未來作戰(zhàn)艦船發(fā)展設(shè)想

徐 海，梁延峰，劉明輝

(中國電子科學(xué)研究院，北京 100041)

0 引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各個領(lǐng)域的新興技術(shù)被廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域。從新材料的發(fā)明使用到新概念的應(yīng)用實現(xiàn)，從通信技術(shù)的日益成熟到人工智能的迅速崛起，從計算能力的不斷加強(qiáng)到賽博空間的不斷拓展，科技的發(fā)展使未來戰(zhàn)爭的形態(tài)也發(fā)生了根本性的變化。未來戰(zhàn)爭將從平臺對抗轉(zhuǎn)變?yōu)轶w系對抗，從有人作戰(zhàn)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o人作戰(zhàn)，從火力打擊轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔鹆Υ驌?。這些改變也對武器裝備的發(fā)展提出了新的要求[1]。

作為海上作戰(zhàn)的主要力量，作戰(zhàn)艦艇需要面對未來海上網(wǎng)絡(luò)化、智能化和無人化的作戰(zhàn)環(huán)境。未來作戰(zhàn)艦艇將采用先進(jìn)設(shè)計理念，融合多領(lǐng)域新興技術(shù)，在網(wǎng)絡(luò)信息體系的支撐下，在提高平臺自身能力的同時，通過搭載多種無人裝備增強(qiáng)信息的獲取能力，通過應(yīng)用智能算法增強(qiáng)信息的分析處理能力，通過新概念武器增強(qiáng)打擊與支援能力，與整個網(wǎng)絡(luò)信息體系協(xié)同作戰(zhàn)，實現(xiàn)更加透徹的感知、更加智能的指揮和更加高效的打擊[2-3]。

1 未來作戰(zhàn)艦船設(shè)計理念

作戰(zhàn)艦船的設(shè)計隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及戰(zhàn)爭形態(tài)的變化而改變。隨著科技發(fā)展和戰(zhàn)爭形態(tài)的變化越來越快，作戰(zhàn)艦船的更新?lián)Q代也越來越快。從20世紀(jì)60年代21世紀(jì)初，美國已經(jīng)設(shè)計生產(chǎn)了16種型號的驅(qū)逐艦，通過不斷更新升級任務(wù)載荷提高預(yù)警探測能力和防空反導(dǎo)能力，投入了大量的人力、物力和財力，也在一定程度上造成了巨大的浪費(fèi)。造成這一現(xiàn)象的主要原因是艦船在最初設(shè)計時就固定了使命任務(wù)，任務(wù)載荷與平臺采用緊耦合的方式，因此整體架構(gòu)難以改變，能力升級空間有限，難以適應(yīng)快速變化的作戰(zhàn)環(huán)境和戰(zhàn)爭形態(tài)[4]。

為了使作戰(zhàn)艦艇的能力升級更加靈活，快速適應(yīng)新的戰(zhàn)場變化，要從設(shè)計理念上進(jìn)行轉(zhuǎn)變。

(1)從基于平臺到基于能力的轉(zhuǎn)變。未來戰(zhàn)爭勢必是體系的對抗，作戰(zhàn)艦船的設(shè)計要更加注重于信息體系相融合。設(shè)計的核心思想是以能力建設(shè)為中心，依托網(wǎng)絡(luò)信息體系全面提升探測能力、指揮能力和打擊能力，同時發(fā)揮自身特點(diǎn)為體系作戰(zhàn)提供支撐。

(2)從有人操控到無人自主的轉(zhuǎn)變。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，無人自主將成為未來裝備發(fā)展的必然趨勢。未來作戰(zhàn)艦艇的任務(wù)系統(tǒng)將全面實現(xiàn)無人化自主操作，減少操作人員，可在戰(zhàn)時有效避免人員傷亡。同時還會搭載無人機(jī)、無人艇、無人潛艇等無人裝備，增強(qiáng)全方位探測感知能力和打擊能力。目前美軍的“戰(zhàn)術(shù)偵察節(jié)點(diǎn)(TERN)”計劃的一項重要內(nèi)容就是研制一款長航時艦載無人機(jī)執(zhí)行海上的廣域探測偵察任務(wù)[5]，同時洛克希徳馬丁公司正在為美國海軍設(shè)計水下無人潛艇Orca[6]。

(3)從高度集中到分散集成的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的作戰(zhàn)艦船不斷升級自身的探測和打擊能力，在單一平臺上不斷增加和升級任務(wù)載荷，造成系統(tǒng)復(fù)雜、穩(wěn)定性不佳等問題。而且在體系對抗的戰(zhàn)爭環(huán)境下，單一平臺不可能具備與對手體系對抗的能力。因此要從體系的角度設(shè)計艦船，利用協(xié)同作戰(zhàn)發(fā)揮每一艘作戰(zhàn)艦船的特點(diǎn)，完成協(xié)同探測和協(xié)同打擊，升級體系對抗能力。美海軍的“分布式殺傷”概念就是依靠體系協(xié)同探測與打擊，實現(xiàn)海上控制范圍近百倍的擴(kuò)大[7]。

(4)從預(yù)先規(guī)劃到按需生成的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)作戰(zhàn)艦船在設(shè)計之初就明確了使命任務(wù)，任務(wù)載荷與平臺緊耦合，因此具備的功能也隨之固定，可執(zhí)行的作戰(zhàn)任務(wù)也有限。在戰(zhàn)爭形態(tài)發(fā)生變化時，這些艦船只能遭到淘汰。未來作戰(zhàn)艦船的任務(wù)載荷與平臺應(yīng)采用松耦合設(shè)計，同時任務(wù)載荷采用模塊化設(shè)計，利于短時間內(nèi)完成任務(wù)載荷的升級和更換，按作戰(zhàn)需求生成相應(yīng)的作戰(zhàn)能力。

(5)從單域行動到跨域聯(lián)合的轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的作戰(zhàn)艦船的作戰(zhàn)域主要在海上，而未來信息化戰(zhàn)爭將打破各軍兵種和各作戰(zhàn)域的界限。未來作戰(zhàn)將不再是單一域的作戰(zhàn)，而是橫跨多域的聯(lián)合作戰(zhàn)。因此，未來作戰(zhàn)艦艇要具備全域作戰(zhàn)的能力。

(6)從信息數(shù)量到信息質(zhì)量的轉(zhuǎn)變。在傳統(tǒng)作戰(zhàn)艦船的設(shè)計上主要追求“大而全”，希望盡可能多的獲取信息，但并不注意信息的質(zhì)量，經(jīng)過多源信息的融合處理后，仍然得到準(zhǔn)確的信息。未來作戰(zhàn)艦艇的設(shè)計應(yīng)更加注重信息質(zhì)量，從準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)、可靠傳輸信息、科學(xué)處理數(shù)據(jù)等方面全面提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，利用大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)獲取全面、準(zhǔn)確、直觀、易用的信息。

(7)從賽博防御到賽博應(yīng)變的轉(zhuǎn)變。未來戰(zhàn)爭的打擊方式將由以導(dǎo)彈為代表的火力打擊轉(zhuǎn)變?yōu)橐再惒┪淦鳛榇淼姆腔鹆Υ驌簟Ｓ捎谖磥碜鲬?zhàn)是基于網(wǎng)絡(luò)信息體系的對抗，因此賽博攻防將是未來戰(zhàn)爭中至關(guān)重要的對抗。目前世界各國都已經(jīng)意識到賽博安全的重要性，分別對自身的網(wǎng)絡(luò)信息體系進(jìn)行升級防護(hù)。在未來作戰(zhàn)艦船的設(shè)計中，不僅要考慮全面的賽博防御，還應(yīng)該考慮追蹤溯源、遏制反擊的賽博應(yīng)變系統(tǒng)。

2 未來艦船發(fā)展設(shè)想

2.1 船體設(shè)計

未來作戰(zhàn)艦船在船體結(jié)構(gòu)設(shè)計上應(yīng)綜合考慮艦船的機(jī)動性、穩(wěn)定性、抗毀性和隱身性。在結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用雙體或多體結(jié)構(gòu)，其穿浪性更好、航速更快、橫穩(wěn)性和耐波性強(qiáng)、利于結(jié)構(gòu)隱身設(shè)計，并可以提供更大的甲板面積用于安裝任務(wù)載荷和運(yùn)載無人裝備[8]。在船體材料選擇上，應(yīng)采用強(qiáng)度高、耐腐蝕、重量輕、非磁性的新型建造材料，在保證艦船安全堅固的同時，兼顧材料的隱身性能[9]。

2.2 綜合電力系統(tǒng)

綜合電力系統(tǒng)是目前先進(jìn)的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，其主要特點(diǎn)是由同一電源向推進(jìn)系統(tǒng)及全船所有其他電力負(fù)載供電[10]。對未來作戰(zhàn)艦船而言，綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的最大意義是可以通過動態(tài)分配電力為任務(wù)載荷提供充足能源，為高耗能的新概念武器的上艦提供了保障。

目前激光武器、微波武器、電磁軌道炮等新概念武器已經(jīng)達(dá)到了一定的技術(shù)成熟度，但是距離實戰(zhàn)應(yīng)用還有一定距離，其中主要受限于平臺的能源供給能力(新概念武器的發(fā)展及能源需求如表1所示)。與此同時，隨著技術(shù)的發(fā)展，船上其他電子設(shè)備的用電需求也在不斷增加，目前大型艦載探測雷達(dá)峰值功率需求達(dá)到10 MW。這些能源需求都給艦船的能源系統(tǒng)提出了苛刻的要求。綜合電力推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用解決了能源統(tǒng)一管理、動態(tài)分配的問題，根據(jù)任務(wù)需求動態(tài)調(diào)整能源供給比例，確保各裝備工作時的能源需求，為新概念武器上艦鋪平了道路。

表1 新概念武器的能源需求[11]

2.3 無人裝備體系

隨著無人機(jī)、水面無人艦艇、水下無人潛器的不斷發(fā)展，未來作戰(zhàn)艦船將搭載更多的無人裝備。這些無人裝備將緊密圍繞在作戰(zhàn)艦艇周圍，形成小型的作戰(zhàn)編隊，執(zhí)行偵察監(jiān)視、預(yù)警探測、干擾打擊等多種任務(wù)，在一定程度上具有航母編隊的作戰(zhàn)功效。

(1)艦載無人機(jī)。長期以來固定翼艦載機(jī)的起落對艦船平臺都有較高的要求，只有大型的航母才能運(yùn)載多架固定翼艦載機(jī)，并支持其起飛和降落。相比有人艦載機(jī)，艦載無人機(jī)體積更小，不一定需要大型的運(yùn)載平臺。目前，美國DARPA的TERN計劃正在研究艦載垂直起降無人機(jī)，預(yù)計2018年研制成功。研制成功后將使小型作戰(zhàn)艦船搭載固定翼無人機(jī)成為可能。艦載無人機(jī)可前出進(jìn)行偵察監(jiān)視和預(yù)警探測，有效擴(kuò)大作戰(zhàn)艦船的感知范圍。

(2)小型水面無人艦艇。作戰(zhàn)艦船通過投放小型水面無人艦艇執(zhí)行水面作戰(zhàn)任務(wù)、反潛探測任務(wù)、排雷任務(wù)以及導(dǎo)航和水文地理勘察等任務(wù)。水面無人艇相當(dāng)于以作戰(zhàn)艦船為核心的作戰(zhàn)編隊的“護(hù)衛(wèi)艇”，將提高編隊的水面及水下的防御能力。

(3)小型水下無人潛器。潛艇是重要的戰(zhàn)略性裝備，在海上作戰(zhàn)中起著重要的作用，可以突襲性打擊敵方水面艦艇和實施戰(zhàn)略性導(dǎo)彈打擊。隨著作戰(zhàn)裝備無人自主化的趨勢，潛艇也向著無人化發(fā)展。水下無人潛器能夠單獨(dú)同時執(zhí)行運(yùn)偵察、打擊等多種任務(wù)，補(bǔ)充編隊的水下打擊能力。

作戰(zhàn)艦船上的空間十分寶貴，是限制其搭載無人裝備能力的主要瓶頸。隨著3D打印技術(shù)和工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展成熟，目前已經(jīng)可以利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)無人機(jī)，工業(yè)機(jī)器人也已經(jīng)用于船上。未來作戰(zhàn)艦船可以配備3D打印設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人。在平時可以將用于生產(chǎn)無人裝備的材料分解存放，節(jié)省船上空間。在作戰(zhàn)時，根據(jù)作戰(zhàn)需要可以在短時間內(nèi)利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)無人機(jī)，利用工業(yè)裝配機(jī)器人快速裝配無人裝備，快速按需生成戰(zhàn)斗力。

圖1 利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)的無人機(jī)[12]

2.4 預(yù)警探測

在體系層面，充分發(fā)揮無人裝備機(jī)動靈活優(yōu)勢，投射空中、水面、水下無人裝備，利用協(xié)同探測動態(tài)布設(shè)立體偵察網(wǎng)，根據(jù)威脅改變探測區(qū)域和探測范圍，形成全方位的立體感知能力。在探測技術(shù)方面，升級雷達(dá)、光電、聲吶等傳統(tǒng)探測手段，利用智能化手段提升識別能力，根據(jù)目標(biāo)特性改變探測手段，形成多手段智能化的透徹感知能力。

目前艦載預(yù)警探測系統(tǒng)的發(fā)展趨勢為功能集成化、雷達(dá)數(shù)字化、結(jié)構(gòu)模塊化和天線一體化[13]。未來在不斷發(fā)展這些趨勢基礎(chǔ)上，繼續(xù)提升雷達(dá)波束的指向性、探測距離和抗干擾能力，在復(fù)雜戰(zhàn)場化境下，有效偵察隱身目標(biāo)、低空目標(biāo)和小型目標(biāo)。與此同時，智能化將成為主要技術(shù)趨勢，以認(rèn)知雷達(dá)為代表的預(yù)警探測裝備將整合大數(shù)據(jù)信息，利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，精準(zhǔn)識別目標(biāo)，并針對性的改變探測手段跟蹤目標(biāo)，同時為指揮系統(tǒng)和武器裝備提供指示信息[14]。

2.5 指揮控制

隨著數(shù)字孿生技術(shù)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的產(chǎn)生，未來艦船的指揮控制系統(tǒng)將全面實現(xiàn)數(shù)字化管控和智能化交互。通過數(shù)字孿生技術(shù)，將艦船的各個裝備數(shù)字化建模，實時監(jiān)控各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并以此為基礎(chǔ)構(gòu)建全艦共用計算環(huán)境，統(tǒng)一管控艦上所有載荷裝備，動態(tài)調(diào)整資源，根據(jù)不同任務(wù)調(diào)整全船載荷，實現(xiàn)全船動態(tài)規(guī)劃管理。在執(zhí)行作戰(zhàn)指揮任務(wù)時，可以動態(tài)重構(gòu)指揮架構(gòu)，重新制定指揮流程并設(shè)定指揮權(quán)限，更加靈活的應(yīng)對不同的作戰(zhàn)需求。

圖2 艦船數(shù)字孿生系統(tǒng)[15]

與此同時，智能化將是未來指揮控制系統(tǒng)的主要特征。作為整艘艦船的核心，指揮控制系統(tǒng)將整合處理由各類傳感器和作戰(zhàn)單元收集的戰(zhàn)場態(tài)勢信息，結(jié)合歷史大數(shù)據(jù)，通過人工智能算法推演，形成對戰(zhàn)場態(tài)勢的智能化認(rèn)知能力，實現(xiàn)敵方動向征候預(yù)測、裝備資源靈活調(diào)度、時敏目標(biāo)精準(zhǔn)識別、敵我態(tài)智能認(rèn)知、作戰(zhàn)方案動態(tài)生成，確保最優(yōu)作戰(zhàn)策略。

2.6 新概念打擊

(1)新概念武器。在傳統(tǒng)武器系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，未來艦船必定會配備激光武器、微波武器、電磁軌道炮等新概念武器，可根據(jù)不同的作戰(zhàn)需求制定打擊計劃，提高打擊效率。激光武器、微波武器主要用于近程防空反導(dǎo)，電磁軌道炮可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離火力支援和遠(yuǎn)程打擊[16]。

(2)電磁彈射。由于綜合電力系統(tǒng)的保障，未來作戰(zhàn)艦船將具備電磁彈射能力?？梢愿鶕?jù)作戰(zhàn)任務(wù)需求，將定制組裝生產(chǎn)無人機(jī)、無人水面艦艇等作戰(zhàn)單元，利用電磁彈射技術(shù)投送到制定區(qū)域，快速形成具有針對性的作戰(zhàn)能力。

(3)無人機(jī)蜂群攻擊。利用3D打印和工業(yè)機(jī)器人裝配，可以在短時間能生產(chǎn)多架無人機(jī)，在海上形成無人機(jī)集群并執(zhí)行蜂群攻擊任務(wù)。

3 結(jié) 語

未來信息化戰(zhàn)爭對作戰(zhàn)艦船提出了新的要求，在體系化、無人化、智能化驅(qū)使下，未來作戰(zhàn)艦船要改變設(shè)計理念，將先進(jìn)的船體平臺與能力可變的載荷任務(wù)系統(tǒng)相結(jié)合，按需生成作戰(zhàn)能力，支撐未來體系對抗。將大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)廣泛應(yīng)用到預(yù)警探測系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和打擊系統(tǒng)中，實現(xiàn)更加透徹的感知、更加智能的指揮和更加高效的打擊，應(yīng)對未來信息化戰(zhàn)爭。