無人機(jī)反潛作戰(zhàn)研究

鄧興民 楊 超 魏延萍

（慶安集團(tuán)有限公司，陜西 西安710077）

1 研究背景

在第二次世界大戰(zhàn)中，潛艇已發(fā)展成為種類最多的戰(zhàn)斗艦艇，其足跡幾乎遍及各大洋，共擊沉戰(zhàn)艦和運(yùn)輸船4900 余艘，總噸位達(dá)1469 萬噸，占被擊沉艦船單噸位的68%?？梢哉f潛艇是現(xiàn)代海戰(zhàn)中最重要的武器裝備之一，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。二戰(zhàn)結(jié)束后，潛艇在隱蔽性、機(jī)動(dòng)性、攜載武器和作戰(zhàn)區(qū)域等方面獲得長足進(jìn)步，其攻擊能力變得異常強(qiáng)大，不但對水面艦船和海上交通線，而且對陸上目標(biāo)也構(gòu)成了日益嚴(yán)重的威脅[2]。所以，反潛作戰(zhàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代海洋戰(zhàn)爭中的重要任務(wù)之一，它將直接影響整個(gè)戰(zhàn)爭的進(jìn)程與結(jié)果。世界許多國家都在不斷加強(qiáng)反潛平臺和及反潛武器裝備的建設(shè)，以提高自身反潛能力。

表1 無人機(jī)遂行反潛作戰(zhàn)的能力需求

2 反潛的主要形式及特點(diǎn)

反潛的主要形式分為空中反潛、水面反潛和水下反潛三種形式，其中空中反潛是綜合效能最優(yōu)，反潛能力最強(qiáng)、最核心的力量[2]，本文主要對空中反潛進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

空中反潛目前主要的形式有固定翼反潛巡邏機(jī)和反潛直升機(jī)兩大類。但是隨著無人機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，無人機(jī)反潛作戰(zhàn)應(yīng)用也得到了越來越多國家的重視，通過查閱大量文獻(xiàn)，將固定翼反潛巡邏機(jī)、反潛直升機(jī)和無人機(jī)反潛的能力需求進(jìn)行比較，如表1 所示。

由表1 可見，雖然固定翼反潛巡邏機(jī)擁有活動(dòng)范圍大、飛行速度快、攜帶搜潛設(shè)備和攻潛武器多、搜索面積大、機(jī)動(dòng)性好及響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，但也存在反潛巡邏機(jī)本身防衛(wèi)能力弱、遂行搜潛任務(wù)時(shí)間長、搜潛成功率低、本身造價(jià)昂貴等弱點(diǎn)，所以用造價(jià)相對低廉的無人機(jī)來代替反潛巡邏機(jī)的反潛任務(wù)，特別是在搜潛環(huán)節(jié)就成為很大的可能。[3-4]

目前，在已投入實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用的眾多無人機(jī)中，美制“全球鷹”無人偵察機(jī)的續(xù)航時(shí)間己達(dá)42 小時(shí)。如美制小型無人機(jī)FQM 一151A“短毛獵犬”，造價(jià)僅為5000 美元，加拿大研制的cL 一227“哨兵”無人機(jī)，造價(jià)45000 美元，即使“全球鷹”戰(zhàn)略無人偵察機(jī)的造價(jià)，也僅為1100 萬美元。此外，與有人駕駛飛機(jī)相比，無人機(jī)具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、無人員傷亡和訓(xùn)練維修成本低等獨(dú)特優(yōu)勢。所以本文重點(diǎn)研究并提出基于無人機(jī)反潛的作戰(zhàn)方式，這在反潛領(lǐng)域可能會(huì)帶來最大化的作戰(zhàn)效果。

3 無人機(jī)反潛任務(wù)描述

從表1 可以看出，大多數(shù)無人機(jī)在續(xù)航能力、低空巡航能力等方面能夠滿足能力需求，可靠性和維修性、保障性方面比起有人機(jī)更具有較大的優(yōu)勢。但是無人機(jī)單機(jī)有效載荷較低，不可能攜帶大量的搜潛設(shè)備和攻潛武器，也限制了反潛控制和操縱系統(tǒng)的規(guī)模，所以獨(dú)立遂行反潛作戰(zhàn)的可能性較低。但是可以通過以下技術(shù)和方式實(shí)現(xiàn)無人機(jī)反潛能力的要求：

（1）借助于集群技術(shù)的發(fā)展，一定量的異構(gòu)無人機(jī)集群，構(gòu)成一套完整的無人機(jī)反潛系統(tǒng)，基本能夠完成固定翼反潛巡邏機(jī)和反潛直升機(jī)的反潛作戰(zhàn)任務(wù)；

（2）無人機(jī)可以與有人機(jī)協(xié)同，完成反潛作戰(zhàn)中某一環(huán)節(jié)的活動(dòng)，特別是搜潛環(huán)節(jié)，由于占用整個(gè)反潛作戰(zhàn)的時(shí)間比高，有人機(jī)暴露在敵攻擊區(qū)的時(shí)間過長，是遭致敵方攻擊的主要時(shí)段。用無人機(jī)完成搜潛任務(wù)具有較高可能性；

（3）同構(gòu)無人機(jī)集群可以獨(dú)立完成一些布防性反潛任務(wù)，比如在敵方潛艇航路上進(jìn)行阻嚇反潛。

基于無人機(jī)群的協(xié)同反潛能力和靈活性，還可以創(chuàng)新多種作戰(zhàn)模式：

（1）遠(yuǎn)洋單艦反潛巡邏，對于無法搭載反潛直升機(jī)的艦艇執(zhí)行連續(xù)反潛巡邏，用艦載無人機(jī)群執(zhí)行24 小時(shí)反潛巡邏。

（2）遠(yuǎn)海固定區(qū)域的不間斷搜潛，派遣一個(gè)無人機(jī)群，在我方關(guān)注的遠(yuǎn)海固定區(qū)域駐扎反潛，保障基地建立于海上固定或移動(dòng)平臺之上，比如小島、鉆井平臺等。

圖1 港口反潛場景

3.1 異構(gòu)無人機(jī)集群反潛任務(wù)場景分析

以港口（駐泊點(diǎn)）反潛場景為例說明，示意圖如圖1 所示。

從場景分析可以看出，異構(gòu)無人機(jī)集群能夠完成反潛任務(wù)主要環(huán)節(jié)的相關(guān)活動(dòng)，即一部分無人機(jī)承擔(dān)搜潛任務(wù)，少數(shù)無人機(jī)擔(dān)任信息處理與轉(zhuǎn)收的任務(wù)，一部分無人機(jī)承擔(dān)攻潛任務(wù)。每兩個(gè)相鄰無人機(jī)的搜潛范圍相互重疊，這樣就可以做到持續(xù)反潛，保持遠(yuǎn)程反潛區(qū)域的全時(shí)段工作，提高阻拒敵方潛艇的能力。

除了遂行以港口（駐泊點(diǎn)）反潛任務(wù)以外，異構(gòu)無人機(jī)集群同樣可以完成護(hù)航反潛、特定海域巡邏反潛等任務(wù)。

3.2 無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同反潛

其工作方式為一架有人機(jī)和若干無人機(jī)組成反潛機(jī)群，無人機(jī)主要承擔(dān)搜潛任務(wù)，而有人機(jī)則承擔(dān)信息處理與收發(fā)和攻潛任務(wù)，由于無人機(jī)群體數(shù)量可以巨大，每個(gè)無人機(jī)搜索的范圍較小，所以搜潛效果應(yīng)該可以得到大幅提高，同時(shí)對于有人機(jī)（如固定翼反潛巡邏機(jī)）可以攜帶更多的武器種類和數(shù)量，以達(dá)到更好的攻潛效果。

無人機(jī)與有人機(jī)協(xié)同，同樣可以遂行以港口（駐泊點(diǎn)）反潛、護(hù)航反潛、特定海域巡邏反潛等任務(wù)。

3.3 同構(gòu)無人機(jī)集群完成特殊海區(qū)反潛阻嚇任務(wù)

在敵潛艇經(jīng)?；顒?dòng)的區(qū)域，以及經(jīng)常使用的航道，無人機(jī)可以開展定點(diǎn)搜潛，布成線式或圓形陣型，每架無人機(jī)可以攜帶一枚或兩枚聲吶浮標(biāo)，懸停在海面上空，或者降落棲息在海面上，組成一個(gè)較大范圍的聲吶浮標(biāo)陣列，不間斷對敵潛艇進(jìn)行搜索，若敵潛艇通過聲吶系統(tǒng)探測到這些搜索陣列，將會(huì)被阻嚇。如果需要對敵潛艇展開攻擊，則召喚攻擊型艦艇或反潛巡邏機(jī)來開展攻擊。

3.4 異構(gòu)無人機(jī)集群完成遠(yuǎn)洋探潛護(hù)航任務(wù)

在某型艦獨(dú)立執(zhí)行遠(yuǎn)洋任務(wù)過程中，采用異構(gòu)無人機(jī)集群執(zhí)行搜潛任務(wù)，將執(zhí)行搜潛的無人機(jī)群布成圓形或扇形陣型隨艦航行；執(zhí)行探測水面、半潛潛艇任務(wù)的無人機(jī)裝配紅外夜視探測儀、無線電監(jiān)測儀、雷達(dá)等設(shè)備，執(zhí)行探測深度航行潛艇任務(wù)的無人機(jī)裝配聲納浮標(biāo)、磁探儀，搜潛無人機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)采用超低空飛行，探測水面或半潛潛艇可采用圖像識別、尾流識別、排氣紅外識別等多種手段自動(dòng)識別，發(fā)現(xiàn)疑似目標(biāo)及時(shí)上報(bào)艦上指揮所。

3.5 異構(gòu)無人機(jī)群遠(yuǎn)洋固定海域搜潛

以建立的海上小島，固定或浮動(dòng)平臺為保障基地，異構(gòu)無人機(jī)群可以分批次、24 小時(shí)不間斷執(zhí)行固定海域搜潛工作，其工作方式同遠(yuǎn)洋單艦護(hù)航反潛任務(wù)，通常只需具備搜潛功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)敵潛艇時(shí)，召喚其他反潛武器遂行反潛任務(wù)。

4 搜潛攻潛武器與無人機(jī)匹配性初步分析

4.1 搜潛設(shè)備的種類與功能

（1）搜潛雷達(dá)：主要用于對浮出水面或者水面下10m 深度航行的潛艇進(jìn)行搜索，對潛艇的發(fā)現(xiàn)距離更遠(yuǎn)，抗干擾能力也不斷加強(qiáng)，目前，世界上幾乎所有的反潛機(jī)均裝有雷達(dá)。但隨著潛艇性能的不斷提升，其浮出水面的時(shí)間越來越少，尤其是核潛艇和AIP 潛艇的出現(xiàn)，使得搜潛雷達(dá)的使用受到了極大的限制。

（2）聲吶浮標(biāo)的發(fā)展：目前已有50 多種不同類型、不同型號的聲吶浮標(biāo)，有主動(dòng)、被動(dòng)、定向及非定向等多種類型及工作方式之分；此外，還有聲通信浮標(biāo)和海水溫度梯度測量浮標(biāo)等。聲吶浮標(biāo)是探測水下目標(biāo)的主要設(shè)備，在反潛作戰(zhàn)中大量使用。

（3）吊放聲吶和拖曳聲吶：也用于搜索水下目標(biāo)，吊放聲吶主要用于反潛直升機(jī)，而拖曳聲吶主要裝備在大型艦船上。

（4）磁探儀：目前磁探儀的作用距離在400-600m 之間，同時(shí)考慮潛艇潛行深度，要用航空器攜帶磁探儀進(jìn)行搜潛任務(wù)，需要飛機(jī)飛行高度在海面100m 以下，這對固定翼巡邏反潛機(jī)來說，是難以實(shí)現(xiàn)的，所以用機(jī)載磁探儀難以用于大范圍的反潛搜索。實(shí)際使用時(shí)，一般是在水聲設(shè)備發(fā)現(xiàn)目標(biāo)信號后，進(jìn)行最后定位和攻擊實(shí)用，也可以用于在狹窄的海峽和水道搜索潛艇。

除此之外，搜潛設(shè)備還包括紅外線探測儀、低能見度電視、搜潛電視、水下激光等。

4.2 攻潛武器的種類和功能

（1）航空深彈：航空深水炸彈是最早用于反潛作戰(zhàn)的主要武器之一，主要用于攻擊海面到海面300m 以內(nèi)的水下目標(biāo)，到目前為止，深彈仍然是各國海軍重點(diǎn)發(fā)展的反潛武器之一，各種當(dāng)量、各種觸發(fā)引信的深彈不斷發(fā)展和翻新。

（2）航空反潛魚雷：航空反潛魚雷下潛深度可達(dá)到1200m，水下速度快，具有主被動(dòng)聲吶自導(dǎo)裝置，是反潛作戰(zhàn)的主要武器裝備。

（3）航空反潛導(dǎo)彈：航空反潛導(dǎo)彈是一種新發(fā)展起來的反潛武器，能夠攻擊水面下600m 以內(nèi)的目標(biāo)。

4.3 無人機(jī)裝備搜潛設(shè)備和反潛武器的可能性初步分析

無人機(jī)作為載體，攜帶搜潛設(shè)備和反潛武器，主要考慮的是載體的質(zhì)量、相關(guān)搜潛反潛信號處理能力、接口相容性、工作可靠性、維修性、與機(jī)體的適應(yīng)性、電磁兼容性等方面的問題，而載體質(zhì)量是最為關(guān)鍵的因素，其他因素可以通過無人機(jī)的適應(yīng)性改進(jìn)設(shè)計(jì)來得到滿足，所以初步分析可行性主要從載體質(zhì)量開展論述，其他相關(guān)問題將隨著課題的深入研究而逐步展開。

目前各類無人機(jī)的有效載荷各不相同，以下分析以機(jī)身質(zhì)量在200-300kg，有效載荷50-100kg 來開展，之所以這樣分析，主要考慮為：無人機(jī)機(jī)身質(zhì)量大，其相應(yīng)的單機(jī)價(jià)格高，在生存效率相當(dāng)?shù)那闆r下，使用經(jīng)濟(jì)性就成為了主要考慮因素；無人機(jī)機(jī)身質(zhì)量較小，則載荷過小，同時(shí)其適應(yīng)海洋性環(huán)境的能力堪憂。

4.3.1 無人機(jī)攜帶搜潛設(shè)備的能力

（1）浮標(biāo)聲吶：主動(dòng)浮標(biāo)聲吶的質(zhì)量一般在15kg 左右，而被動(dòng)浮標(biāo)聲吶的質(zhì)量一般低于10kg，如果考慮聲吶信號接收與轉(zhuǎn)發(fā)裝置，可以掛裝3-5 枚主、被動(dòng)浮標(biāo)聲吶。

（2）吊放聲吶：反潛直升機(jī)上攜帶的吊放聲吶加上吊放裝置的質(zhì)量一般大于120kg，必須進(jìn)行減重設(shè)計(jì)改進(jìn)，才能用于無人機(jī)攜帶。考慮到吊放聲吶的設(shè)計(jì)主要是為了滿足反潛直升機(jī)的技戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)要求，對吊放聲吶的收放有速度和加速度方面的技術(shù)考慮，導(dǎo)致吊放聲吶在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了過載方面的因素，導(dǎo)致質(zhì)量較大，經(jīng)咨詢相關(guān)專家，如果用旋翼無人機(jī)攜帶吊放聲吶，可以較少考慮無人機(jī)本身的安危和其他技戰(zhàn)術(shù)因素，吊放聲吶的質(zhì)量可以大大降低，完全能夠滿足無人機(jī)的使用要求。

（3）磁探儀：磁探儀的質(zhì)量較小，信號處理裝置功能也比較簡單，用無人機(jī)攜帶磁探儀進(jìn)行搜潛任務(wù)，可以有兩種方式：一是將磁探儀固定在無人機(jī)本體上，使無人機(jī)貼近海面飛行；二是用類似于攜帶吊放聲吶的方式，將磁探儀吊放在海面以下，進(jìn)行搜潛。

除此之外，紅外線探測儀、低能見度電視、搜潛電視、水下激光等設(shè)備，經(jīng)過一定的改裝改造，也能夠用無人機(jī)進(jìn)行裝載搜潛雷達(dá)、拖曳聲吶陣由于質(zhì)量大、控制復(fù)雜等因素，不太適合由無人機(jī)進(jìn)行攜帶。

4.3.2 無人機(jī)攜帶反潛武器的能力

（1）航空魚雷：航空魚雷的質(zhì)量跨度范圍較大，通常主要決定于其入水后的航速和航程范圍，以及戰(zhàn)斗部裝藥多少，在無人機(jī)集群搜潛的作戰(zhàn)模式下，采取多艘無人機(jī)攜帶質(zhì)量較小的航空魚雷，初步認(rèn)為技術(shù)上具有可行性。

（2）深彈：在深彈的發(fā)展歷程中，也出現(xiàn)過質(zhì)量低于30kg 的深水炸彈，但隨著潛艇防衛(wèi)能力的進(jìn)一步提升，目前世界各國裝配的航空深彈的質(zhì)量一般都比較大，力求在反潛作戰(zhàn)時(shí)取得對敵潛艇的擊沉或重創(chuàng)效果，對于我們所關(guān)注的如此大小的無人機(jī)，攜帶深彈的可能性不大，但是深彈的投放和使用比較簡單，為配合無人機(jī)使用，開發(fā)研制質(zhì)量較小的深彈，值得我們進(jìn)一步關(guān)注。

航空反潛導(dǎo)彈等其他武器，由于本身質(zhì)量加上導(dǎo)彈懸掛裝置，以及復(fù)雜的導(dǎo)彈發(fā)射控制系統(tǒng)，不太適合配備在無人機(jī)上。

5 結(jié)論

隨著無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)反潛在未來戰(zhàn)爭中將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用，本文研究了無人機(jī)在反潛作戰(zhàn)中的使用，既符合打贏局部戰(zhàn)爭的國家戰(zhàn)略方針，又能在一定經(jīng)濟(jì)承受范圍內(nèi)大大增強(qiáng)反潛作戰(zhàn)的能力，提高反潛作戰(zhàn)的總體效能，為下一步深入開展技術(shù)領(lǐng)域的研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。