, 從而引出無人系統(tǒng)的一般定義(建議):

“無人系統(tǒng)是由無人運(yùn)動或靜止載體、致命或非致命任務(wù)載荷、支援保障設(shè)備(含發(fā)射裝置)和遙控操作員(可選)等組成的, 以自主工作或遙控方式完成特定任務(wù)的作戰(zhàn)系統(tǒng)。”

任務(wù)載荷之所以單獨(dú)列出, 是因為在開放式結(jié)構(gòu)、模塊化載荷、任務(wù)重組等需求和技術(shù)驅(qū)動下, 通用任務(wù)載荷將成為主要趨勢, 并形成獨(dú)立于載體型號的寬譜系列產(chǎn)品。

UUV包括自主水下航行器(AUV)和遙控水下航行器(ROV), 文中討論的對象主要是AUV, 考慮到尊重原始文獻(xiàn)的術(shù)語用法, 下文將無差別地使用術(shù)語UUV和AUV, 即它們在文中一般可理解為同義詞。此外, 對于引文中的一些在中文語境下顯得有些“晦澀”或少見的英文名詞術(shù)語, 在該文章中一般采用直譯法, 并加注原文, 盡量做到中英雙向直接互譯, 以便于讀者能夠自行理解和判斷原文的實際含義, 避免因不正確的意譯而產(chǎn)生誤導(dǎo)。

1.2 關(guān)于路線圖的含義

路線圖(roadmap)[8]本是一個涉及地理的概念, “路線”是指從一地到另一地所經(jīng)過的道路(多指規(guī)定或選定的)。作為旅行、運(yùn)輸、機(jī)動的工具, 路線圖是對特定地理空間的線路規(guī)劃, 用來規(guī)定到達(dá)某一目的地的起點(diǎn)、終點(diǎn)、方向和路徑。在現(xiàn)代管理領(lǐng)域, 路線圖是一種常用的規(guī)劃計劃方法和管理工具, 主要用于對現(xiàn)實起點(diǎn)與預(yù)期目標(biāo)之間的發(fā)展方向、發(fā)展路徑、關(guān)鍵事項、時間進(jìn)程以及資源配置進(jìn)行科學(xué)設(shè)計和控制, 對建設(shè)發(fā)展做出科學(xué)規(guī)劃。路線圖是常規(guī)發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃的具體化, 具有目標(biāo)清晰、實施路徑明確、合理可行、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn), 對實踐的指導(dǎo)性和針對性更強(qiáng)。劍橋大學(xué)著名學(xué)者David Probert認(rèn)為, 路線圖是一群利益相關(guān)者關(guān)于怎樣到達(dá)他們想到達(dá)的地方, 怎樣實現(xiàn)他們的期望目標(biāo)的總的觀點(diǎn)和看法。路線圖的目的就是幫助組織能在正確的時間和地點(diǎn)擁有正確的能力, 從而實現(xiàn)這個目標(biāo)。中國長城企業(yè)戰(zhàn)略研究所將技術(shù)路線圖定義為: 是指應(yīng)用簡潔的圖形、表格、文字等形式描述技術(shù)變化的步驟或技術(shù)相關(guān)環(huán)節(jié)之間的邏輯關(guān)系, 它能夠幫助使用者明確該領(lǐng)域的發(fā)展方向和實現(xiàn)目標(biāo)所需的關(guān)鍵技術(shù), 理清產(chǎn)品和技術(shù)之間的關(guān)系。美國國家技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會主任Ray Kammer認(rèn)為, 路線圖可幫助引導(dǎo)投資和配置資源, 使之和美國行業(yè)優(yōu)先順序相一致[8]?？傊? 路線圖是關(guān)于領(lǐng)域發(fā)展方向和路徑的一種前瞻性總體設(shè)計, 如中國科學(xué)院發(fā)布的一系列“中國至2050年科技發(fā)展路線圖”。

1.3 DoD無人系統(tǒng)路線圖產(chǎn)生的背景

DoD研究和發(fā)布無人系統(tǒng)路線圖的目的是: “為軍用無人系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)的未來發(fā)展提供戰(zhàn)略指導(dǎo), 為滿足聯(lián)合作戰(zhàn)需求而推動各類UxV均衡發(fā)展, 并在DoD內(nèi)部確定投資和開發(fā)無人系統(tǒng)技術(shù)的優(yōu)先序, 以確保DoD的投資能得到有效回報?！盵1]

在過去數(shù)十年中, 美國各軍種針對各自獨(dú)特的使命和任務(wù), 研發(fā)了各種無人系統(tǒng), 并已具備廣泛的能力; 各軍種也分別發(fā)布并更新了本軍種的無人系統(tǒng)路線圖或總體規(guī)劃(masterplan)。但隨著無人系統(tǒng)應(yīng)用規(guī)模的迅速擴(kuò)大, 一些困擾用戶的老問題日益凸顯: 各類無人系統(tǒng)往往自成體系, 通用性受限, 缺乏互操作能力。這在軍事和經(jīng)濟(jì)兩方面均導(dǎo)致不良后果: 在軍事上, 難以將這些“煙囪式”的系統(tǒng)高效地集成在一起應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn), 使得眾多無人系統(tǒng)的實際能力沒有得到充分發(fā)揮; 在經(jīng)濟(jì)上, 重復(fù)研制基礎(chǔ)組部件和分系統(tǒng), 造成采辦成本迅速增漲。為解決這一效益問題, DoD意識到, 需要制定全面的一體化無人系統(tǒng)路線圖, 強(qiáng)力推動跨越各軍事部門的標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化, 以形成前所未有的聯(lián)合作戰(zhàn)能力, 在滿足部隊作戰(zhàn)需求的同時有效降低采辦成本。作為全軍統(tǒng)一的路線圖, 它包含了各軍事部門分別編制的UAS、UGS和UMS規(guī)劃的核心內(nèi)容。DoD明確指出, 該路線圖將包含所有國防部門無人系統(tǒng)方面的成果, 形成唯一而全面的聯(lián)合協(xié)作戰(zhàn)略, 從而指導(dǎo)無人系統(tǒng)的發(fā)展。

DoD對發(fā)展無人系統(tǒng)的基本構(gòu)想是: 在利用無人系統(tǒng)內(nèi)在優(yōu)勢(包括持久性、速度、機(jī)動性、人員的低風(fēng)險等)的同時, 無縫集成無人系統(tǒng)多樣化能力, 為聯(lián)合作戰(zhàn)人員提供靈活的選擇; 逐步減少對無人系統(tǒng)的人為控制和決策, 實現(xiàn)無人系統(tǒng)與有人系統(tǒng)的無縫連接和協(xié)同作戰(zhàn)[3]。

2 DoD無人系統(tǒng)路線圖及UUV相關(guān)報告概述

2.1 DoD無人系統(tǒng)路線圖概述

從2007年至今, DoD相繼發(fā)布了4個版本的無人系統(tǒng)路線圖, 為了解其區(qū)別和變化, 表1按各版的章節(jié)目錄給出其內(nèi)容對比, 可大致看出4個版本路線圖的內(nèi)容、特點(diǎn)、差異和變化。

作為首版, 2007版路線圖主要闡明了頂層構(gòu)想、現(xiàn)狀、要求、目標(biāo)等, 主要起到導(dǎo)向作用, 力圖將各軍種無人系統(tǒng)的發(fā)展納入到全軍的統(tǒng)一框架下。內(nèi)容主要包括: 編制路線圖的目的、政府戰(zhàn)略構(gòu)想和采辦政策、互操作性要求、對作戰(zhàn)指揮官的要求、現(xiàn)有相關(guān)組織機(jī)構(gòu)活動及其工作、關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域及其研發(fā)目標(biāo)、國際合作方面的考慮、各軍種無人系統(tǒng)項目和型號簡介等。特別值得注意的是, 作為頂層框架性文件, 2007版路線圖并未涉及具體技術(shù)需求, 但在顯要位置對各無人系統(tǒng)提出了唯一“強(qiáng)制性”要求——互操作性, 這凸顯出統(tǒng)一編制路線圖的核心目的——使各類無人系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)互操作, 充分利用各自的技術(shù)和作戰(zhàn)優(yōu)勢, 科學(xué)組配, 形成合力, 以實現(xiàn)未來信息化條件下的高效協(xié)同作戰(zhàn), 同時降低采辦成本。2007版路線圖試圖從發(fā)展構(gòu)想、方針與政策、組織結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域等方面進(jìn)行統(tǒng)籌, 反映出DoD對無人系統(tǒng)未來發(fā)展的整體思考與戰(zhàn)略框架, 體現(xiàn)的是基本思想的主脈絡(luò), 而未涉及過多細(xì)枝末節(jié)。2007版作為首次涵蓋軍用無人系統(tǒng)的“全譜”路線圖, 主要介紹了全軍無人系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)和現(xiàn)狀, 確定了發(fā)展的“基線”, 呈現(xiàn)出美軍高層意圖和基本戰(zhàn)略構(gòu)想。盡管內(nèi)容相對有限和籠統(tǒng), 但為后續(xù)版本的不斷擴(kuò)充和深化定下了基調(diào), 為各軍種自行制定無人系統(tǒng)規(guī)劃和計劃框定了基本方向, 從這個意義看, 它吹響了全軍無人系統(tǒng)的“集結(jié)號”。

作為承前啟后的第2版, 2009版路線圖在2007版基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步闡明了軍用無人系統(tǒng)的未來發(fā)展與運(yùn)用構(gòu)想, 明確了未來無人系統(tǒng)能執(zhí)行的任務(wù), 采用更加綜合的方法來分析如何優(yōu)化無人系統(tǒng)以擴(kuò)大其任務(wù)領(lǐng)域, 提出了能促進(jìn)各領(lǐng)域無人系統(tǒng)性能改善的通用技術(shù)領(lǐng)域, 論述了軍用無人系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能和性能特性, 明確了為提高多軍種無人系統(tǒng)聯(lián)合作戰(zhàn)能力所需發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。2009版路線圖是對2007版提出的發(fā)展戰(zhàn)略框架的具體化, 使之成為更具可操作性的規(guī)劃指南。從該版開始, 以后各版都以“無人系統(tǒng)一體化(Integrated)路線圖”作為名稱, 顯然是為了凸顯與各軍種無人系統(tǒng)路線圖的區(qū)別。受當(dāng)時研究范圍和深度所限, 雖然2009版路線圖進(jìn)一步指明了無人系統(tǒng)的發(fā)展方向和道路, 提出了一系列行動建議, 但并未提出具體的作戰(zhàn)概念和需求,也未對制定與技術(shù)開發(fā)和系統(tǒng)采辦相關(guān)的投資計劃、彌補(bǔ)無人系統(tǒng)能力差距的最佳方法、有人系統(tǒng)與無人系統(tǒng)的最優(yōu)組合、聯(lián)合部隊無人系統(tǒng)與軍種專用無人系統(tǒng)的最優(yōu)組合等提出建議。DoD認(rèn)為, 對于這些投資、兵力結(jié)構(gòu)、新系統(tǒng)采辦方面的重大問題, 只有經(jīng)過深思熟慮的研究后才能清晰地闡述, 而這正是下一步需做的工作。相對于2007版, 2009版路線圖主要在3個方面進(jìn)行了深化: 1) 提出了與無人系統(tǒng)未來任務(wù)相關(guān)的運(yùn)用構(gòu)想; 2) 明確了無人系統(tǒng)完成這些任務(wù)所需具備的功能和性能; 3) 闡明了使無人系統(tǒng)具備這些性能所需發(fā)展和完善的技術(shù)。因此, 2009版路線圖是2007版的有限深化版, 是下一步工作的基本指針。

表1 無人系統(tǒng)路線圖4個版本內(nèi)容比較

2011版路線圖延續(xù)了前2版路線圖中布局的路線, 介紹了空中、地面和海上3個領(lǐng)域無人系統(tǒng)的現(xiàn)狀, 進(jìn)一步闡明了繼續(xù)將這些無人系統(tǒng)整合到聯(lián)合兵力結(jié)構(gòu)中的構(gòu)想, 以及經(jīng)濟(jì)有效地實施這種整合所需采取的步驟。然而, 2011版路線圖的內(nèi)容及重點(diǎn)相較于早期的2個版本有所不同。根據(jù)各軍種2009年后發(fā)布的一系列相關(guān)路線圖, 2011版路線圖進(jìn)行了調(diào)整, 重點(diǎn)關(guān)注各軍種面臨的共同問題, 同時闡明在當(dāng)今財政環(huán)境下完成這些目標(biāo)的構(gòu)想。該版路線圖的目的是: 作為唯一的、統(tǒng)一的來源, 清晰地闡明DoD無人系統(tǒng)的通用構(gòu)想, 并梳理出各軍種都將面對的7個共性問題: 互操作性、自主性、空域整合、通信、訓(xùn)練、動力和推進(jìn)、有人-無人(MUM)編組?？傊? 2011版路線圖在各軍種路線圖和構(gòu)想的基礎(chǔ)上, 提煉出了構(gòu)建聯(lián)合作戰(zhàn)能力將面臨的共性關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn), 為以后DoD投資指明了方向。因此, 2011版路線圖可視為是實現(xiàn)無人系統(tǒng)集成的初步實施指南。

2013版路線圖闡明了DoD關(guān)于無人系統(tǒng)的技術(shù)開發(fā)構(gòu)想和戰(zhàn)略, 內(nèi)容涉及無人系統(tǒng)的研制、生產(chǎn)、試驗、訓(xùn)練、作戰(zhàn)和維護(hù), 展望了今后25 年的技術(shù)發(fā)展前景, 概括了DoD和國防工業(yè)部門等組織機(jī)構(gòu)需要采取的行動和技術(shù)。除了構(gòu)想、環(huán)境、規(guī)劃和政策等一些“傳統(tǒng)內(nèi)容”外, 2013版路線圖重點(diǎn)介紹了對提高無人系統(tǒng)能力和降低成本最關(guān)鍵的6個領(lǐng)域: 互操作性與模塊化, 通信系統(tǒng)、頻譜和韌性(resilience), 安全(研究、情報或技術(shù)保護(hù)), 持久韌性, 自主性和認(rèn)知行為, 武器。這些領(lǐng)域反映出DoD在戰(zhàn)略優(yōu)先級上的轉(zhuǎn)變。除了無人系統(tǒng)本身的技術(shù)外, 2013版路線圖開始更多地將視角延伸到部隊使用、訓(xùn)練、保障及試驗, 試圖為“終端用戶”高效發(fā)揮無人系統(tǒng)效益而進(jìn)行早期規(guī)劃。2013版路線圖在2007版所描述的任務(wù)需求基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步從聯(lián)合作戰(zhàn)角度描述了能力需求; 該版路線圖首次從技術(shù)層面對無人系統(tǒng)的作戰(zhàn)環(huán)境(主要是物理環(huán)境)及其相關(guān)技術(shù)需求進(jìn)行了較詳細(xì)的描述; 對后勤保障和訓(xùn)練中將面臨的主要問題和挑戰(zhàn)進(jìn)行了較全面的分析, 提出了應(yīng)對措施的設(shè)想。因此, 2013版路線圖主要是面向部隊?wèi)?yīng)用的無人系統(tǒng)一體化工作指南, 是對側(cè)重技術(shù)的2011版的進(jìn)一步補(bǔ)充, 這2版文件共同構(gòu)成了相對完整的實施指南。

美軍在每個時期關(guān)注的重點(diǎn)不同, 分別反映在不同的路線圖版本中?？傮w上看, 2007版路線圖是基本戰(zhàn)略框架, 是美全軍無人系統(tǒng)集成的動員令; 2009版進(jìn)一步指明了發(fā)展方向和道路, 是行動實施的基本指南; 2011版明確了無人系統(tǒng)通用構(gòu)想, 指明了若干共性關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域及其投資方向; 2013版進(jìn)一步闡述了軍方關(guān)心的關(guān)鍵技術(shù), 詳細(xì)分析了部隊作戰(zhàn)、訓(xùn)練、保障等方面的主要問題和挑戰(zhàn), 提出了應(yīng)對措施設(shè)想, 目的是從條令、組織、訓(xùn)練、保障、領(lǐng)導(dǎo)、教育、人員、設(shè)施和政策等諸多方面引導(dǎo)技術(shù)研發(fā)。2011版與2013版分別從技術(shù)和部隊?wèi)?yīng)用角度闡述了今后工作方向和重點(diǎn), 共同構(gòu)成了相對全面的一體化工作初步實施指南。從2011版開始, 路線圖的“風(fēng)格”有所改變, 關(guān)注的重點(diǎn)逐漸從技術(shù)轉(zhuǎn)移到部隊?wèi)?yīng)用, 特別是關(guān)注無人系統(tǒng)與聯(lián)合作戰(zhàn)部隊的融合, 甚至給出了想定案例和實際戰(zhàn)場應(yīng)用教訓(xùn)。主要目的有2個: 第1, 牽引無人系統(tǒng)技術(shù)的研發(fā)方向和重點(diǎn); 第2, 推動無人裝備實用化, 保證軍方在需要相應(yīng)作戰(zhàn)能力時, 能將無人系統(tǒng)迅速投入戰(zhàn)場?？梢? 已發(fā)布的4版路線圖分別覆蓋了規(guī)劃、研發(fā)、投資、管理、使用和保障等各主要環(huán)節(jié), 構(gòu)成了一個相對完整的指南系列, 預(yù)測以后的新版路線圖可能主要會在目前基本框架下進(jìn)一步細(xì)化、擴(kuò)展及延伸。

DoD已發(fā)布的4版路線圖并不是面向不同時期需求變化的簡單信息更新, 而是在廣度和深度上對其內(nèi)容進(jìn)行不斷擴(kuò)展和深化, 反映出了不同時期孕育出的新思想和新概念。隨著技術(shù)的發(fā)展和研究的深入, 一些早期比較籠統(tǒng)、模糊的概念和設(shè)想開始逐步具體化和清晰化, 邏輯鏈逐漸完整。各版路線圖并不要求面面俱到、一步到位, 而是成熟一批推出一批, 滾動研究, 逐步深化和完善。由于大部分內(nèi)容并不重疊, 所以新版并不能完全取代舊版。各版從不同層面、不同側(cè)面、不同粒度反映出無人系統(tǒng)的發(fā)展構(gòu)想和要求, 共同形成了一個相對完整并不斷完善的路線圖系列。所以, 研究各版本路線圖可更全面地掌握和領(lǐng)會其基本思想和演進(jìn)脈絡(luò), 從中萃取出核心要旨。

2.2 UUV相關(guān)報告概述

除DoD組織編制和發(fā)布的系列無人系統(tǒng)路線圖外, 美國防系統(tǒng)的相關(guān)組織和各軍種也一直在持續(xù)對具有軍種特色的無人系統(tǒng)及其技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行研究, 近年來分別發(fā)布了一系列研究報告, 其中與UUV有關(guān)的主要有2016年發(fā)布的3份報告: 美國海軍呈國會的報告《2025年AUV需求》[5]、DSB發(fā)布的研究報告《下一代無人水下系統(tǒng)》執(zhí)行摘要[7]和《自主性》[6]。

2.2.1 美海軍《2025年AUV需求》報告

《2025年AUV需求》[5](2016年2月)是由美國海軍部長和海軍作戰(zhàn)部長簽發(fā)的、向國會武裝力量委員會提交的15頁報告, 向國會提交報告的目的顯然是為了爭取未來10年對AUV的投資。該報告內(nèi)容主要包括: 水下戰(zhàn)(USW)的新興使命任務(wù)概念及內(nèi)涵; AUV的分類和分級; 各類各級AUV所對應(yīng)的使命任務(wù)(mission)和行動任務(wù)(task); AUV發(fā)射與回收的一般過程; 不同發(fā)射與回收平臺的優(yōu)缺點(diǎn); 2025年AUV需求量及其對潛艇兵力結(jié)構(gòu)的影響問題。該報告有如下亮點(diǎn):

1) 在USW的傳統(tǒng)使命任務(wù)以外, 提出并描述了海床戰(zhàn)、反AUV戰(zhàn)、電磁機(jī)動戰(zhàn)(EMMW)、非致命海上控制等新興作戰(zhàn)概念;

2) 對AUV/UUV進(jìn)行了更細(xì)致的分類, 將過去普遍認(rèn)為只適合于民用的水下滑翔器也納入了軍用AUV分類范疇;

3) 給出了新的AUV分級方法及其定義, 比此前一直沿用的《海軍UUV總體規(guī)劃》[9]中給出的UUV分級方法更加合理;

4) 詳細(xì)給出了與各類AUV相關(guān)聯(lián)的水下戰(zhàn)使命和任務(wù)。

總體上看, 該報告主要是圍繞潛艇作戰(zhàn)描述對AUV的需求。

2.2.2 DSB《下一代水下無人系統(tǒng)》報告

應(yīng)DoD負(fù)責(zé)采辦、技術(shù)與后勤的副部長(USD(AT&L))的要求, DSB于2014年成立了一個由在水下系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗的領(lǐng)導(dǎo)人組成的任務(wù)小組(task force), 對現(xiàn)有的軍用和民用水下系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究, 最終形成了《下一代水下無人系統(tǒng)》研究報告(2016年10月)。報告主要涉及以下內(nèi)容。

1) 為了引導(dǎo)和激勵概念創(chuàng)新和方法創(chuàng)新, 報告提出了4項潛在的參考任務(wù)(reference mission): 控制咽喉要道、阻斷水面作戰(zhàn)群、作戰(zhàn)欺騙、反潛戰(zhàn)。進(jìn)而研究提出了與此對應(yīng)的幾個新型水下無人系統(tǒng)(UUS)概念。

2) 提出了未來10年UUS投資領(lǐng)域建議, 包括: 采用商用技術(shù)、開發(fā)新的作戰(zhàn)概念(CONOP)、研制可大量裝備的低成本UUS等。

3) 提出了一些采辦方法建議, 如: 便于迅速實驗的方法、通過作戰(zhàn)演示驗證展示能力的方法、以及開發(fā)初始能力的方法等。

4) 提出了一些未來UUS的設(shè)計理念和設(shè)計原則。

美國2016年公布的只是《下一代水下無人系統(tǒng)》報告的10頁“執(zhí)行摘要”, 主要內(nèi)容是提給DoD的5項采辦建議, 而涉及下一代UUS概念的關(guān)鍵內(nèi)容并未公開。盡管如此, 從這些建議中仍可看出報告的核心思想, 反映出美軍在觀念上的一些重大變化。理念的變化源于對過去數(shù)十年發(fā)展UUV經(jīng)驗和教訓(xùn)的反思和總結(jié)。

貫穿《下一代水下無人系統(tǒng)》報告的一條主線是: 建議重點(diǎn)發(fā)展可大量部署的低成本UUSs, 以此來保持和增強(qiáng)美國的水下優(yōu)勢。這也是該報告的核心思想和最大亮點(diǎn)。未公開的4個具體系統(tǒng)概念實際上都是圍繞這一主線設(shè)計的。

DSB認(rèn)為, UUSs的多任務(wù)能力可彌補(bǔ)和延伸有人系統(tǒng)的能力, 許多目前因缺乏裝備而無法完成的任務(wù)可由UUSs來完成, 而大量使用可快速部署的低成本UUSs是完成多任務(wù)的最佳途徑。低成本系統(tǒng)很適合大量采購, 數(shù)量規(guī)?？杀ＷC整體作戰(zhàn)能力的冗余性和韌性, 損失單個平臺不會產(chǎn)生災(zāi)難性后果。特別是在水下戰(zhàn)領(lǐng)域, 在很多情況下, 數(shù)量可以代替質(zhì)量(quantity has a quality all its own)。因此, 大量的低成本系統(tǒng)是新型作戰(zhàn)能力生成的重要途徑。

DSB指出, 要發(fā)展大量的低成本系統(tǒng), 需對現(xiàn)有適合于大型平臺的采辦程序進(jìn)行改革; 考慮到技術(shù)、成本和效益, 應(yīng)適當(dāng)放寬對低成本UUSs的某些指標(biāo)要求, 特別是對隱身性的要求。通過發(fā)展可大量使用的低成本UUSs, 將使敵方難以應(yīng)付, 將作戰(zhàn)和成本負(fù)擔(dān)甩給對手。

2.2.3 DSB《自主性》報告

2016年6月, DSB根據(jù)DoD的要求, 完成并發(fā)布了超過100頁的《自主性》研究報告[6]。報告給出了關(guān)于自主性的一些定義和內(nèi)涵; 闡述了自主性的信任問題, 著重描述軍用和民用自主性之間的異同; 向DoD提出了加速自主性發(fā)展和應(yīng)用的22條建議, 主要觀點(diǎn)歸納為: 1) 需建立對自主系統(tǒng)的信任, 并改善自主能力的可信任度; 2)需DoD在頂層推動, 以加速自主能力的應(yīng)用; 3)需開展涵蓋多種任務(wù)的演示驗證, 以體現(xiàn)作戰(zhàn)價值, 加強(qiáng)對自主性的作戰(zhàn)牽引; 4) 需通過擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用范圍和增加自主性的應(yīng)用來幫助美國保持軍事優(yōu)勢。具體建議分為3類。

第1類是關(guān)于加速采用自主性技術(shù)的建議。主要包括: 應(yīng)對自主性在工程、設(shè)計和采辦方面的挑戰(zhàn); 應(yīng)對日益增加的自主網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的“賽博”(Cyber)問題; 創(chuàng)建新的試驗與評估(T&E)方法和建模與仿真(M&S)方法; 將新技術(shù)嵌入、條令、作戰(zhàn)概念集成在一起; 擴(kuò)大自主-語義開發(fā)隊伍; 改進(jìn)DoD對自主性的管理; 對敵方運(yùn)用自主性進(jìn)行對抗等。這些建議互相關(guān)聯(lián), 提出它們的目的是在加速自主性技術(shù)和能力進(jìn)步的同時, 建立各方對自主系統(tǒng)的信任。

第2類是關(guān)于加強(qiáng)對自主性作戰(zhàn)牽引的建議。主要包括: 通過自主代理改善對“賽博”攻擊的指示與報警能力; 航行器上的感知自主性; 從獲取的媒介中提取時敏情報; 對保護(hù)任務(wù)的動態(tài)管理; UUV自主執(zhí)行反水雷(MCM)任務(wù); 自主“賽博”響應(yīng); 攻勢布雷中的接力(cascade)投送; 建制戰(zhàn)術(shù)無人機(jī)支援地面部隊; 預(yù)測后勤和自適應(yīng)規(guī)劃; 快速部署的自適應(yīng)后勤等。主要建議開展一系列演示驗證和實驗, 一方面為了體現(xiàn)近期可實現(xiàn)的能力和軍事價值, 另一方面是為了建立部隊對自主性的信任, 以加速推動其應(yīng)用。

第3類是關(guān)于擴(kuò)大自主性技術(shù)應(yīng)用范圍的建議。主要包括: 理解全球社會運(yùn)動的早期預(yù)警系統(tǒng); 發(fā)展大量低成本自主蜂群; 因特網(wǎng)入侵探測; 軍用航行器系統(tǒng)的自主“賽博”韌性; 自主空戰(zhàn)規(guī)劃等。這些“擴(kuò)展性問題”建議, 既包括作戰(zhàn)牽引方面的建議, 也包括促進(jìn)潛在技術(shù)成熟化的建議, 其主要目的之一仍然是, 當(dāng)自主性應(yīng)用于軍事任務(wù)時能夠得到足夠的信任。

DSB的研究認(rèn)為, 雖然DoD已愈加認(rèn)識到自主能力的重要性, 且開發(fā)的一些項目已得到應(yīng)用, 但還未將其作為一項整體事業(yè)有效地支持和推進(jìn), 并未迅速和廣泛地采用新技術(shù)。而潛在對手正在大力發(fā)展自主能力, 這使得加速推動自主性的工作顯得尤為迫切。研究得出結(jié)論: DoD層面的頂層建議遠(yuǎn)比任何單個項目的實施更加重要和迫切, 因此報告中所提的一系列關(guān)聯(lián)建議都集中于如何加速采用自主性技術(shù)的問題。

DSB建議, 為了能夠迅速識別和開發(fā)新興技術(shù), 應(yīng)選擇幾個近期的自主系統(tǒng)開展演示驗證, 以展示適用于多樣化軍事任務(wù)的作戰(zhàn)價值, 從而加強(qiáng)對自主能力的作戰(zhàn)牽引。研究也指出, 這些演示驗證項目的全部價值只有當(dāng)它們被聯(lián)合使用, 并經(jīng)過精煉和成熟化后才能實現(xiàn), 所以建議聚焦于DoD層面才更有意義。

《自主性》報告認(rèn)為, 追求“速度”是關(guān)鍵。這體現(xiàn)在2個層面: 第1, 應(yīng)用自主性的主要軍事效益就在于可加快決策速度, 使美軍能在敵方作戰(zhàn)周期(環(huán))內(nèi)采取行動, 從而打敗對手; 第2, 迅速將自主性轉(zhuǎn)化為軍事能力是美國維持軍事優(yōu)勢的重要前提。

上述一系列報告從不同的層面和角度反映出美軍方關(guān)于UUV等無人系統(tǒng)的總體發(fā)展思路, 雖然各軍種及各部門關(guān)注的重點(diǎn)、對一些問題的提法不盡相同, 但總體思路是基本一致的。分析解讀這些報告可幫助我們更全面地了解UUV的發(fā)展歷程及其驅(qū)動因素, 從中獲取有益的概念和思想。

3 UUV的任務(wù)與能力需求

美軍考慮無人系統(tǒng)任務(wù)和能力需求時, 瞄準(zhǔn)的主要方向是聯(lián)合作戰(zhàn), 基本立足點(diǎn)是構(gòu)建更合理的聯(lián)合兵力結(jié)構(gòu)(joint force structure), 以此來規(guī)劃全軍無人系統(tǒng)建設(shè)。

3.1 無人系統(tǒng)的優(yōu)勢

一般認(rèn)為, 無人系統(tǒng)最適合執(zhí)行3類任務(wù)[1]:

1) 枯燥任務(wù)——如: 長途飛行, B-2飛機(jī)在伊拉克作戰(zhàn)行動中的戰(zhàn)斗飛行時間最長達(dá)39小時, 與之形成對比的是, MQ-1無人機(jī)幾乎可以終日在阿富汗和伊拉克上空連續(xù)執(zhí)行任務(wù), 而在美國本土操控它們的機(jī)組人員每4小時輪班, 已持續(xù)工作多年。再如, 反潛被普遍認(rèn)為是最枯燥的任務(wù), 常常需要連續(xù)幾十甚至上百小時在指定海區(qū)進(jìn)行徒勞的搜索。搜索馬航MH370航班已近3年, 但仍一無所獲。這些重復(fù)性的工作最適合交由無人系統(tǒng)來完成。

2) 污染任務(wù)——使用無人系統(tǒng)在污染環(huán)境中執(zhí)行任務(wù), 能增加任務(wù)成功率, 并將工作人員在污染環(huán)境中的暴露率降至最低。例如在早期的海上核試驗中, USV被派往核爆炸海區(qū)搜集放射性水樣。

3) 危險任務(wù)——使用無人系統(tǒng)執(zhí)行危險任務(wù), 一旦任務(wù)失敗可降低政治和人力成本, 如: 反水雷、反恐。

能超出人體能力、風(fēng)險率低和任務(wù)成功率高是無人系統(tǒng)應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大的主要原因。

無人系統(tǒng)能突破人類生理極限。盡管一些任務(wù)枯燥、有污染、危險性大, 但人也能完成, 無非是效率和代價可能難以接受。而對有些任務(wù)人類則望塵莫及, 只能依靠無人系統(tǒng)。例如: 人類最大只能承受9g過載, 而無人載體的最大過載已可達(dá)409g[2], 可代替人類進(jìn)行大機(jī)動格斗或大機(jī)動規(guī)避; 人類不能長期在水下生存, UUV則可持續(xù)在水下作業(yè)和長期潛伏于水下; 無人地面車輛(UGV)可代替人類深入狹小的洞穴進(jìn)行探查。

無人系統(tǒng)能夠承受有人系統(tǒng)無法承受的風(fēng)險, 這將會導(dǎo)致產(chǎn)生新的CONOP。例如, 可在戰(zhàn)斗中使用大量沒有防護(hù)和隱身能力的、廉價的一次性裝備, 它們經(jīng)得起消耗。UxVs編隊經(jīng)過作戰(zhàn)后仍可保持一定的作戰(zhàn)能力, 而昂貴的高精尖裝備卻不一定能做到[4]。

以上的優(yōu)勢僅僅是對無人系統(tǒng)個體而言, 如果無人系統(tǒng)跨域組網(wǎng), 形成目標(biāo)一致、密切協(xié)同的“作戰(zhàn)群”, 則會成為力量倍增器。從這個層面上看, 無人系統(tǒng)的優(yōu)勢將更加突出。無人系統(tǒng)應(yīng)用面的迅速擴(kuò)大, 將會推動其技術(shù)能力不斷提高, 使其在整體上逐漸具備目前尚未認(rèn)識到的能力。

無人系統(tǒng)的特點(diǎn)決定了人們賦予它們的任務(wù)和能力。

3.2 UUV的分類和分級

2000~2004年間發(fā)布的2版《美海軍UUV總體規(guī)劃》中將UUV分為4個級別[9~11]:

1) 便攜式(man portable)——11~45kg(25~ 100 lbs), 航行10~20 h;

2) 輕型(LWV)—— 324 mm口徑, 約230 kg(500 lbs), 載荷為便攜式的6~12倍;

3) 重型(HWV)—— 533 mm口徑, 約1 400 kg(3 000 lbs), 潛艇發(fā)射;

4) 大型(large)——約10 t(20000 lbs), 可由水面艦艇和核潛艇投放。

顯然, 這種分級方式受到國際現(xiàn)行魚雷標(biāo)準(zhǔn)口徑的影響, 甚至借用了魚雷分類關(guān)鍵詞“輕型”和“重型”。這主要是為了充分利用324 mm輕型魚雷和533 mm重型魚雷的發(fā)射裝置和建制保障裝備, 迅速形成裝備規(guī)模和戰(zhàn)斗力。

但這種分級方式存在2個明顯缺陷: 第1, 混合采用口徑和重量2個物理量來作為分級依據(jù), 形式上不統(tǒng)一; 第2, 各級之間沒有清晰的界限, 存在模糊空間, 所以分級方法不完備, 因此在實際應(yīng)用中經(jīng)常會引起一些爭議和混亂。

盡管此分級方法不完善, 但由于基本適用于大多數(shù)已有UUV, 所以在UUV發(fā)展的早期階段, 這種分級方法還是被普遍接受。DoD在2007~2013年間發(fā)布的各版路線圖中繼承了美海軍的這一分級概念。但隨著UUV產(chǎn)品譜系的不斷擴(kuò)充, 人們期望提出新的、更科學(xué)、更合理的UUV分級方法, 因此, 美海軍在2016年呈國會的《2025年AUV需求》報告中提出了新的AUV (UUV)分類和分級方法。

該報告將UUS分為自推進(jìn)AUV、環(huán)境驅(qū)動AUV和其他系統(tǒng)3大類[5]。

3.2.1 自推進(jìn)AUV的分級

AUV(UUV)分為4個級別:

1) 超大型(extreme large)AUV——直徑大于2 133 mm/84 inch。利用起吊裝置等操作設(shè)備從岸基或船上發(fā)射。

2) 大型(large)AUV——直徑533~2133 mm /21~84 inch。可從干式甲板塢艙(DDS)(水平安裝在“洛杉磯”級、“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇(SSNs)或巡航導(dǎo)彈核潛艇(SSGNs)的背上)、“弗吉尼亞”載荷管(VPT)(即“弗吉尼亞”級SSNs首部的2 210 mm /87 inch口徑垂直發(fā)射管)、SSGNs的載荷管(2 210 mm /87 inch口徑垂直發(fā)射管)、“弗吉尼亞”載荷模塊(VPM)(2 210 mm/87 inch口徑垂直發(fā)射管), 以及合適的水面艦船上布放。這類大型AUVs需要合適的操作裝置來保證在海上母平臺上存貯、發(fā)射和回收。垂直放置大型AUVs的SSGN垂直管、VPT管、VPM管需要通用發(fā)射和回收機(jī)構(gòu)來保證發(fā)射、回收和存貯。大型AUVs也可借助操作裝置在岸上和水面艦船上發(fā)射。

3) 中型(medium)AUV——直徑254~533 mm/10~21 inch。可從潛用533 mm/21 inch標(biāo)準(zhǔn)魚雷發(fā)射管(所有潛艇的標(biāo)配)、660 mm/26 inch大型魚雷發(fā)射管(僅裝備于“海狼”級潛艇)、533 mm垂直發(fā)射管或“弗吉尼亞”逃生艙(lock-out trunk,艙口直徑762 mm/30 inch)中發(fā)射。中型AUV可借助操作裝置從岸上和水面艦船上發(fā)射與回收。

4) 小型(small)AUV——直徑76~254 mm /3~10 inch。可以是便攜式的, 由各類平臺甚至較大的AUVs發(fā)射。在潛艇上, 可從可裝填的76 mm/3 inch發(fā)射器、254 mm/10 inch垃圾處理裝置、“弗吉尼亞”逃生艙中發(fā)射, 也可從外部152.4 mm/6 inch水聲對抗器材發(fā)射器和指揮臺圍殼內(nèi)的通用模塊化桅桿(universal modular mast)底座中發(fā)射。水面艦船一般從舷邊布放與回收小型AUV, 而潛艇一般僅發(fā)射而不回收。

可見, 新的分級方法改變了以前口徑和重量混列的分級方式, 統(tǒng)一且僅按口徑分級, 在形式上更加科學(xué)合理; 明確給出了各級別的直徑范圍, 覆蓋了76 mm以上的全部區(qū)間, 中間沒有空擋, 消除了因分級界限不明而產(chǎn)生的概念模糊、表述混亂的問題, 基本解決了完備性問題。對于少數(shù)異型AUV, 可以選取合適的外形特征參數(shù)和折算方法, 劃入對應(yīng)的級別。

由上述定義中對發(fā)射管口徑的具體描述可見, 各級口徑的上邊界(最大值)屬于本級, 即: 254 mm屬于小型, 533 mm屬于中型。因此, 各級別AUV口徑定義區(qū)間的嚴(yán)格表達(dá)是: 小型[76, 254], 中型(254, 533], 大型(533, 2133], 超大型(2133,)。

這種口徑邊界的劃分顯然是基于裝備現(xiàn)狀和面向軍事應(yīng)用的。76 mm是部分水聲對抗器材和彈藥的標(biāo)準(zhǔn)口徑; 254 mm是美潛艇上現(xiàn)有的一類通海拋物口, 也是部分水聲對抗器材等裝備的口徑; 533 mm是重型魚雷的標(biāo)準(zhǔn)口徑; 2133 mm則是為了滿足在潛艇大型垂直發(fā)射筒和背馱式塢艙中發(fā)射的需要。這種定義方式更利于軍用UUV成為建制裝備, 快速形成戰(zhàn)斗力。報告中未給出超大型AUV口徑的上限, 這顯然是合理的。隨著作戰(zhàn)需求的演變和UUV技術(shù)水平的提高, 今后必然會出現(xiàn)更豐富的超大型UUV裝備, 甚至無人潛艇。因此上界開放是明智的。

3.2.2 環(huán)境驅(qū)動AUVs

1) 浮力滑翔器(buoyancy gliders)——一般而言, 這類AUV屬中小型AUV, 借助固定翼將浮力變化轉(zhuǎn)化為前進(jìn)動力。這種推進(jìn)方式的速度非常有限(盡管有些滑翔器帶有輔助推進(jìn)器), 速度一般為1~2 kn。AUV上的能源主要用于滿足長達(dá)數(shù)月的傳感器載荷和通信需求。大多數(shù)這類滑翔器可從小艇/剛性充氣艇(RHIB)上發(fā)射與回收。

2) 波浪滑翔器(wave gliders)——這類滑翔器也可被歸為USV。波浪式滑翔器裝有類似沖浪板的浮體, 通過一根半硬的臍帶纜與海面以下數(shù)米帶有一組小翼的滑翔器相連。波浪運(yùn)動可產(chǎn)生1~2 kn的推進(jìn)動力, 靠水下小翼將其轉(zhuǎn)化為推力, 也可靠推進(jìn)器輔助推進(jìn)。浮體表面的太陽能板可為滑翔器電池充電。這類AUVs的續(xù)航力可達(dá)數(shù)月, 并且已演示了橫跨大洋的能力。波浪滑翔器可由岸基或船載發(fā)射和回收。

3.2.3 其他系統(tǒng)——可布放的水下傳感器和通信系統(tǒng)

1) 無人值守探測系統(tǒng)——水聲和非聲探測系統(tǒng)的傳感器(濕端)同通信系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)一道被放置在海底, 提供長期的水下態(tài)勢感知能力。

2) 能源補(bǔ)給、數(shù)據(jù)管理和通信基礎(chǔ)設(shè)施——到2025年, 將面臨無人系統(tǒng)水下能源補(bǔ)給、數(shù)據(jù)管理和水下通信基礎(chǔ)設(shè)施的需求。

需要說明的是, 上述AUV分類和分級方法源于美海軍呈交國會的報告——《2025年AUV需求》, 該報告由美國海軍部長和海軍作戰(zhàn)部長簽發(fā), 代表了美國海軍現(xiàn)有觀點(diǎn), 但目前它還不是DoD《無人系統(tǒng)路線圖》那類正式發(fā)布的官方指南。如果報告中提出的AUV分類和分級方法能形成各方共識, 今后可能會出現(xiàn)在官方正式發(fā)布的、更權(quán)威的指導(dǎo)性或約束性文件中。

3.3 UUV任務(wù)需求

3.3.1 關(guān)于任務(wù)mission和task概念的說明

在英文中, 表達(dá)軍事任務(wù)概念時主要用2個詞: mission和task。Mission一詞的譯法在國內(nèi)引起頗多困擾, 大多數(shù)情況下被譯為“任務(wù)”, 有時被譯為“使命”, 特別是當(dāng)這2個詞同時出現(xiàn)時。中文中常見的“使命”一般是指領(lǐng)受的頂層任務(wù)和承擔(dān)的責(zé)任, 它體現(xiàn)了被賦予使命的對象存在的價值和意義。盡管有時mission可以譯為“使命”, 但在大多數(shù)場合下, 從mission的上下文看, 指的應(yīng)是一般概念上的任務(wù), 而不是“使命”。為了能夠準(zhǔn)確理解美國軍方有關(guān)文件和報告中關(guān)于UUV任務(wù)的定義、說明和觀點(diǎn), 正確區(qū)別mission和task是必要的。

美軍聯(lián)合出版物(JP)給出的mission和task的定義如下[5]:

。

關(guān)鍵區(qū)別在于, mission包含“目的(purpose)”要素, “目的”將mission與戰(zhàn)術(shù)或作戰(zhàn)目標(biāo)(objective)聯(lián)系在一起。與之相比較, task是指特定的行動, 要完成mission, 需要按序執(zhí)行一項或多項task。本質(zhì)上mission是為達(dá)到共同目的的一項或多項task的有序集合[5]。可見, mission和task表征了不同層次的任務(wù)。從美官方各類文件上看, 當(dāng)描述任務(wù)需求時, 用的都是mission, 當(dāng)描述具體作戰(zhàn)過程時一般用task。因此可將他們大致理解為“作戰(zhàn)任務(wù)”和“行動任務(wù)”。從文后相關(guān)內(nèi)容中, 將可以看到UUV的mission和task的具體案例, 如:

1) 情報、監(jiān)視與偵察(ISR)是作戰(zhàn)任務(wù)(mission), 而分別用水聲、光學(xué)、電磁(EM)手段進(jìn)行探測和偵察則是不同的行動任務(wù)(tasks);

2) 反潛戰(zhàn)(ASW)是作戰(zhàn)任務(wù)(mission), 而探測、跟蹤、攻擊則是不同的行動任務(wù)(tasks);

3) MCM是作戰(zhàn)任務(wù)(mission), 而探雷、識別、滅雷則是不同的行動任務(wù)(tasks)。

迄今為止, 軍事作戰(zhàn)任務(wù)(mission)都是分配給有人(或人在回路)作戰(zhàn)單元(unit)的, 有人作戰(zhàn)單元能夠執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)(mission)下的具體行動任務(wù)(task), 并能理解作戰(zhàn)任務(wù)(mission)的目的。理解“目的”是實現(xiàn)分布式作戰(zhàn)的基礎(chǔ)。由于在作戰(zhàn)任務(wù)(mission)執(zhí)行過程中, 作戰(zhàn)條件隨時間而變(尤其在戰(zhàn)時), 有人作戰(zhàn)單元都經(jīng)過嚴(yán)格訓(xùn)練, 以期能在作戰(zhàn)任務(wù)(mission)目的的引導(dǎo)下進(jìn)行判斷和決策——必要時修改行動任務(wù)(task), 以保證作戰(zhàn)任務(wù)(mission)的成功[5]。顯然, 這也是對無人系統(tǒng)自主性和在線任務(wù)規(guī)劃(mission planning)能力的要求。

對一些關(guān)鍵術(shù)語辨異不是簡單的學(xué)術(shù)問題, 而是要通過準(zhǔn)確理解本原定義和內(nèi)涵, 正確把握權(quán)威性文件和報告編撰者要表達(dá)的真實意圖和思想, 以免不求甚解、囫圇吞棗、以偏概全。文中將根據(jù)中文語境習(xí)慣使用術(shù)語“任務(wù)”一詞, 其具體含義一般可從上下文中看出, 當(dāng)需要特別強(qiáng)調(diào)其內(nèi)涵的區(qū)別時, 將在括號中用英文mission和task分別標(biāo)注。

3.3.2 任務(wù)需求及其優(yōu)先級

美軍的作戰(zhàn)需求主要來自于作戰(zhàn)指揮官(COCOM)和有關(guān)軍事部門。

每名COCOM每年要提交一份需求優(yōu)先級清單(IPL), 按需求程度列出戰(zhàn)區(qū)不足的作戰(zhàn)能力。這份清單是了解美一線作戰(zhàn)人員聯(lián)合需求的基本來源。作為需求源, 它有3個特點(diǎn): “直接來自戰(zhàn)場”、綜合了各種觀點(diǎn)、每年重新審查。每年經(jīng)過審查的清單反映出最新軍事需求, 來源客觀可靠, 因此被美軍使用了多年[1]。

在2008~2013年度的清單中, COCOM提出了112 項能力差距。綜合考慮這112項能力差距、軍事部門(指非作戰(zhàn)部隊)所確定的能力差距以及從全球反恐戰(zhàn)爭中得到的教訓(xùn), 最終確定了共526 項能力差距。而這526 項又可綜合成99 項排出優(yōu)先序的能力差距。在這99 項差距中, 有17 項能力是無人系統(tǒng)當(dāng)前能夠提供或今后可能提供的, 其中包括2 項排在前10位的能力差距。此外, 9 位作戰(zhàn)指揮官中的8人所提出的能力差距可由無人系統(tǒng)來彌補(bǔ)。由此可見, 無人系統(tǒng)在滿足關(guān)鍵作戰(zhàn)能力需求方面的作用日益明顯[1]。

2006年夏, 美國防部長辦公室(OSD)通過參聯(lián)會, 要求COCOM和軍事部門為DoD的無人系統(tǒng)任務(wù)需求輸入優(yōu)先級。COCOM和軍事部門均可利用這一機(jī)會對預(yù)定的各類、各級無人系統(tǒng)的任務(wù)領(lǐng)域進(jìn)行優(yōu)先級排序。DoD最后歸納出的優(yōu)先級清單準(zhǔn)確反映了所獲得的信息, 所有的輸入信息均被賦予相同的權(quán)重。UUV/USV的需求優(yōu)先級見表2, 其中UUV采用《美國海軍UUV總體規(guī)劃》中的基于重量的分類方法(UAV按起飛重量分為4級, UGV按指揮層級分為連、旅、師共3級)。雖然在形成該表時, USV的級別尚未定義, 但在該表中同樣借用UUV的框架來劃分它們的任務(wù)領(lǐng)域和相對尺度。

對表2任務(wù)領(lǐng)域中部分術(shù)語概念解讀如下。

1) 傳感器隱蔽植入(covert sensor insertion) ——“隱蔽行動”(covert operation)是一類有計劃實施的旨在隱匿(conceal)或抵賴(plausible denial) 行動者身份的行動, 它與狹義的“秘密行動” (clandestine operation)的區(qū)別在于: 它所要隱匿的是行動者身份, 而不是行動本身(JP1-02)[1]。covert強(qiáng)調(diào)的是掩蓋、掩飾事實, clandestine主要指小心謹(jǐn)慎、悄悄進(jìn)行、不為人知的活動, 如“秘密生產(chǎn)武器”。covert operation是美國在二戰(zhàn)后才開始使用的一個新詞, 是指包括美國政府實施或資助的反對敵對國家或集團(tuán)、支持友好國家或集團(tuán)的一切活動(如顛覆、破壞、支持地方抵抗運(yùn)動等)。這些活動計劃的執(zhí)行要使任何局外人都不清楚其中的內(nèi)幕和美國政府的責(zé)任, 萬一敗露, 美國政府也可以“巧言否認(rèn)任何責(zé)任”, 所以現(xiàn)在常有人用plausible denial一詞來形容政府對一些事實的“冠冕堂皇的抵賴”。美國國會通過的《1991財政年度情報授權(quán)法》中對這一概念進(jìn)行了明確界定, 指出: “隱蔽行動意指美國政府影響國外的政治、經(jīng)濟(jì)或軍事形勢的活動, 并且要使美國政府的作用不被暴露或公開承認(rèn)”[12]。顯然, 在美國人的眼中, 俄羅斯通過網(wǎng)絡(luò)影響2016年美國大選是典型的“隱蔽行動”。就“傳感器隱蔽植入”而言, 應(yīng)主要指的是在對方領(lǐng)土、領(lǐng)海和設(shè)備中植入物理傳感器, “非法”獲取對方信息。實際上, 可植入的不僅是傳感器, 還可以是與傳感器集成為一體、主動制造、篡改信息的裝置, 實際植入的是信息。冷戰(zhàn)時期美國利用NR-1深海潛艇在蘇聯(lián)海底電纜中植入竊聽裝置早已成為公開的事實, 有人也將這類行動歸為“水下特種戰(zhàn)”的一個分支(不同于以蛙人為特征的傳統(tǒng)水下特種戰(zhàn))。

表2 作戰(zhàn)指揮官和軍事部門確定的不同級別UUV/USV的需求優(yōu)先級

2) 瀕海水面戰(zhàn)(littoral surface warfare)——根據(jù)JP1-02, “瀕海戰(zhàn)” (littoral warfare)是在近海戰(zhàn)斗空間(battlespace)中實施的作戰(zhàn), 這一戰(zhàn)斗空間包括2部分: a. 近海(seaward), 必須控制這一由大洋向沿岸的空間, 以支援對陸作戰(zhàn); b. 近陸(landward), 靠近海岸的內(nèi)陸地區(qū), 可以直接得到海上支援和保護(hù)[1]。由此, “瀕海水面戰(zhàn)”似應(yīng)理解為近海區(qū)的水面交戰(zhàn), 以及水面艦的對陸攻擊。

3) 海洋學(xué)(oceanography)——海洋學(xué)是研究海洋自然現(xiàn)象、性質(zhì)及其變化規(guī)律, 以及與開發(fā)利用海洋有關(guān)的知識體系, 主要包括物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)過程4個基礎(chǔ)學(xué)科分支, 以及海洋資源開發(fā)利用、軍事海洋等應(yīng)用研究。DoD無人系統(tǒng)路線圖和美海軍UUV總體規(guī)劃均將海洋學(xué)列為任務(wù)之一, 根據(jù)2007版路線圖中的解釋, 這里的“海洋學(xué)”是指“物理海洋學(xué)”(physical oceanography), 主要研究海洋中的聲、光、電等物理現(xiàn)象的變化規(guī)律和機(jī)理, 以及海洋物理場探測方法等。UUV任務(wù)領(lǐng)域中的“海洋學(xué)”主要應(yīng)理解為面向軍事應(yīng)用的“海洋調(diào)查”。

4) 探路者(pathfinder)——Pathfinder意為探路者(或開路者、開拓者)。2007版路線圖“任務(wù)領(lǐng)域定義”中列舉了4類探路者(JP1-02): a. 有經(jīng)驗的飛機(jī)成員組, 能夠帶領(lǐng)編隊到達(dá)空投區(qū)、空投點(diǎn)或目標(biāo)點(diǎn); b. 先遣空投或機(jī)降小組, 為將飛機(jī)引導(dǎo)至空投區(qū)或著陸區(qū)而建立和運(yùn)行輔助導(dǎo)航; c. 一種雷達(dá)設(shè)備, 在能見度不滿足目視導(dǎo)航要求時進(jìn)行引導(dǎo); d. 空降至敵占區(qū)的先遣小組, 目的是為直升機(jī)空降部隊確定最佳進(jìn)入和撤離路線、著陸區(qū)和著陸點(diǎn)[1]。由此可見, 傳統(tǒng)意義上的“探路者”一般是指擔(dān)負(fù)向?qū)蝿?wù)的先頭部隊或提供輔助導(dǎo)航的設(shè)備。顯然, 當(dāng)作為無人系統(tǒng)的一項任務(wù)后, 就可減小派遣先頭部隊的風(fēng)險, 并可能更高效。這項任務(wù)對水下戰(zhàn)也有意義, 例如: 如要對敵方港口內(nèi)外實施精確布雷, 可以先派出1枚具有精確導(dǎo)航和海底探測能力的UUV作為探路者, 在沿途和目標(biāo)區(qū)的關(guān)鍵位置點(diǎn)投下導(dǎo)航信標(biāo), 這些信標(biāo)按程序或遙控啟動, 在特定時間向特定方位發(fā)出具有較好隱蔽性的聲信號, 引導(dǎo)大批無精確導(dǎo)航能力的低成本自航水雷(或UUV)“魚貫而入”。讓人感到困惑的是, 在路線圖的任務(wù)領(lǐng)域中, 誘餌(decoy)和探路者被合置為一類任務(wù), 雖然它們可能被聯(lián)合運(yùn)用, 通過戰(zhàn)術(shù)佯動和欺騙來達(dá)到掩護(hù)作戰(zhàn)企圖的效果, 但在任務(wù)層面它們畢竟屬于不同類型的作戰(zhàn)行動?？赡艿慕忉屖? 從無人系統(tǒng)的運(yùn)用層面看, 這2項任務(wù)具有一些相似性, 如都是在高威脅區(qū)域部署某種非致命載荷, 因此對無人系統(tǒng)有類似的功能和能力要求, 可用一類UxV載體來兼顧這2項任務(wù)。

由上可見, 美軍的需求生成機(jī)制比較合理。需求來源于2個相對獨(dú)立的渠道——COCOM和軍事部門。COCOM提交的任務(wù)優(yōu)先級清單并非代表指揮官個人, 作為各自戰(zhàn)區(qū)的代言人, 他們提交的文件是對一線部隊意見的集中體現(xiàn)。由于意見來源于實戰(zhàn)、演習(xí)、訓(xùn)練中的實踐經(jīng)驗, 客觀可靠地反映了現(xiàn)實需求。軍事部門指的應(yīng)是除作戰(zhàn)部隊以外的軍事管理部門、軍隊研究機(jī)構(gòu)、軍事院校等, 他們對技術(shù)現(xiàn)狀和趨勢有較深刻的理解, 更具前瞻性, 善于提煉長遠(yuǎn)需求。通過對這2方面需求的合理綜合, 可以較好地在現(xiàn)實與未來需求之間實現(xiàn)平衡。雖然對各國而言, 軍事需求應(yīng)來源于這2個方面是不言而喻的, 但如果缺乏一套有效的機(jī)制, 過程可能就會流于形式, 很難保證最后的“書面需求”能真正反映出部隊的實際作戰(zhàn)需求。盡管論證部門也會通過調(diào)研、座談或研討會等形式來獲取部隊需求, 但這種非制度化活動的隨意性及信息來源的隨機(jī)性都較大, 需求信息的權(quán)威性和可靠程度得不到充分保證。除了在理論和方法層面研究和探索需求生成機(jī)制外, 更重要的是結(jié)合體制編制, 落實到可操作的制度層面。有效的需求生成機(jī)制應(yīng)能保證需求產(chǎn)生于可靠的來源、通過可靠的途徑傳遞、依靠科學(xué)的程序得到提煉。

顯然, 表2中的一些任務(wù)存在交叉現(xiàn)象, 并非完全獨(dú)立。這在軍事任務(wù)定義中似乎難以完全避免, 可能是客觀現(xiàn)實的一種反映。

3.3.3 任務(wù)優(yōu)先級分析

一般而言, 反映長遠(yuǎn)需求的任務(wù)集合是基本穩(wěn)定的, 但反映現(xiàn)實需求的任務(wù)優(yōu)先級是隨時間變化的。就UUV而言, 從2000~2004年間美海軍發(fā)布的2版UUV總體規(guī)劃[9-10]和DoD于2007~ 2011年間發(fā)布的前3版路線圖[1-3]看, UUV的任務(wù)優(yōu)先級在不斷發(fā)生變化。這反映出世界局勢和威脅的變化、戰(zhàn)略和兵力結(jié)構(gòu)的改變、裝備技術(shù)的發(fā)展等, 直接影響了用戶的觀點(diǎn), 導(dǎo)致美軍對UUV任務(wù)需求的迫切程度發(fā)生改變。

在對2007版路線圖中所述的空中、地面、海上無人系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)先級進(jìn)行綜合后, 可以歸納出美軍各軍種共同將其排在優(yōu)先位置的4項任務(wù): 1) 偵察。在所有3大類無人系統(tǒng)中, 各級UxVs均將偵察任務(wù)列為最高優(yōu)先級, 目前各類無人系統(tǒng)在戰(zhàn)場上的使用也反映出這一趨勢, 而這一任務(wù)通常也被概括為“枯燥的任務(wù)”; 2) 目標(biāo)識別與指示(designation)。發(fā)現(xiàn)、鎖定和標(biāo)定(finding, fixing, tagging)目標(biāo)是無人系統(tǒng)最勝任的工作, 無人系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)在于: 可避免作戰(zhàn)人員在高威脅環(huán)境下所承受的風(fēng)險, 因此它在UAVs、UGVs和UMVs中的任務(wù)優(yōu)先級分別排在第2、第3、第2位; 3) 反地雷/反水雷戰(zhàn)。這被認(rèn)為是典型的、最適合無人系統(tǒng)執(zhí)行的危險任務(wù), 它在UGVs和UMVs中的任務(wù)優(yōu)先級分別排在第2、3位, 排在小型UAV任務(wù)的第6位; 4) CBRNE偵察。這類極度污染的任務(wù)自然應(yīng)該由無人系統(tǒng)來承擔(dān)。顯然, 確定這些任務(wù)優(yōu)先級所體現(xiàn)的原則是: 讓無人系統(tǒng)干適合它干的事。

注意到美海軍2004年發(fā)布的《美國海軍UUV總體規(guī)劃》中, UUV(不分級別)的任務(wù)優(yōu)先序是: 1) ISR, 2) MCM, 3) ASW, 4) 檢查/識別, 5)海洋調(diào)查, 6) CN3, 7) 載荷投送, 8) 信息作戰(zhàn), 9)時敏打擊[10-11]。與之對比, 2007版路線圖主要有3點(diǎn)變化: 第1, 將9項任務(wù)擴(kuò)展為17項任務(wù); 第2, 分別針對4個級別的UUV進(jìn)行了任務(wù)優(yōu)先級排序; 第3, 任務(wù)優(yōu)先級有所改變。

由表2可見:

1) 對于所有級別的UMVs, 前3項任務(wù)的排序都是一致的——ISR、檢查/識別和MCM, 這凸顯出美國海軍對這3項任務(wù)的迫切需求。值得注意的是, “檢查/識別”任務(wù)(對船底、碼頭、港內(nèi)進(jìn)行水下檢查、物體識別和定位)的優(yōu)先級從第4位上升到第2位, 排到了反水雷之前。這反映出在2007年前后的國際環(huán)境下美國對非國家主體行為的擔(dān)憂, 因而將反恐置于更優(yōu)先地位。實際上, 由于“檢查/識別”與MCM任務(wù)對一些核心技術(shù)的要求是類似的, UUVs及其任務(wù)載荷在很大程度上具有通用性, 戰(zhàn)時可以迅速轉(zhuǎn)換任務(wù), 因此從裝備技術(shù)角度看, 這2項任務(wù)的排序變化并無太大實際意義, 只是反映出在和平時期, “檢查/識別”任務(wù)的應(yīng)用場合和機(jī)會更多。

2) “載荷投送”是重型UMV的第4項任務(wù), 而對于其他3個級別UMVs而言是第7~8項任務(wù)。由此可見, 美軍將重型UMV作為載荷投送的主力。便攜式和輕型UMVs攜載能力有限, 載荷投送自然不是它們的強(qiáng)項, 大型UMV雖然自身投送能力強(qiáng), 但難以大規(guī)模部署, 所以它們限定在特定場合下使用。重型UUV成為載荷投送的主力, 顯然是因為潛艇采用533 mm制式發(fā)射裝置, UUV載體多樣, 戰(zhàn)術(shù)靈活性強(qiáng), 便于大規(guī)模部署和前沿快速隱蔽部署。

3) “傳感器隱蔽植入”分別排在輕型和便攜式UＭVs的第4、5項任務(wù), 可見美軍主要是依靠它們隱蔽植入數(shù)十千克以內(nèi)的小型傳感器, 這更符合水下隱蔽的要求, 并容易在偽裝或掩護(hù)狀態(tài)下實施。而CBRNE偵察和CN3這2項任務(wù)主要由微小型UMVs承擔(dān)是很容易理解的。

4) 重型和大型UMVs的第5位任務(wù)都是“瀕海水面戰(zhàn)”, 這顯然主要是針對USVs而言的。

5) “打擊”是重型和大型UMVs順理成章的任務(wù)(優(yōu)先級7~8), 但值得注意的是, 輕型UMV被賦予的打擊任務(wù)也具有同樣優(yōu)先級(優(yōu)先級8)。由于是輕型UMS, 應(yīng)主要指的是對淺海水下目標(biāo)的打擊。

6) 從“大洋反潛戰(zhàn)”在大型和重型UMVs的任務(wù)中分別排在第4、第6位可見, 美軍將用“微小型無人潛艇”遂行大洋反潛戰(zhàn)的意圖是明顯的。

由于有美海軍UUV總體規(guī)劃為基礎(chǔ), 表2中所列的17項任務(wù)對于各級別UUV是比較明確、清晰和易于理解的。但由于USV有多種不同的分級方式, 尚未達(dá)成共識, 所以在路線圖中并未給出清晰的定義, 因此有些任務(wù)對于USV而言是相對模糊的, 這可能與USV目前的應(yīng)用程度有關(guān)。

特別需要強(qiáng)調(diào)的是, 任務(wù)的優(yōu)先級僅僅反映出當(dāng)時的需求和技術(shù)能力, 它們會隨威脅、戰(zhàn)略和裝備技術(shù)的改變而隨時更新。例如, 在2011版路線圖中, UMS的優(yōu)先級變成了: 1) MCM; 2) ASW; 3) 海域感知(maritime domain awareness); 4) 海上安全(maritime security)。

與此前發(fā)布的UUV總體規(guī)劃及無人系統(tǒng)路線圖相比, 排在前4位的任務(wù)基本沒有變化, 但優(yōu)先級發(fā)生了改變。MCM和ASW分別上升到第1和第2位, 而ISR從第1位下降到第3位。個中的原因可能是: 1) 受海洋環(huán)境和UMV攜載能力的限制, UMV的探測能力畢竟較為有限, 隨著美國各種可機(jī)動布放的水下傳感器網(wǎng)的日益成熟, ISR任務(wù)已更多地由它們來承擔(dān), 這種“以靜制動”的分布式探測方式更加有效和經(jīng)濟(jì), 因此UMS在ISR中的相對地位有所下降。2) 經(jīng)過幾年的打擊, 恐怖主義的威脅得到有效抑制, 加上水下行動困難、技術(shù)門檻高, 以前所擔(dān)心的來自水下的恐怖威脅幾乎沒有出現(xiàn); 而代表國家行為的水下特種戰(zhàn), 在未來一段時期內(nèi)很難對美國形成明顯威脅。3) 東亞各國海軍力量, 特別是水下力量的迅速擴(kuò)張, 促使美國將“由海向陸”作為基本戰(zhàn)略, 以強(qiáng)大的水下戰(zhàn)力量在近海抑制對手。這樣, 被公認(rèn)為3大難題(反導(dǎo)、反潛、反水雷)中的MCM和ASW就自然成為要優(yōu)先考慮的作戰(zhàn)問題。

從這幾版關(guān)于UUV的文件可見, 不管優(yōu)先級如何變化, UUV的4大任務(wù)是:

1) MCM;

2) ASW;

3) 海域感知(即ISR);

4) 海上安全(即檢查/識別)。

實際上, USV與UUV的任務(wù)優(yōu)先級極為相似。美國海軍在2007年7月發(fā)布的《USV總體規(guī)劃》中給出的7項USV任務(wù)是: 1) MCM; 2) ASW; 3) 海上安全; 4) 水面戰(zhàn); 5) 特種作戰(zhàn)兵力支援; 6) 電子戰(zhàn); 7) 海上封鎖作戰(zhàn)支援(maritime interdiction operations support)[2]。可見, 盡管USV是水面平臺, 但水面戰(zhàn)并不是它的主要任務(wù), 美軍高度重視的ISR甚至沒有列入它的任務(wù), 而水下戰(zhàn)卻成了它的主要任務(wù)。這不僅反映出美海軍對水下戰(zhàn)的高度重視, 也體現(xiàn)出他們對UMS特點(diǎn)、能力和角色的科學(xué)把握。

綜上所述, 無論在水面還是水下, 海上無人系統(tǒng)的主要任務(wù)都是USW。

3.3.4 未來水下戰(zhàn)和UUS任務(wù)需求

3.3.4.1 未來USW任務(wù)

美國海軍在2016年呈國會的《2025年AUV需求》報告中, 給出了對未來USW及UUS任務(wù)的構(gòu)想, 并給出了不同類別和級別的UUS對應(yīng)的作戰(zhàn)任務(wù)(mission)和行動任務(wù)(task)。

目前USW主要有7項使命任務(wù)(mission)[5]:

1) 戰(zhàn)略威懾(strategy deterrence);

2)ISR

——指示與報警(I&W)

——初始環(huán)境準(zhǔn)備(IPOE);

3)ASW;

4) 反水面戰(zhàn)(ASUW);

5) 打擊(strike);

6) 海軍特種戰(zhàn)(NSW);

7) 水雷戰(zhàn)(mine warfare)。

所有這些使命任務(wù)將長期延續(xù), 并將不斷擴(kuò)展。針對新的世界政治和軍事形勢, 美國海軍認(rèn)為, 除了這些傳統(tǒng)使命任務(wù)之外, 到2025年還會出現(xiàn)以下一些新興的USW任務(wù)(mission)[5]。

1) 海床戰(zhàn)(seabed warfare)——水下兵力進(jìn)入敵方近海, 在敵方“反介入/區(qū)域拒止” (A2/AD)作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)執(zhí)行多樣化任務(wù), 將面臨很大風(fēng)險。敵方將認(rèn)識到與美國海軍在水下的差距, 想盡一切技術(shù)和戰(zhàn)術(shù)方法阻止美國海軍進(jìn)入。他們除了繼續(xù)發(fā)展反潛飛機(jī)、艦艇和潛艇外, 還將發(fā)展海床武器和傳感器系統(tǒng), 以探測、定位和攻擊其他國家的潛艇。因此, 美海軍將開發(fā)相關(guān)能力, 以致癱、欺騙和摧毀敵方海床基礎(chǔ)設(shè)施、無人ASW傳感器和系統(tǒng)等要害軍事目標(biāo)[5]。據(jù)此, 美海軍定義的“海床戰(zhàn)”是指:

2) 反AUV戰(zhàn)(counter-AUV warfare)——在美國發(fā)展建制AUV能力的同時, 對手也在發(fā)展他們的AUV能力, 因此, 應(yīng)為水下兵力開發(fā)對抗AUV的方法、技術(shù)和戰(zhàn)術(shù), 并在必要時攻擊敵方AUV。這包括影響現(xiàn)場環(huán)境的作戰(zhàn)行動, 即在不影響己方航行器工作的情況下, 使對方難以運(yùn)用他們的AUVs等無人系統(tǒng)進(jìn)行有效作戰(zhàn)。反AUV作戰(zhàn)包括前沿作戰(zhàn)(far forward operations)和領(lǐng)海附近的防御作戰(zhàn)[5]。

3) EMMW——前沿進(jìn)入的潛艇和UUS是實施EMMW(包括信息作戰(zhàn))的唯一兵力。在和平時期, 多域(multi-domain) ISR情報收集將持續(xù)提供對手能力的情報與評估, 以幫助生成作戰(zhàn)要求和作戰(zhàn)規(guī)劃。提高美軍的目標(biāo)指示能力和削弱對手的態(tài)勢感知、目標(biāo)指示和決策能力是保持作戰(zhàn)主動權(quán)和安全進(jìn)入能力的關(guān)鍵[5]。EMMW是一個多少讓人感到生疏的新術(shù)語, 《2025年AUV需求》中的上述表述也較為模糊, 但從中基本可判斷出, 在USW領(lǐng)域, EMMW應(yīng)大致指的是:顯然, 這應(yīng)屬于傳統(tǒng)概念中的水下信息作戰(zhàn), 無非是強(qiáng)調(diào)了“機(jī)動”和直接針對傳感器的行動。

4) 欺騙(deception)——由于對手的A2/AD能力, 安全進(jìn)入敵方近海的風(fēng)險越來越大, 在潛望深度作戰(zhàn)變得越來越困難, 因此對敵方傳感器接收到的信息進(jìn)行控制變得特別有用。“欺騙”將允許美軍在對抗海域和空間對敵方施加某些方面的控制, 誤導(dǎo)敵方兵力, 從而減少或增加交戰(zhàn)機(jī)會[5]。這也應(yīng)是水下信息作戰(zhàn)的內(nèi)容。

5) 非致命海上控制(non-lethal sea control) ——目前的水下戰(zhàn)能力限制了水下兵力與水面目標(biāo)交戰(zhàn)的選項, 要么僅是觀測和報告, 要么就是完全摧毀。如果針對海上要控制的目標(biāo)有某種非致命控制能力, 則有助于在非戰(zhàn)爭條件下緩解緊張局勢、傳遞政治信息。水下平臺是這一能力的理想用戶, 由于它們特有的隱蔽性, 可在不暴露身份的情況下采取威懾性行動, 這增加了非致命攻擊的價值[5]。水下非致命海上控制是控制沖突烈度的有效手段, 并可使己方在政治上處于有利地位。各國將其作為USW的潛在任務(wù), 意味著今后非戰(zhàn)爭條件下將面臨著“不知道對手是誰”的復(fù)雜情況, 這將對水下態(tài)勢感知提出更高的要求。

顯而易見, 上述新興使命任務(wù)中的EMMW和欺騙實際上并非新任務(wù), 而是《美海軍UUV總體規(guī)劃》中早已為UUV定義的“信息作戰(zhàn)”任務(wù)中的分支; 海床戰(zhàn)和反AUV戰(zhàn)是隨迅速發(fā)展的無人化作戰(zhàn)裝備形態(tài)應(yīng)運(yùn)而生的新型水下作戰(zhàn)任務(wù); 非致命海上控制則是一種介于“戰(zhàn)”和“非戰(zhàn)”之間的新型兵力運(yùn)用方式。

3.3.4.2 未來UUS任務(wù)

美海軍認(rèn)為, 要在2025年使AUV在水下戰(zhàn)環(huán)境下達(dá)到理解“目的”的智能化水平是困難的, 如果沒有經(jīng)驗積累和學(xué)習(xí)過程, 就不能開發(fā)出完全的自主性。在未來一段時間內(nèi), AUV的感知能力、載體上信息處理能力等都還不足以使它們具備對外部意外情況進(jìn)行解釋的能力, 它們還僅僅是對作戰(zhàn)環(huán)境的有限變化做出預(yù)編程式的反應(yīng)。為彌補(bǔ)這一缺陷, 有時不得不依賴外部通信和人工指揮中心或節(jié)點(diǎn), 但這需要承受一定風(fēng)險和延遲[5]。因此, 應(yīng)該根據(jù)AUV的特點(diǎn)和已具備的能力, 分配更適合它們的任務(wù)。

AUV既可獨(dú)立執(zhí)行任務(wù), 也能協(xié)助有人潛艇執(zhí)行某些任務(wù), 從而增強(qiáng)潛艇作戰(zhàn)能力和綜合水下戰(zhàn)能力。美海軍設(shè)想了AUV未來的一些典型任務(wù), 如: 進(jìn)入危險海區(qū)投送各類傳感器和武器載荷, 并進(jìn)行實時超視距目標(biāo)指示; 執(zhí)行一些只有它們能夠完成的海床戰(zhàn)任務(wù); 作為誘餌來提高潛艇生存能力, 并能執(zhí)行其他影響作戰(zhàn)的任務(wù); 作為數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn), 通過水下網(wǎng)絡(luò)向艦隊?wèi)?zhàn)術(shù)/作戰(zhàn)通信中心推送情報, 以確保更可靠的決策; 用于對抗不斷出現(xiàn)的新的水下威脅, 如敵方UUV、預(yù)置的海底作戰(zhàn)資源等[5]。

美海軍最關(guān)注的是AUV的4個核心技術(shù)能力是: 1) 續(xù)航能力; 2) 傳感器/載荷能力; 3) 自主能力; 4) 指揮、控制和通信(C3)能力[5]。

美海軍根據(jù)AUVs目前的任務(wù)和項目進(jìn)展情況, 對2025年AUVs能執(zhí)行的任務(wù)(task)進(jìn)行了推斷, 如表3所示。

表3中的“目標(biāo)提示”(cueing)應(yīng)是指向己方作戰(zhàn)單元提示目標(biāo)的存在和大致方位或位置, 引導(dǎo)己方進(jìn)一步跟蹤和精確定位。與“目標(biāo)指示” (target indication, target designation)不同, 目標(biāo)提示只能提供大致線索(cue), 即粗略的目標(biāo)方位或位置信息, 這些信息不足以提供火控解。

表3給出了各級別AUV的任務(wù)適宜性, 反映出美海軍目前的一些觀點(diǎn)和理念。從中可見:

1) 到2025年, 潛艇將仍是USW的主角, 能執(zhí)行絕大多數(shù)任務(wù), AUVs等主要是配合潛艇作戰(zhàn), 彌補(bǔ)其能力不足。

2) 海洋滑翔器對于海洋調(diào)查等作戰(zhàn)支援任務(wù)具有明顯意義, 但在水下作戰(zhàn)中的直接作用一直備受懷疑, 而在該報告中, 海洋滑翔器被“賦予”包括ASUW、ASW在內(nèi)的多項任務(wù), 其軍事意義得到充分肯定。其中, 波浪式滑翔器的任務(wù)角色遠(yuǎn)多于浮力式滑翔器, 這顯然與它可隨時進(jìn)行水面通信有關(guān)。

3) 大、中型AUV可承擔(dān)的任務(wù)最多; 大型AUV的多任務(wù)能力最強(qiáng); 超大型AUV的任務(wù)角色目前尚未得到確認(rèn), 表明其作戰(zhàn)需求仍在開發(fā)中。

與《美海軍UUV總體規(guī)劃》、《無人系統(tǒng)路線圖》等文件不同的是, 表3將AUV的任務(wù)從作戰(zhàn)任務(wù)(mission)分解到了行動任務(wù)(task), 更加明確具體, 但顯然這些文件之間是有矛盾的。尤其使人感到意外和費(fèi)解的是, 在《美海軍UUV總體規(guī)劃》、《無人系統(tǒng)路線圖》中排在較高優(yōu)先級的ASW任務(wù), 居然在表3中沒有與AUVs的任務(wù)相關(guān)聯(lián)。這可能是因為《2025年AUV需求》報告的研究者認(rèn)為, 到2025年時, AUV的續(xù)航力、感知能力、自主性、通信能力等尚不足以滿足反潛戰(zhàn)的需求, 難以達(dá)到實用程度。即使在美國, 這一觀點(diǎn)也不一定能得到普遍認(rèn)同。

表3 2025年AUVs等系統(tǒng)可執(zhí)行的任務(wù)

值得指出的是, 《2025年AUV需求》是美海軍呈國會的報告, 一般而言這是為爭取軍種預(yù)算而提交的說明性文件, 本質(zhì)上是一份預(yù)測性的研究報告, 而不是DoD或海軍正式發(fā)布的指南。盡管報告的權(quán)威性不及DoD《無人系統(tǒng)路線圖》和《美海軍UUV總體規(guī)劃》, 但由于是在最新研究成果上產(chǎn)生的, 反映了最新的觀點(diǎn)和理念, 可能預(yù)示了未來的一些變化, 所以仍具有十分重要的參考價值。

3.4 能力需求

美軍主要從無人系統(tǒng)與“聯(lián)合能力領(lǐng)域”的關(guān)系角度來闡述能力需求。

“聯(lián)合能力領(lǐng)域”(JCA)是DoD目前常用的一種審查和管理作戰(zhàn)能力的方法。JCA是作戰(zhàn)能力按功能分類后的一組集合, 可以用于支持能力分析、戰(zhàn)略研究、投資決策、組合管理、基于能力的兵力結(jié)構(gòu)研究和作戰(zhàn)規(guī)劃。2009版路線圖在無人系統(tǒng)與JCA之間建立了對應(yīng)關(guān)系, 以此來體現(xiàn)無人系統(tǒng)對相關(guān)能力和任務(wù)的貢獻(xiàn)。每種能力都代表了相關(guān)使命和任務(wù)(missions and tasks)的集合, 使得這些典型任務(wù)的執(zhí)行能達(dá)到預(yù)期的效果。DoD已定義了9種一級JCA, 每個領(lǐng)域都由聯(lián)合參謀部(JS)下的一個專業(yè)能力委員會負(fù)責(zé)。經(jīng)評估認(rèn)為, 無人系統(tǒng)可以在其中5種能力領(lǐng)域中發(fā)揮關(guān)鍵作用, 這5種能力領(lǐng)域分別是戰(zhàn)場感知、部隊運(yùn)用、保護(hù)、后勤和伙伴關(guān)系。DoD認(rèn)為, 目前, 無人系統(tǒng)在部隊支援能力和網(wǎng)絡(luò)中心能力相關(guān)任務(wù)中并不能發(fā)揮很大的作用[2]。2013版路線圖對JCA做了進(jìn)一步說明。表4歸納了截止2009年, 美軍各類無人系統(tǒng)在各能力領(lǐng)域中的分布[2]。

表4 美軍無人系統(tǒng)在各聯(lián)合能力領(lǐng)域中的分布(截止2009年)

1) 戰(zhàn)場感知(battlespace awareness)能力——指理解軍事部署、意圖、作戰(zhàn)環(huán)境特點(diǎn)和條件的能力, 以支持國家和軍事決策。這些功能由多個無人系統(tǒng)分別在多個作戰(zhàn)領(lǐng)域通過執(zhí)行多項任務(wù)來完成, 要求每個無人系統(tǒng)中的建制傳感器都參與聯(lián)合態(tài)勢感知, 而不管它們自身的主要任務(wù)是什么。為實現(xiàn)這一目標(biāo), 在研制和運(yùn)用無人系統(tǒng)時就必須考慮到任務(wù)下達(dá)、收集、處理、利用與分發(fā)(TCPED), 這一過程將海量傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成對環(huán)境的共同理解, 并實現(xiàn)情報共享。

2) 兵力運(yùn)用(force application)能力——指在所有環(huán)境下集中運(yùn)用機(jī)動和交戰(zhàn)的能力, 以實現(xiàn)作戰(zhàn)目標(biāo)。武器化的無人系統(tǒng)可用于執(zhí)行攻勢作戰(zhàn)、非常規(guī)作戰(zhàn)和攻擊高價值目標(biāo)/高價值人員等任務(wù)。在海上, UUVs和USVs特別適合于執(zhí)行布雷和MCM任務(wù)。DoD認(rèn)為, 考慮到遵守《武裝沖突法》, 在無人系統(tǒng)使用武器方面還有許多問題需要解決。在未來相當(dāng)長的一段時期內(nèi), 在無人系統(tǒng)上扣動扳機(jī)或發(fā)射導(dǎo)彈的決定不會完全自動化, 而是會保持在人工完全控制之下, 即完全由人來決定是否使用武器和選擇具體交戰(zhàn)目標(biāo)。美國海軍為載人艦艇和設(shè)施配備了防御系統(tǒng), 其自主模式由人工監(jiān)控, 這些系統(tǒng)迄今已運(yùn)行數(shù)十年。隨著技術(shù)進(jìn)步, 雖然許多發(fā)射環(huán)節(jié)可以實現(xiàn)全自動化, 但在相關(guān)法律、交戰(zhàn)規(guī)則和安全問題得到徹底解決之前, 實現(xiàn)自動開火的可能性很小。DoD一直在審慎地考慮武器系統(tǒng)中自主性的影響, 力圖盡量降低失誤概率和減輕后果, 避免由此導(dǎo)致計劃外交戰(zhàn)。為此, 國防部指令DoDD 3000. 09《武器系統(tǒng)自主性》規(guī)定, 已列入計劃的武器系統(tǒng)如果以新的方式實現(xiàn)自主能力, 則必須通過政策審查之后才能進(jìn)入正式研發(fā)階段。

3) 保護(hù)(protection)能力——指防止和削弱敵方攻擊己方及其盟友的人員(包括非作戰(zhàn)人員)和物理資產(chǎn)的能力。典型任務(wù)有: 消防、清污、前沿基地和營地保護(hù)、設(shè)施保護(hù)、設(shè)障與排障、平臺與人員的搜索與檢查、掃雷與滅雷、排爆、傷員后送和海上攔截等任務(wù)。

4) 后勤(logistics)能力——指通過對國家或多國資源的仔細(xì)調(diào)配來維持對聯(lián)合部隊的補(bǔ)給保障、有效支援作戰(zhàn)的能力, 以幫助聯(lián)合部隊延伸作戰(zhàn)半徑、提高行動自由度、實現(xiàn)作戰(zhàn)目標(biāo)。無人系統(tǒng)非常適合于后勤保障任務(wù), 如: 前線部隊的日常補(bǔ)給(如: 食品、水、彈藥和藥品等), 從近海?；O(shè)施運(yùn)送補(bǔ)給物資, 支援特種戰(zhàn)部隊, 作為對分散的作戰(zhàn)部隊進(jìn)行日常和緊急后勤支援的備用投送方式, 檢修、清污和加油之類的日常維護(hù)任務(wù), 物料處理和戰(zhàn)備工程, 裝填彈藥等。此外, 傷員撤退與護(hù)理、遺體運(yùn)送和城市營救等任務(wù)也可由無人系統(tǒng)執(zhí)行。

5) 建立伙伴關(guān)系(building partnerships)能力——指依靠開發(fā)和表達(dá)信息、開展活動等方式來為與伙伴、軍隊或相關(guān)群體的交流創(chuàng)造條件的能力, 以影響他們的觀念、意志、行為和能力。雖然無人系統(tǒng)不太可能專為建立伙伴關(guān)系而設(shè)計和研發(fā), 但許多無人系統(tǒng)可幫助COCOM與伙伴國建立關(guān)系。幾乎所有執(zhí)行戰(zhàn)場感知、保護(hù)和后勤任務(wù)的無人系統(tǒng)都可用于支援伙伴國的災(zāi)難救援行動、未爆炸彈藥清理、禁毒行動和平叛行動等。

6) 部隊支援(force support)能力——指建立、發(fā)展、保持和管理一只常備部隊, 并為之提供、運(yùn)行和維護(hù)裝備設(shè)施的能力, 以確保國家安全。適合于無人系統(tǒng)執(zhí)行的部隊支持任務(wù)相對較少, 但醫(yī)療任務(wù)特別適合由無人系統(tǒng)執(zhí)行, 藥品補(bǔ)給、遠(yuǎn)程醫(yī)療、傷員護(hù)理和創(chuàng)傷恢復(fù)、生化檢測及污染殘留物清除等任務(wù)也可由無人系統(tǒng)完成。

7) 指揮控制(C2)能力——無人系統(tǒng)雖不能直接執(zhí)行指揮控制任務(wù), 但它們能在其中發(fā)揮間接作用。所有無人系統(tǒng)都具有通信能力, 因此可作為C2通信中繼節(jié)點(diǎn)。由于無人系統(tǒng)自身具有對現(xiàn)場態(tài)勢的感知能力, 因此可為C2圖像提供本地環(huán)境數(shù)據(jù), 幫助指揮官在決策中更好地掌握態(tài)勢。

8) 以網(wǎng)絡(luò)為中心(net-centric)的能力——指為人和技術(shù)之間的連通性和互操作性提供架構(gòu)的能力, 以使所有用戶和任務(wù)伙伴能共享所需的信息。與C2能力類似, 無人系統(tǒng)并不能直接支撐網(wǎng)絡(luò)中心能力, 但能發(fā)揮重要作用。同樣, 由于載有傳感器的無人平臺具有本地態(tài)勢感知能力, 每個無人系統(tǒng)可作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)而共同組網(wǎng)、傳輸通信和傳感器數(shù)據(jù)。此外, 無人平臺可作為自主運(yùn)輸工具, 攜帶和部署專用于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的傳感器和通信中繼設(shè)備。

9) 頂層管理與支援(corporate management & support)能力——指通過管理主官提供頂層指導(dǎo)、指揮、協(xié)調(diào)和監(jiān)督的能力。路線圖未對此任務(wù)概念進(jìn)行詳細(xì)解釋, 也未給出案例。

從裝備角度看, 軍事能力一般被分為戰(zhàn)場感知、打擊、指揮控制、防御和后勤保障。雖然各國軍隊在各時期對能力的定義形式各不相同, 也經(jīng)常出現(xiàn)一些更細(xì)的分類, 但總體上大同小異, 并未超越上述概念范疇。對無人系統(tǒng)而言, 個體的能力是微不足道的, 重要的是集群作戰(zhàn)能力和與有人系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)能力, 基于這點(diǎn), 美軍強(qiáng)調(diào)的是JCA, 而不是一般意義上的單項能力。因此在描述無人系統(tǒng)能力需求時, 更多是從聯(lián)合行動、無縫交互的角度考慮的, 這可從上面對能力領(lǐng)域內(nèi)涵的說明中明顯看出。這可能就是表4中9個能力的表述方式看上去多少有些“與眾不同”的原因。

在上述9個能力中, UUV的 “水下戰(zhàn)場感知”、“水下兵力運(yùn)用”、“水下保護(hù)”能力是不言而喻的; “指揮控制”能力是有限的, 這是因為受到水下信號傳輸帶寬、速率和距離的限制, UUV的作用主要體現(xiàn)在C2通信中繼上; 同樣, UUV的“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”能力也因通信難題而受到很大限制, 但這并不影響它們加入網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn), 可以通過跨域通信方式來實現(xiàn)大范圍互通, 但其能力遠(yuǎn)不及其他領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn); 由于自身技術(shù)局限性, UUV在“后勤”和“部隊支持”方面的能力極為有限, 戰(zhàn)術(shù)意義并不明顯; 至于“建立伙伴關(guān)系”, 看上去并不像是一種能力, 而更像是行動目的, 從2009版路線圖的描述中看, 與此能力相關(guān)的裝備是具有反水雷、布雷、偵察探測能力的UUV, 顯然體現(xiàn)的是一種“危機(jī)應(yīng)對和支援”能力; 而“頂層管理與支援”能力的定義本身就比較模糊, 從水下通信能力受限的角度考慮, 在這方面UUV似乎難以具備足夠的能力。

除美國以外, 可能不會有其他國家將“建立伙伴關(guān)系”作為一種軍事能力而如此重視, 這應(yīng)與美國在北約中的主導(dǎo)地位及軍事同盟理念有關(guān)。在規(guī)模較大的國際沖突中, 美國都不愿單干, 通過組建多國聯(lián)合部隊來分?jǐn)傦L(fēng)險和成本。通過聯(lián)合行動還可牽制西方諸國, 使其限制在美國制定的框架內(nèi)行動。因此, 美國在許多官方文件中都涉及多國聯(lián)合作戰(zhàn)、伙伴支援等方面的內(nèi)容, 這在一定程度上反映出美國自認(rèn)為應(yīng)該承擔(dān)的“國際軍事義務(wù)”。

3.5 想定案例

作為指導(dǎo)全軍無人化裝備建設(shè)的頂層指導(dǎo)性文件, DoD無人系統(tǒng)路線圖中僅提出了一些籠統(tǒng)的遠(yuǎn)景構(gòu)想, 并未給出具體CONOP, CONOP一般由各軍種開發(fā), 但為了形象說明路線圖中所提技術(shù)在未來能形成何種作戰(zhàn)能力, 2011版和2013版路線圖分別給出一些想定案例(vignettes)。

想定1: 跨域互操作能力[3]

21世紀(jì)30 年代的一天夜里, 某國的俄制 “阿庫拉”級攻擊型核潛艇在西方衛(wèi)星沒有察覺的情況下悄悄溜出了港口, 但駛出領(lǐng)海后被水下監(jiān)視網(wǎng)發(fā)現(xiàn), 一枚UUV從當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)中自主脫離, 在潛艇前方攔截這艘速度較快的潛艇。當(dāng)潛艇經(jīng)過時, UUV在距其15 m的距離內(nèi)成功將拖纜掛在潛艇上, 拖纜拉著UUV一起前行, 當(dāng)潛艇下潛至UUV的工作深度以下時, UUV調(diào)整拖纜長度, 使自己保持在近水面深度。每隔3小時, 它就會升至水面, 用低功率發(fā)送位置報告。

該位置報告被位于東太平洋上空 22500 m高度在軌工作的EQ-25通信中繼UAV接收。EQ-25是一型超長航時UAV, 能在不加油情況下滯空2個月。當(dāng)潛艇進(jìn)入鄂霍次克海并駛向北太平洋時, 盡管UUV的電池技術(shù)先進(jìn), 但其壽命畢竟有限, 因此美軍有3個行動選項: 1) 繼續(xù)監(jiān)視——改變EQ-25 UAV的軌道, 以保持對UUV信號的接收范圍, 否則將在12小時后失去與UUV的接觸; 2) 適時回收UUV——當(dāng)UUV的剩余電量足以支持它駛往回收點(diǎn)時(3天內(nèi)), UUV與潛艇脫離; 3) 消耗掉UUV——UUV保持與潛艇的連接狀態(tài)直至其電量耗盡(6天內(nèi))。由于假想國潛艇很少沖出東北亞沿海, 指揮官決定改變EQ-25 UAV的軌道, 等潛艇的意圖更加明顯后再決定UUV的命運(yùn)。

到第3天, 潛艇駛向太平洋中部和夏威夷島, 由于任務(wù)的價值遠(yuǎn)超UUV的成本, 因此決定消耗掉低成本的UUV, 為海軍反潛艦艇攔截和追蹤潛艇贏得時間。第4天, 潛艇調(diào)轉(zhuǎn)了航向。2天后, 仍附著在潛艇上的UUV轉(zhuǎn)換為信標(biāo)工作模式, 以節(jié)省逐漸減少的電力。EQ-25 UAV和反潛艦艇解除任務(wù), MQ-4C廣域海上監(jiān)視(BAMS) UAV從關(guān)島起飛, 跟蹤信標(biāo)……

數(shù)天后, 在阿拉斯加沿岸水下發(fā)生強(qiáng)烈震動, 美軍派出艇載無人直升機(jī)投放核生化探測浮標(biāo), EQ-25 UAV在空中進(jìn)行通信接力, USV駛到污染海域放下纜控水下遙控車, 搜索水下污染源。USV聲吶探測到水下大型物體, 遙控車進(jìn)一步核查, 確認(rèn)是失去聯(lián)系的“阿庫拉”級潛艇。MQ-8 UAV向小鎮(zhèn)部署載有傳感器的UGV, 收集樣品進(jìn)行分析。USV遙控ROV進(jìn)行水下作業(yè), 打撈污染源。UGV在地面檢測環(huán)境, 并進(jìn)行除污作業(yè); USV在海面收集漂浮污染物; UUV在海底穿梭, 定位和標(biāo)記各種殘骸, 為下一步打撈做準(zhǔn)備; UAV在空中連續(xù)飛行, 監(jiān)測空氣環(huán)境并繪制污染剖面圖, 并在指揮中心與數(shù)百個UxV之間中繼傳送指令和數(shù)據(jù)……

該案例在一個事件中濃縮了多種任務(wù)、多種UxV裝備、多種行動, 充分體現(xiàn)了寬譜UxV系列在執(zhí)行“枯燥、污染、危險”任務(wù)中的潛力和作用。

想定2: 聯(lián)合情報和監(jiān)視[4]

為了監(jiān)視某國的核設(shè)施, 部署一種仿鳥形UAV, 能夠“棲息”在電線上獲取電力, 用于采集和傳輸圖像; 同時部署經(jīng)過偽裝的UGS, 可自主穿越復(fù)雜地形, 提供近距離視頻監(jiān)控。這些電動UGV利用太陽能/月亮能面板轉(zhuǎn)換器獲得電力, 或接收鳥形UAV發(fā)出的低功率激光束。

上述虛構(gòu)的想定案例猶如科幻大片, 充滿了想象力, 并暗示了一些軍事需求和技術(shù)需求。美國能長期站在世界前列引導(dǎo)科技發(fā)展潮流絕非偶然, 根植于他們強(qiáng)烈的創(chuàng)新意識和理念。

4 美國無人系統(tǒng)采辦現(xiàn)狀和采辦策略

4.1 概況

大量戰(zhàn)場應(yīng)用推動了UAV的迅猛發(fā)展, 它被認(rèn)為是使用價值極高的兵力倍增器。目前它在實戰(zhàn)的作用突出體現(xiàn)在: 持久的ISR能力, 通信中繼能力, 超視距(BLOS)打擊敵方高價值目標(biāo)(HVT)的能力等。實踐證明, 配裝連、排級部隊使用的小型UAV具備很高的作戰(zhàn)使用價值。美海軍進(jìn)行了一系列UAVs的研制、試驗和裝備, 如: 海軍MQ-8B 火力偵察兵垂直起降UAV、海軍/海軍陸戰(zhàn)隊小型戰(zhàn)術(shù)UAS、RQ-21A 掃描鷹, RQ-4C全球鷹、航母艦載無人戰(zhàn)斗機(jī)X-47B等[2-3]。

盡管UGV的產(chǎn)量和投資遠(yuǎn)低于UAV系統(tǒng), 但它們在實戰(zhàn)中仍表現(xiàn)出很高的效能。美軍在伊拉克戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭中共投入了8000多部UGVs, 截止 2010 年 9月, 這些部署的UGVs已經(jīng)執(zhí)行了125000多項任務(wù), 陸軍、海軍和海軍陸戰(zhàn)隊爆炸物拆除小組使用UGVs探測和銷毀了11 000余個簡易爆炸裝置。戰(zhàn)場上獲得的經(jīng)驗教訓(xùn)應(yīng)轉(zhuǎn)化為可持續(xù)的項目, 為此, 美陸軍在UGV成功用于戰(zhàn)場后向DoD提交了“聯(lián)合作戰(zhàn)緊急需求報告”, 歸納了各戰(zhàn)區(qū)司令部提出的戰(zhàn)場需求, 包括: 支援步兵和工兵的偵察、排爆、防御行動支援、隧道偵察與測繪、復(fù)雜地形補(bǔ)給運(yùn)輸以及巷戰(zhàn)中的自主導(dǎo)航與行駛等, 盡管大部分新技術(shù)短時間內(nèi)無法投入戰(zhàn)場, 但軍方已經(jīng)開始了前期投入[2-3]。

美海軍通過實戰(zhàn)和艦隊實驗(fleet experimentation)來驗證UMV的作戰(zhàn)能力, 前期主要集中在ISR、MCM和一些保障任務(wù), 后來逐漸擴(kuò)展到其他任務(wù)。美海軍前期主要對MCM UUV和MCM USV進(jìn)行了有限投資, 現(xiàn)正對各相關(guān)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行大量投資, 希望等UMS的整體作戰(zhàn)概念一旦成熟后, 技術(shù)就可迅速轉(zhuǎn)化為實際戰(zhàn)斗力。瀕海戰(zhàn)斗艦(LCS)是廣泛應(yīng)用這些新技術(shù)的第一種海上作戰(zhàn)平臺, 它所配備(選裝)的UUVs、USVs和UAVs將執(zhí)行ASW、ASUW、MCM、ISR、海洋調(diào)查等任務(wù)[2-3]。

4.2 無人系統(tǒng)投資情況

DoD對各類無人系統(tǒng)的2014~2018年投資計劃如表5所示。由表5可見:

1) UAS、UUS、UGS的投資額分別約占無人系統(tǒng)總投資額的91%、8%和1%。這直接反映出它們被應(yīng)用的廣泛程度, 基本符合媒體宣傳頻度和受影響大眾的直觀印象?？陀^地看, UAS由于其獨(dú)特的優(yōu)勢, 是各軍種都需要的裝備, 所以唱主角是必然的; UUS的用戶基本上限于海軍, 應(yīng)用面相對有限; UGS雖然應(yīng)用廣泛、需求量大, 但由于面臨非常復(fù)雜的作戰(zhàn)環(huán)境, 目前的技術(shù)尚不足以突破其一些關(guān)鍵障礙, 所以在很大程度上抑制了實際應(yīng)用和投資。

2) UAS的研發(fā)、采購、使用維護(hù)費(fèi)比例為1 : 1.4 : 0.8, 而UUS的比例為1 : 2 : 2.6。這從一定程度上反映出UUS技術(shù)和環(huán)境復(fù)雜, 從而導(dǎo)致采購成本和使用成本較高。

表5 DoD無人系統(tǒng)2014~2018年經(jīng)費(fèi)預(yù)算(百萬美元)

注: 表中經(jīng)費(fèi)數(shù)據(jù)摘自文獻(xiàn)[4]中的Table 1. DoD Unmanned Systems Funding ($ mil/PB14))

4.3 美國前期的主要軍用UUV項目

2007版和2009版路線圖的附錄中給出了無人系統(tǒng)產(chǎn)品和項目清單, 有些已被軍方批量訂購, 有些已有隨時可用的樣機(jī), 還有些則處于開發(fā)和試驗階段。實際上美國有潛在軍事用途的UxVs產(chǎn)品和項目遠(yuǎn)多于此清單中的項目, 而在路線圖中出現(xiàn)的系統(tǒng)顯然是被DoD認(rèn)可的、有采購意向的項目。表6給出了路線圖中所列的UUV項目[1-2]。

表6 主要UUV項目(截至2009年)

這些項目分為2大類: 計劃項目(POR)和非計劃項目(NPOR)。POR估計應(yīng)是列入政府投資名錄的項目; NPOR則應(yīng)是開發(fā)商自行投資開發(fā)、但得到DoD認(rèn)可的項目, 一旦形成產(chǎn)品并滿足用戶要求, 政府會直接采購。由表6可見, 真正由政府投資的項目并不多, 絕大多數(shù)是開發(fā)商自研項目, 這體現(xiàn)出美軍近十多年來利用市場經(jīng)濟(jì)而采取的“精明采辦”策略。另一方面注意到, 目前已采購或研制中的大多數(shù)是“非主戰(zhàn)型UUVs”, 它們執(zhí)行的是一些相對簡單的“反應(yīng)性”任務(wù), 這些UUVs相對較小、功能單一、技術(shù)門檻較低, 是軍民兩用產(chǎn)品的典型代表, 更適合于商業(yè)開發(fā)。

表6中SMCM UUV指的是一類水面艦艇用反水雷UUV, 1、2、3型之間是替代關(guān)系, 后者取代前者, SMCM UUV-3是LCS的MCM任務(wù)包中的裝備。

根據(jù)2011版路線圖中的定義,[3]。根據(jù)2007版路線圖, 美軍當(dāng)時依據(jù)用途和尺度將USV劃分為4級: 艦隊級(11 m級)、通氣管級(7 m級)、港口級(7 m級)、X級(3 m級)(當(dāng)時尚未考慮“海上獵人”這類超大型USV)。半潛式(semi-submersible)USV同時兼有UUV和USV的特征, 其分類一度引起業(yè)內(nèi)困擾。盡管美軍將“著名的”AN/WLD-1型半潛式航行器模糊地稱之為“遙控多任務(wù)航行器(RMMV)”, 但根據(jù)上述USV定義, 應(yīng)將其劃為通氣管級(snorkeler class) USV。之所以將其稱為“多任務(wù)”而不是“反水雷”航行器, 是因為AN/WLD-1同時也承擔(dān)水面艦艇及其編隊對潛通信任務(wù)。

4.4 無人系統(tǒng)采辦策略

除滿足一般的裝備采辦原則外, DoD在無人系統(tǒng)采辦方面采取了一些有針對性的策略。

1) 將互操作性和開放式平臺作為無人系統(tǒng)采辦的重要目標(biāo)

路線圖明確指出, 經(jīng)濟(jì)可承受是對無人系統(tǒng)的基本要求。DoD認(rèn)識到, 雖然必須繼續(xù)支持多種任務(wù)和能力, 但由于日益嚴(yán)峻的財政環(huán)境, 必須將重點(diǎn)放在采購可聯(lián)合使用及可互操作的平臺、系統(tǒng)、軟件、架構(gòu)、載荷和傳感器上。一線指揮官使用無人系統(tǒng)的風(fēng)險承受能力主要取決于無人系統(tǒng)的成本, 為了使無人系統(tǒng)成為可消耗的武器(這通常是建造無人系統(tǒng)的目的), 航行器必須低成本。采購具有共核指揮控制系統(tǒng)(core C2)的通用平臺極為重要, 因為它將產(chǎn)生巨大的聚集效益(collective benifits): 降低訓(xùn)練成本, 簡化供應(yīng)鏈, 提高可用性, 通過利用規(guī)模效益和軟件/技術(shù)的可重用性來形成高效費(fèi)比的采購渠道[3]。

美國OSD將開放式結(jié)構(gòu)(OA)定義為一個多元(multifaceted)戰(zhàn)略, 它為開發(fā)聯(lián)合互操作系統(tǒng)提供一個框架(framework)。這一框架包含一套原則、流程和最佳實踐[3]: 為競爭和創(chuàng)新提供更多的機(jī)會; 快速部署經(jīng)濟(jì)上可承受、可互操作的系統(tǒng); 降低總成本; 優(yōu)化全系統(tǒng)性能; 生產(chǎn)的系統(tǒng)易于開發(fā)和升級; 實現(xiàn)軟件構(gòu)件(component)可重用?？梢? 這實際上是DoD確定的無人系統(tǒng)采辦原則和目標(biāo)。

互操作性通過采購?fù)ㄓ媒M件、系統(tǒng)、軟件以及建立符合共同標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)來實現(xiàn)[1]。DoD在2011版路線圖中明確指出: “我們不能再采購無互操作能力的、獨(dú)立的、專用的無人系統(tǒng)。作戰(zhàn)空間的界線日趨模糊, 共享信息、傳感器、載荷和平臺的需求真實存在。財政戰(zhàn)場界限也越來越模糊, 供應(yīng)商必須轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略, 堅持向標(biāo)準(zhǔn)、OA、重用軟件、開發(fā)健壯的資源庫方向努力。DoD的目標(biāo)是向戰(zhàn)士提供更強(qiáng)大的無人系統(tǒng), 而互操作性最終將能在快速實現(xiàn)創(chuàng)新系統(tǒng)能力集成方面發(fā)揮巨大作用”[3]。最新采辦制度(DoDD 5000.1)中的條文規(guī)定, 應(yīng)采辦可互操作的系統(tǒng)和系統(tǒng)族(FoSs)[4]。

2) 以商用技術(shù)推動無人系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展

20世紀(jì)80年代以前, 美國聯(lián)邦政府(主要是DoD)是新技術(shù)開發(fā)的主要投資方, 80年代后, 工業(yè)界開始占據(jù)主導(dǎo)地位。目前, 美國70%的研發(fā)項目都是由工業(yè)界投資的。1995 年以前, 美國政府的研發(fā)投資一直以國防研發(fā)投資為主, 但此后非國防支出占居了主導(dǎo)地位。這種變化產(chǎn)生的影響是, 軍用無人技術(shù)的發(fā)展將日益受到商用技術(shù)(COTS)而不是國防專項研究的推動, 這一趨勢將迫使軍用無人技術(shù)的性能順應(yīng)商用技術(shù)的發(fā)展[1]。

3) 重視建立無人系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)

無人系統(tǒng)采辦的一項基本要求是: 打破“煙囪式”結(jié)構(gòu), 采用開放式結(jié)構(gòu)和接口。這需要建立標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范, 實現(xiàn)有效載荷、控制系統(tǒng), 視頻/音頻接口, 數(shù)據(jù)和通信鏈路的模塊化、通用化和互換性。標(biāo)準(zhǔn)化將提高產(chǎn)品競爭力, 降低生命周期成本, 提高無人系統(tǒng)能力, 實現(xiàn)戰(zhàn)場上的互操作性[3]。因此, 建立無人系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是一項十分重要的工作。

美海軍近海和水雷戰(zhàn)項目執(zhí)行官(PEO(LMW))于2005年在UUVs、USVs和UGVs上正式采用了無人系統(tǒng)聯(lián)合架構(gòu)(JAUS)報文格式與數(shù)據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。通過與機(jī)動車輛工程協(xié)會AS-4無人系統(tǒng)委員會協(xié)作, 美海軍水下戰(zhàn)中心(NUWC)已將無人系統(tǒng)接口體系標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到所有UMSs。NUWC發(fā)現(xiàn), 僅有21%的UMS的報文格式與JAUS報文格式直接兼容(2007年前), 大部分USM都需要采用新的報文格式。這可能是因為最初的JAUS標(biāo)準(zhǔn)是針對2D空間中的UGVs開發(fā)的, 而USMs是在3D空間中作戰(zhàn)。因此需要針對UMSs開發(fā)新的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容[1-2]。

4) 改進(jìn)無人系統(tǒng)采辦程序和理念

正如表6中所示, 與大型和主戰(zhàn)裝備不同, 大多數(shù)中小型無人系統(tǒng)是廠商自行投資開發(fā)的非計劃項目, 當(dāng)達(dá)到一定技術(shù)成熟度后, 有些項目會過渡為正式采辦項目。DoD意識到, 應(yīng)克服傳統(tǒng)裝備采辦程序的弊病, 簡化無人系統(tǒng)采辦過程, 適時納入快速采購框架, 以提高效率。實際上, 在阿富汗戰(zhàn)爭等行動中, 美軍正是這樣做的, 通過聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求(JUON)過程, 迅速采購一些UAV和UGV樣機(jī), 直接投入戰(zhàn)場, 以滿足短期急需, 并在實戰(zhàn)中完成測試和評估。一些無人系統(tǒng)在尚未完全具備生產(chǎn)條件、尚未制訂出完善的訓(xùn)練計劃的條件下就被投入使用; 有時為了滿足作戰(zhàn)急需, 快速開發(fā)了一些裝備量很小的系統(tǒng)。由于這些系統(tǒng)沒有經(jīng)過正常采辦過程中的嚴(yán)格審查、試驗和批量試用, 在互操作性、長期經(jīng)濟(jì)可承受性等方面存在潛在風(fēng)險, 為此需要有針對性地設(shè)計合理的采辦程序, 在提高采辦效率的同時保證裝備性能和質(zhì)量[3]。

由于無人系統(tǒng)已經(jīng)證明了其在戰(zhàn)場上的價值, DoD在預(yù)算中開始向它分配了越來越多的份額, 用以研制和采購這些系統(tǒng)。無人系統(tǒng)正從少數(shù)創(chuàng)新型實驗系統(tǒng)向規(guī)范的研發(fā)項目過渡[4]。

在DoD強(qiáng)調(diào)無人系統(tǒng)的研制要逐漸走向規(guī)范化的同時, DSB則是向DoD建議, 對于無人系統(tǒng)應(yīng)視情采用更靈活的辦法, 改革傳統(tǒng)的采辦程序, 以提高總體軍事和經(jīng)濟(jì)效益, 尤其對USW領(lǐng)域的無人裝備更應(yīng)這樣。DSB的主要思路和觀點(diǎn)如下[7]。

a. 應(yīng)創(chuàng)新性地利用UUS來增強(qiáng)并提供新型USW能力

DSB認(rèn)為, 隨著時間的推移, 美國在USW能力方面的優(yōu)勢將面臨風(fēng)險, 而UUS是彌補(bǔ)現(xiàn)有能力差距和保持水下優(yōu)勢的重要手段, 特別是由于缺乏有效手段而難以執(zhí)行的許多重要任務(wù), 可由UUS來完成, 其中的關(guān)鍵是設(shè)計并開發(fā)價格低廉、能夠大量采購的無人系統(tǒng)。事實上, 水下戰(zhàn)場是最能體現(xiàn)“數(shù)量即質(zhì)量”(quantity has a quality all its own)這一觀念的地方[7]。大量的低成本系統(tǒng)將給對手出一個很大的難題, 迫使對手要耗費(fèi)比美國更多的精力和成本來對付。在使美國水下無人作戰(zhàn)能力得到提升之外, 還可能導(dǎo)致對方陷入軍事和財政困境。

歷史上, 美國海軍在需求方面一直有一種傾向, 就是在需求生成過程中將UUS與有人潛艇同等對待, 期望UUS能執(zhí)行多種復(fù)雜任務(wù)、具有較高的隱身性、續(xù)航力和自主性, 從而導(dǎo)致成本大增。這可能源于“創(chuàng)新者的窘境”(innovator′s dilemma), 即: 美海軍在潛艇技術(shù)和作戰(zhàn)方面的先進(jìn)能力, 使得他們更愿意持續(xù)追求能力更強(qiáng)的系統(tǒng), 而不是在有限的任務(wù)環(huán)境中執(zhí)行有限任務(wù)的、能力稍欠的系統(tǒng)。于是造成了許多UUV項目由于成本增加、技術(shù)制約以及需求變更導(dǎo)致的進(jìn)度延誤等原因而被大量中止, 如MRUUV及LMRS[7]。

過去20年, 由于石油、天然氣和海洋界的探索, 人類在水下的活動大大增加, 這推動了技術(shù)進(jìn)步, 出現(xiàn)了相對低廉的商用UUV。因此DSB認(rèn)為, 可利用商業(yè)開發(fā)能力來發(fā)展低成本UUS, 既能生成新能力, 又能聚焦于一些有限的任務(wù)需求。低成本商用UUV的航程有限, 一般應(yīng)采用接力投送(cascaded delivery)方式, 即用大型系統(tǒng)(包括大型UUV)投送中小型UUV[7]。

DSB的研究表明, 很多任務(wù)可通過快速部署低成本系統(tǒng)來完成, 這些系統(tǒng)既可以是大量采購的基于商用平臺的中小型UUV, 也可以是無需潛艇搭載的大型UUV。而對于大排量UUV(LDUUV)之類的單一主系統(tǒng)(major system), 由于難以大量裝備, 一般不具備足夠的健壯(robust)能力。相反, 多項目組合更適合于滿足不斷變化的任務(wù)需求[7]。美國海軍有幾個實現(xiàn)快速開發(fā)和部署的成功案例, 如: “水下快速能力項目”(URCI)、Mk18 Mod 1 “劍魚” (Swordfish)和Mk18 Mod 2“石首魚”(Kingfish)水雷探測系統(tǒng)、專門處理聲吶信號的“先進(jìn)處理器構(gòu)建/聲學(xué)快速嵌入COTS技術(shù)” (APB/ARCI)項目等[7]。

b. 更新UUS的需求和設(shè)計理念

DSB發(fā)現(xiàn), 由于一些局限性, UUS的技術(shù)選擇受到限制, 這是因為主流UUS的設(shè)計思路深受潛艇影響, 特別是將隱身性作為關(guān)鍵設(shè)計要素。此外, 潛艇基本上是設(shè)計為多任務(wù)和獨(dú)立行動的, 而UUS的認(rèn)知能力和能源有限, 一般只能參與協(xié)同行動, 完成有限的任務(wù)。無人系統(tǒng)通常在大量使用時最為有效, 但目前很多無人系統(tǒng)的設(shè)計過于昂貴, 只能少量采購, 這主要是因為對UUV提出了過多的復(fù)雜任務(wù)要求和自身安全性、隱身性等技術(shù)需求[7]。

解決這一問題的關(guān)鍵是建造并使用低成本、可大量使用的系統(tǒng)。實現(xiàn)低成本的最合理方式是重新考慮一些限制條件, 尤其是隱身和布放方式。與昂貴的有人平臺相比, 隱身性對于低成本無人系統(tǒng)并非那么關(guān)鍵。由于無需用艇員的生命為代價, 低成本無人系統(tǒng)的有限損失可以接受?？赏ㄟ^數(shù)量規(guī)模來提供冗余能力, 保持作戰(zhàn)效果[7]。

UUS的設(shè)計從開始就應(yīng)是某個合作系統(tǒng)(co- llaborative systems)的一部分, 該合作系統(tǒng)能通過專業(yè)化來降低成本。例如, 一大群UUV中的有限子集可以為其他UUV提供外部導(dǎo)航支援, 從而消除了為每個UUV配置高端導(dǎo)航組件的需求。同樣, 高密度能源、數(shù)據(jù)處理和通信服務(wù)也可集中在少數(shù)幾個節(jié)點(diǎn)上, 與群中其他節(jié)點(diǎn)共享信息, 以大大降低全系統(tǒng)成本[7]。

據(jù)此, DSB建議對水下系統(tǒng)項目采用成組實施的策略, 即將若干不同的UUS項目組合為一個大項目進(jìn)行研發(fā), 各自具有不同的能力、可完成不同任務(wù)的UUSs通過合作, 共同完成復(fù)雜的作戰(zhàn)任務(wù)。這種方式提高了任務(wù)和使用的靈活性。項目群中應(yīng)至少包括一個可快速部署、嵌入了創(chuàng)新概念、并可持續(xù)升級的UUS項目, 該項目應(yīng)采用商用UUVs、已經(jīng)過驗證的最佳傳感器組合和載荷以及其他相關(guān)子系統(tǒng)技術(shù)。對于這類壽命較短且可被大量一次性消耗的系統(tǒng), 應(yīng)簡化T&E和后勤保障需求。

c. 對UUS應(yīng)采用新的采辦程序和方法

DSB認(rèn)為, DoD目前用于采購潛艇、水面艦艇和飛機(jī)等昂貴平臺的 “以平臺為中心的結(jié)構(gòu)化采辦程序”不太適合于UUS。這些程序過于緩慢和繁瑣, 不適合于采購量大且作戰(zhàn)壽命有限的低成本系統(tǒng)。過去曾有一些項目被中途取消, 如近期水雷偵察系統(tǒng)(NMRS)、LMRS、533 mm MRUUV項目等。經(jīng)驗表明, 當(dāng)某一時期只有1個無人系統(tǒng)項目在實施時, 需求就會不斷增加, 系統(tǒng)最終被賦予過多的復(fù)雜任務(wù), 結(jié)果是研發(fā)成本和采購單價劇增、進(jìn)度推遲, 最終導(dǎo)致項目被取消[7]。

DSB擔(dān)心LDUUV項目可能會走上前期UUV計劃的老路, 因遇到一些采辦難題而最終被取消。盡管LDUUV的需求迫切, 但其投送系統(tǒng)的預(yù)計造價很高, 很可能只能少量生產(chǎn), 實驗量和任務(wù)規(guī)模將大大受限。DSB建議根據(jù)水下系統(tǒng)組合戰(zhàn)略以及前期UUV項目中遇到的困難和教訓(xùn), 對LDUUV項目進(jìn)行重新評估。潛在替代方案是, 基于URCI和APB/ARCI項目的原理, 利用低成本COTS平臺搭配商用和軍用載荷, 以滿足增加實驗、支持大量任務(wù)的需求, 推動部隊用戶更深入地理解和評價UUS及相關(guān)技術(shù)的可用程度。DSB認(rèn)為, LDUUV項目并未充分利用美海軍“海上開放式結(jié)構(gòu)自主性”(MOSS)等前期研究成果。而DoD強(qiáng)調(diào), 政府應(yīng)充分利用政府所有的開放式結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢, 組織較為廣泛的自主性技術(shù)開發(fā), 避免受制于某些特定供應(yīng)商[7]。

5) 改進(jìn)實驗和試驗方法和手段

美國無人系統(tǒng)路線圖和相關(guān)研究報告在不同場合分別敘述了UUS的實驗和試驗問題。

“實驗”(experiment)與“試驗”(test)是2類目的不同的科學(xué)活動。實驗是“為了檢驗?zāi)撤N科學(xué)理論或假設(shè)而進(jìn)行某種操作或從事某種活動”; 試驗是“為了察看某事的結(jié)果或某物的性能而從事某種活動”。一般而言, 實驗是一種探索性活動, 用來證明理論或發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、推導(dǎo)新結(jié)論; 而試驗是一種檢測性活動, 用來檢測正常或臨界運(yùn)行過程及結(jié)果, 如工業(yè)產(chǎn)品的各種試驗。從某種角度看, 實驗是評估系統(tǒng)對某些事物的影響, 而試驗(測試)是評估系統(tǒng)自身的特性。DoD路線圖中討論的是無人系統(tǒng)的T&E問題, 而DSB《下一代UUS》研究報告中討論的主要是一些新概念UUV的實驗問題。然而值得指出的是, 實驗和試驗的界限有時并不十分清晰, 現(xiàn)在針對一些新概念裝備的測試活動往往同時兼有實驗和試驗的性質(zhì), 如美軍“登陸連接器” (UHAC)和“機(jī)器驢”項目的作戰(zhàn)實驗。為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)、迅速形成部署能力, 將實驗和試驗活動合并進(jìn)行近年來也是常見做法, 《下一代UUS》中所提及的“實驗”顯然也包含試驗的性質(zhì)。文中將尊重原文的表述, 在不同地方分別使用“實驗”(experiment)與“試驗”(test)術(shù)語, 讀者可根據(jù)上下文理解其各自表達(dá)的實際含義。

DSB在《下一代UUS》報告中建議, 美海軍水下戰(zhàn)部門應(yīng)與有關(guān)方面通力合作, 構(gòu)建一個面向任務(wù)改革和實驗的體系框架。為此, 應(yīng)確定一系列任務(wù), 形成一個旨在驅(qū)動創(chuàng)新的實驗計劃。DSB認(rèn)為[7]:

1) 在定義階段, 應(yīng)為每一概念設(shè)定一個明確、不可變通(non-tradable)的成本目標(biāo), 這對于確保大量采購低成本系統(tǒng)非常重要;

2) 水下試驗場應(yīng)擴(kuò)展其能力, 更多地通過M&S來支持多天、多航行器的實驗;

3) 應(yīng)將不同項目組合在一起進(jìn)行實驗, 以減少重復(fù)。例如, 如果幾個系統(tǒng)概念有類似的部署策略, 其部署能力可能只需演示驗證一次即可, 更簡單的部署活動可用于其他試驗, 以節(jié)約成本; 再如, 若要對多個系統(tǒng)概念共用的商用平臺進(jìn)行改造, 例如采用柴-電動力以提高續(xù)航力, 則只需在一個項目中進(jìn)行改進(jìn)即可。通過分享所有實驗的經(jīng)驗和教訓(xùn), 將會加速低成本UUS的研發(fā)。

DSB認(rèn)為, DoD應(yīng)加大對UUS實驗項目的投資, 推動作戰(zhàn)型UUS概念的開發(fā)和驗證。為確保實驗項目成功, 并確保項目能迅速形成作戰(zhàn)能力, 每個實驗項目應(yīng)[7]:

1) 清晰地闡明要探索的問題, 包括其軍事價值;

2) 采購商用平臺和經(jīng)過驗證的載荷, 迅速下水實驗;

3) 每項實驗的周期限制在2年以內(nèi);

4) 如果實驗結(jié)果演示和驗證了軍事效用, 要確立一個無縫的部署計劃, 初期可將實驗剩余的設(shè)備作為裝備部署使用。

從內(nèi)容表述上, 這類實驗更像是一類旨在快速部署的演示驗證試驗, 一旦實驗(試驗)成功, 就可直接部署。

DoD路線圖指出, 許多無人系統(tǒng)往往在未經(jīng)研制試驗和作戰(zhàn)試驗全面檢驗的情況下就被倉促投入戰(zhàn)場, 盡管當(dāng)時看似合理, 但當(dāng)系統(tǒng)缺陷在戰(zhàn)場上暴露后, 又不得不回過頭來查找并解決問題, 導(dǎo)致采辦成本和后勤負(fù)擔(dān)增大[2]。

與水中兵器類似, UUV的試驗測試大多集中在水下試驗與鑒定靶場進(jìn)行。多數(shù)UUVs的試驗與評估工作應(yīng)在傳統(tǒng)的水下跟蹤靶場完成, 因為這些靶場可進(jìn)行準(zhǔn)確的跟蹤、模擬/激勵、環(huán)境測量, 一些靶場還可提供水文環(huán)境較惡劣的海區(qū), 以滿足UUVs邊界測試與評估的要求[4]。

隨著無人系統(tǒng)能力的不斷提高, 對試驗與評估能力也提出了越來越高的要求。由于工作在水下特殊環(huán)境下, UUV的試驗難度比其他無人系統(tǒng)大的多。UUV的航程不斷增加、自主性持續(xù)提高, 逐漸超出了傳統(tǒng)水下靶場的跟蹤范圍和測試包絡(luò), 在今后的試驗設(shè)施建設(shè)中, 重點(diǎn)是提高跟蹤能力, 并在UUV上采用降低損失風(fēng)險的技術(shù)措施。同時, 需要開發(fā)新的方法來測試自主功能, 即在開發(fā)UMS自主算法的同時, 也應(yīng)同步開發(fā)與之相適應(yīng)的試驗與評估方法[3]。

總體而言, 無人系統(tǒng)的試驗是一項困難且耗費(fèi)很大的工作, 需要盡早開發(fā)新的試驗與評估方法。目前美海軍已制定USV試驗指南, 并擬制了USV認(rèn)證方法[4]。

(待 續(xù))

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(責(zé)任編輯: 陳 曦)

附錄

中英文縮略語對照表

英文縮寫英文全稱中文全稱英文縮寫英文全稱中文全稱 A2/ADanti-access/area denial反介入/區(qū)域拒止HVThigh value target高價值目標(biāo) APB/ARCIadvanced processing build/ acoustic rapid COTS insertion先進(jìn)處理器構(gòu)建/聲學(xué)快速嵌入COTS技術(shù)HWVheavy weight vehicle重型航行器 ASUWanti-surface warfare反水面戰(zhàn)I&Windication and warning指示與報警 ASWanti-submarine warfare反潛戰(zhàn)IPLintegrated priorities list需求優(yōu)先級清單 AUVautonomous undersea vehicle自主水下航行器IPOEinitial preparation of environment初始環(huán)境準(zhǔn)備 BAMSbroad area marine surveillance廣域海上監(jiān)視ISRintelligence, surveillance and reconnaissance情報、監(jiān)視與偵察 BLOSbeyond line of sight超視距JAUSjoint architecture unmanned systems無人系統(tǒng)聯(lián)合架構(gòu) BPAUVbattlefield preparation AUV戰(zhàn)場準(zhǔn)備AUVJCAjoint capability area聯(lián)合能力領(lǐng)域 C2command and control指揮、控制JPjoint publication聯(lián)合出版物 C3command, control and co- mmunications指揮、控制和通信JSjoint staff聯(lián)合參謀部 CBRNEchemical, biological, radiological, nuclear and explosives核生化、輻射和爆炸物JUONjoint urgent operational needs聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求 CN3communication navigationne-twork node通信/導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)LBS-AUVlittoral battlespace sensing AUV淺海戰(zhàn)場感知AUV COCOMcombatant commander作戰(zhàn)指揮官LCSlittoral combat ship瀕海戰(zhàn)斗艦 CONOPconcept of operation作戰(zhàn)概念LDUUVlarge displacement UUV大排量UUV COTScommercial off-the-shelf商用技術(shù)LMRSlong-term mine reconnaissance system遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng) DDSdry deck shelter干式甲板塢艙LWVlight weight vehicle輕型航行器 DoDdepartment of defense美國國防部M&Smodeling and simulation建模與仿真 DSBdefense science board國防科學(xué)委員會MCMmine countermeasures反水雷 EMMWelectromagnetic maneuver warfare電磁機(jī)動戰(zhàn)MOSSmaritime open architecture autonomy海上開放式結(jié)構(gòu)自主性 EMelectromagnetic電磁MRUUVmission reconfigurable任務(wù)重組UUV FoSsfamily of systems系統(tǒng)族MUMmanned and unmanned有人-無人

續(xù)表

英文縮寫英文全稱中文全稱英文縮寫英文全稱中文全稱 NMRSnear-term mine reconnaissance system近期水雷偵察系統(tǒng)T&Etest & evaluation試驗與評估 NPORnon-program of record非計劃項目TCPEDtasking, collection, proce- ssing, exploitation and dissemination下達(dá)、收集、處理、利用與分發(fā) LMRSlong-term mine reconnaissance system遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)UASunmanned aircraft system無人機(jī)系統(tǒng) NSWnaval special warfare海軍特種戰(zhàn)UAVunmanned aircraft vehicle無人機(jī) NUWCnaval undersea warfare center海軍水下戰(zhàn)中心UGSunmanned ground system地面無人系統(tǒng) OAopen architecture開放式結(jié)構(gòu)UGVunmanned ground vehicle無人地面車輛 OCOoverseas contingency ope- rations海外應(yīng)急作戰(zhàn)UHACultra heavy-lift amphibious connector登陸連接器 OCUoperator control unit操作員控制單元UMSunmanned maritime system海上無人系統(tǒng) OMoperation and maintenan- ce使用與維護(hù)UMVunmanned maritime vehicle無人海上航行器 OSDoffice of the secretary of defense國防部長辦公室UONurgent operational need緊急(應(yīng)急)作戰(zhàn)需求 PEO(LMW)program executive office for littoral and mine warfare近海和水雷戰(zhàn)項目執(zhí)行官URCIundersea rapid capability ini- tiative水下快速能力項目 PORprogram of record計劃項目USD(AT&L)under secretary of defense for acquisition, technology and logistics負(fù)責(zé)采辦、技術(shù)與后勤的副部長 RAMreliability, availability and maintainability可靠性、可用性和可維修性USNUnited States Navy美國海軍 RDTEresearch, development, testing and evaluation研究、開發(fā)、試驗與評估USVunmanned surface vehicle無人水面艇 RHIBrigid hull inflatable boat剛性充氣艇USWundersea warfare水下戰(zhàn) RMMVremote multi-mission vehicle遙控多任務(wù)航行器UUSunmanned undersea system水下無人系統(tǒng) ROVremotely operated vehicle遙控水下航行器UUVunmanned undersea vehicle無人水下航行器 SOFspecial operations forces特種戰(zhàn)部隊VPMVirginia payload module“弗吉尼亞”載荷模塊 SWaP-Csize, weight, power and cooling尺寸、重量、功率和冷卻VPTVirginia payload tube“弗吉尼亞”載荷管

Development Trend of Military UUV(Ⅰ):A Review of U.S. Military Unmanned System Development Plan

QIAN Dong1, ZHAO Jiang1, YANG Yun2

(1. Naval Armament Academy, Beijing 100161, China; 2. The 705 Research Institute, China Shipbuilding Corporation, Xi′an 710077, China)

TheDepartment of Defense(DoD) of the United States had published four editions of Unmanned Systems Integrated Roadmap during 2007~2013 to present the integrated development strategy and plan of unmanned aircraft systems(UASs), unmanned maritime systems(UMSs), and unmanned ground systems(UGSs) for future 25 years with emphases on the cross-domain cooperative combat capability of various unmanned systems and the common technologies. Subsequently, some DoD organizations and military services released a series of research reports on unmanned systems. In 2016, U.S. Navy submitted the report Autonomous Undersea Vehicles Requirement for 2025 to the congress, in which some new concepts, such as Seabed Warfare and Counter-AUV Warfare, were proposed. The Defense Science Board(DSB) provided detailed recommendations in its study report Autonomy for accelerating adoption of autonomous technology. A DSB task force suggested in its report Next-Generation Unmanned Undersea Systems that the low-cost unmanned undersea systems which could be deployed in large numbers should be greatly developed to maintain and enhance the American undersea advantage. This paper reviews the above reports, introduces the new classification method for UUVs and the change of UUV mission requirement of U.S. Navy, and describes in detail some critical technology domains of UUV, such as interoperability, autonomy, communication, advanced navigation, manned-unmanned (MUM) teaming, persistent resilience, and weaponry. The issues about logistics and sustainment of UUV, training, and force structure are discussed. Development trend of UUVs is outlined. And some viewpoints on UUV development are described. As a result, suggestions are offered that the concepts of operation and development of UUV should be explored; the most important aspects of UUV development and employment should be taken as system of systems (SoS) based on operation, low cost, interoperatability and modularity, etc.; top organization for governing all unmanned systems should be established; new acquisition procedure of UUV in civil and military integration mode, as well as new sustainment mode and strategy, should be explored; and UUV concept of employment should be investigated simultaneously with the development of UUV technologies.

unmanned system; unmanned undersea vehicle (UUV); mission requirement; weapon acquisition; interoperability; autonomy

E925.2; TP242.6

A

2096-3920(2017)01-0001-30

10.11993/j.issn.2096-3920.2017.01.001

2017-02-10;

2017-04-10.

錢 東(1958-), 男, 碩士, 高級工程師, 長期從事魚雷武器系統(tǒng)總體技術(shù)研究.

【編者按】現(xiàn)階段無人系統(tǒng)在軍事領(lǐng)域的應(yīng)用呈高速發(fā)展趨勢, 各軍事強(qiáng)國紛紛投入大量精力進(jìn)行無人系統(tǒng)研究, 研究成果層出不窮。其中, 美國憑借其國力與技術(shù)優(yōu)勢, 在無人系統(tǒng)方面的發(fā)展計劃無疑最有借鑒價值。近十年來, 美國相關(guān)軍事部門接連研究并發(fā)布了一系列具有軍種特色的無人系統(tǒng)報告, 足見其對無人系統(tǒng)軍事應(yīng)用的重視程度。同時, 隨著美軍對無人系統(tǒng)的發(fā)展觀念不斷更新, 軍民融合的理念也隨之提出并逐漸受到重視。本文作者站在軍方的視角, 綜合了美國國防部(DoD)于2007~2013年間發(fā)布的一系列《無人系統(tǒng)(一體化)路線圖》, 以及美國其他相關(guān)軍事部門2016年最新發(fā)布的水下無人系統(tǒng)相關(guān)重要報告, 對美國無人系統(tǒng)的發(fā)展趨勢和思路進(jìn)行了解讀和剖析, 以期尋求出一條適合我國具體國情的軍用無人系統(tǒng)發(fā)展之路, 提高我國無人系統(tǒng)技術(shù)總體水平。目前公開發(fā)表的解讀美國無人系統(tǒng)路線圖的文章有很多, 但大多數(shù)文章僅針對其中的某一技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行總結(jié)和評述。如本文這般全面、深入、詳細(xì)的解讀, 同時又加入了無人系統(tǒng)其他重要報告一并歸納分析尚不多見。同時, 由于該領(lǐng)域在學(xué)術(shù)概念方面一直沒有系統(tǒng)權(quán)威的規(guī)范, 導(dǎo)致很多專有名詞定義模糊、使用混亂, 本文在全方位解讀美國相關(guān)無人系統(tǒng)報告的同時, 對所涉及到的專有術(shù)語進(jìn)行了詳細(xì)詮釋。由于此文篇幅較長, 我刊將分期刊載, 本期主要內(nèi)容包括: DoD無人系統(tǒng)路線圖及其他相關(guān)報告概述、UUV的任務(wù)與能力需求、美無人系統(tǒng)采辦現(xiàn)狀及采辦策略; 下期內(nèi)容將主要集中在軍方關(guān)心的關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域、UUV在部隊使用中面臨的問題、推動UUV發(fā)展的新興技術(shù)以及對于UUV發(fā)展的展望和啟示。

[引用格式] 錢東, 趙江, 楊蕓. 軍用UUV發(fā)展方向與趨勢(上)——美軍用無人系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃分析解讀[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報, 2017, 25(1): 1-30.