外海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展趨勢與啟示

干雨新 崔化超 宋筱軒 戚志剛 孟凡秋

摘要：本文描述了外海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了對我海軍無人水面/水下系統(tǒng)發(fā)展的啟示，表明我軍亟需抓緊研究無人水面/水下協(xié)同作戰(zhàn)相關(guān)理論并制定無人系統(tǒng)的標準規(guī)范。本文可為相關(guān)領(lǐng)域武器裝備發(fā)展及技術(shù)攻關(guān)提供參考。

關(guān)鍵詞：無人水面艇、無人水下潛航器、無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)、無人集群自主控制

1.引言

近年來，隨著無人平臺技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人水面艇（Unmanned Surface Vehicle，USV）和無人水下潛航器（Unmanned Undersea Vehicle，UUV）因其體積小、成本低、速度快、隱蔽性好和無人員傷亡等特點，非常適合執(zhí)行情報偵察、目標打擊、反水雷、毀傷評估、干擾誘騙和通信中繼等任務(wù)，故越來越受到人們的重視。將水面/水下無人平臺納入海上編隊體系，是未來海上編隊發(fā)展的一個重要方向。

鑒于無人平臺協(xié)同作戰(zhàn)相比傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式具有更好的感知能力、更強的殺傷能力以及更高的生存能力，故引起了世界各軍事大國濃厚的興趣。美國國防部于2017年抓緊落實的“第三次抵消戰(zhàn)略”中明確指出無人作戰(zhàn)系統(tǒng)將作為在“反介入/區(qū)域拒止”環(huán)境下謀求不對稱優(yōu)勢的主要抓手[1-3]。外軍國防高級計劃研究局（DARPA）于2017年提出了“馬賽克戰(zhàn)”的概念[4]，其核心思想是從網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)向決策中心戰(zhàn)轉(zhuǎn)型，而決策中心戰(zhàn)的提出和發(fā)展將在很大程度上顛覆傳統(tǒng)的指揮控制體系，其需要打造一個面向無人裝備自主作戰(zhàn)和有人-無人協(xié)同作戰(zhàn)的有人-無人混合指揮控制體系。

美國海軍正在大力發(fā)展無人水面/水下平臺的協(xié)同技術(shù)，其正在試圖將人工智能技術(shù)引入到無人水面/水下平臺的指揮決策中，以實現(xiàn)無人水面/水下平臺的自主控制，使其能夠?qū)崟r感知戰(zhàn)場環(huán)境，并根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境變化來調(diào)整自身行為，完成指定作戰(zhàn)任務(wù)。但是由于外軍無人水面/水下平臺種類繁多、用途各異、生產(chǎn)廠家各不相同，各無人平臺系統(tǒng)使用不同的接口，導(dǎo)致系統(tǒng)之間的通用性差，信息共享困難，故目前使有人-無人水面/水下平臺實現(xiàn)類似有人-無人機程度的互操作存在一定困難。外軍正在致力于構(gòu)建無人水面/水下平臺系統(tǒng)的標準化接口規(guī)范，采用開放式指控架構(gòu)，對現(xiàn)有系統(tǒng)進行模塊化改造，為有人系統(tǒng)和無人系統(tǒng)、無人系統(tǒng)和無人系統(tǒng)的互聯(lián)、互通、互操作奠定基礎(chǔ)。

2.美海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)現(xiàn)狀

美海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)分為無人水面艇裝備、無人水下潛航器裝備、無人集群系統(tǒng)，具體如圖1所示。

2.1美海軍無人水面艇現(xiàn)狀

在外軍2007年出臺的《海軍無人水面艇主計劃》[5]中，制定了美國海軍無人水面艇詳細的發(fā)展規(guī)劃。2018年8月，美國國防部發(fā)布了最新版的《無人系統(tǒng)綜合路線圖（2017-2042）》，用于指導(dǎo)外軍無人系統(tǒng)和裝備的全面發(fā)展[6]。截至目前，外軍研發(fā)了眾多的水面無人艇，具有代表性的型號有“斯巴達偵察兵（Spartan Scout）”“海上獵人（Sea Hunter）”“海上貓頭鷹（Sea Owl）”等。

關(guān)于外軍無人水面艇協(xié)同方面，于2014年8月在弗吉尼亞州尤斯蒂斯堡附近詹姆士河舉行的一次演習(xí)中，13艘無人水面艇（5艘自主控制、8艘遠程遙控）組成編隊，進行協(xié)同組網(wǎng)作戰(zhàn)。試驗中，無人艇群利用其搭載的傳感器形成的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)模擬的敵方艦艇，并迅速展開行動，集群式包圍和攔截了敵方艦艇，有效阻止威脅迫近己方艦艇，成功完成了護航任務(wù)，測試中武器的射擊權(quán)仍掌握在控制人員手里[7]。2016年美國海軍研究辦公室宣布其研發(fā)的無人系統(tǒng)集群作戰(zhàn)技術(shù)可利用多艘無人艇進行協(xié)同合作，實現(xiàn)對己方艦艇的保護，巡邏港口，對抗敵方威脅[6]。目前，美海軍致力于將這種協(xié)同組網(wǎng)技術(shù)從無人水面艇之間的協(xié)同拓展到與其他有人、無人系統(tǒng)之間的協(xié)同中去，最終融入全球信息柵格。

2.2美海軍無人水下系統(tǒng)現(xiàn)狀

美國是最早開展水下作戰(zhàn)系統(tǒng)研究的國家，故其軍用水下作戰(zhàn)系統(tǒng)一直處于世界領(lǐng)先水平。21世紀初，美國海軍提出了2030年前無人水下系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃，明確了未來系統(tǒng)需具備的使命和作戰(zhàn)能力[8]。同時美國國防部發(fā)布的《無人系統(tǒng)綜合路線圖（2017-2042）》，也為美國無人水下系統(tǒng)制定了頂層發(fā)展規(guī)劃。目前外軍主要的無人水下潛航器有藍旗金槍魚系列、REMUS系列、LBS-Glider、X-Ray、海馬、LDUUV、曼塔等，當前已部署和正在發(fā)展的無人水下系統(tǒng)主要有近海水下持續(xù)監(jiān)視網(wǎng)（PLUSNet）、分布式敏捷反潛系統(tǒng)（DASH）、先進水下武器系統(tǒng)（AUWS）、浮沉載荷（UFP）、“海德拉”（Hydra）等，這些系統(tǒng)更傾向于在特定的水下區(qū)域提前部署，進行監(jiān)視、跟蹤、打擊目標等任務(wù)，并通過信息鏈路將水下無人系統(tǒng)組網(wǎng)，使其能力倍增，實現(xiàn)水下“集群”式作戰(zhàn)。未來外軍致力于拓展水下使用域，將陸、海、空、天及水下有人和無人系統(tǒng)協(xié)同，實現(xiàn)跨域協(xié)同作戰(zhàn)。

3.美海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展趨勢

外軍于2019年提出了System of Systems Enhanced Small Units（SESU）技術(shù)架構(gòu)，將未來無人系統(tǒng)發(fā)展分為物理層、個體智能、群體智能、異構(gòu)協(xié)同、作戰(zhàn)運用五層。

根據(jù)第2節(jié)對美海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)現(xiàn)狀的分析，結(jié)合SESU技術(shù)架構(gòu)，可認為目前美海軍無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)已初步具備個體智能，未來在完善個體智能的同時，還在往群體智能和異構(gòu)協(xié)同方向發(fā)展，最終達到異構(gòu)無人裝備混合編組和有人-無人裝備混合編組的模式，并具備分布式感知、分布式?jīng)Q策和分布式作戰(zhàn)的能力，其發(fā)展趨勢具體體現(xiàn)在指揮控制體系、系統(tǒng)自主性和互操作性三個方面。

4.對我海軍指揮控制系統(tǒng)方面啟示

4.1作戰(zhàn)樣式變化

隨著無人水面艇和無人水下潛航器的不斷發(fā)展，其對未來作戰(zhàn)樣式勢必帶來巨大的變化。由于無人平臺的廉價性和無人員傷亡特點，隨著無人平臺自主智能程度的提高，無人系統(tǒng)勢必從有人平臺遠程遙控?zé)o人平臺到有人-無人平臺混合編組協(xié)同作戰(zhàn)，最后往無人集群自主作戰(zhàn)的方向發(fā)展。美國海軍研究院論文顯示，經(jīng)過數(shù)百次的模擬試驗表明，作為外軍先進的海軍一體化防空火控（NIFC-CA）系統(tǒng)中重要組成部分的“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)，在面對無人機的集群攻擊時也顯得力不從心。試驗中“宙斯盾”的防御系統(tǒng)往往難以分配火力，從而導(dǎo)致部分無人機能夠避開攔截，對艦艇發(fā)動攻擊。便宜的無人集群將成為未來海上編隊的重要威脅，而隨著水面無人艇和水下無人潛航器等無人平臺融入編隊，未來海上作戰(zhàn)也勢必將這些無人平臺進行前出，執(zhí)行探測、偵察、排雷、干擾、誘騙、打擊等任務(wù)，而有人平臺則更傾向于居于后方進行指揮和遠距離火力支援。

4.2構(gòu)建無人水面/水下作戰(zhàn)體系

按照目前水面無人艇和水下無人潛航器等無人平臺的技術(shù)水平，未來我海軍需構(gòu)建岸基有人-無人協(xié)同指揮控制、編隊有人-無人協(xié)同指揮控制和無人集群自主協(xié)同控制三層作戰(zhàn)體系，使用“無人對無人”的策略，以抗衡外軍正在發(fā)展的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)。無人水面/水下作戰(zhàn)體系如圖2所示。

4.2.1岸基有人-無人協(xié)同指揮控制

構(gòu)建岸基有人-無人協(xié)同指揮控制體系，使其具備近海聯(lián)合作戰(zhàn)、島礁攻防等典型作戰(zhàn)樣式下水面無人艇和水下無人潛航器等無人平臺的態(tài)勢掌控、任務(wù)籌劃與規(guī)劃、實時指揮控制功能，實現(xiàn)對水面/水下無人平臺的集中運用，以及與有人作戰(zhàn)力量的統(tǒng)一組織和協(xié)同運用，具備有人平臺對無人平臺的任務(wù)/目標重分配及任務(wù)參數(shù)精細化管控功能，實現(xiàn)岸基指揮所對水面無人艇和水下無人潛航器等異構(gòu)無人平臺的任務(wù)監(jiān)視與行動控制。

4.2.2編隊有人-無人協(xié)同指揮控制

構(gòu)建海上編隊有人-無人協(xié)同指揮控制體系，使其具備對編隊內(nèi)艦、機、潛等有人平臺以及水面無人艇、水下無人潛航器等無人平臺的多源情報收集處理、戰(zhàn)場態(tài)勢一致生成、有人-無人協(xié)同任務(wù)規(guī)劃與行動指揮、作戰(zhàn)進程監(jiān)控等功能，推進新型無人作戰(zhàn)兵力融入聯(lián)合作戰(zhàn)體系。

4.2.3無人集群自主協(xié)同控制

構(gòu)建無人集群自主協(xié)同控制體系，在水面無人艇和水下無人潛航器組成的無人集群受領(lǐng)作戰(zhàn)任務(wù)后，通過自組織方式實現(xiàn)編隊任務(wù)自主協(xié)同、動態(tài)重組、隊形控制、航路規(guī)劃、自動避障等功能，形成無人集群自主作戰(zhàn)能力。

5.結(jié)束語

針對無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)，美海軍已經(jīng)開展了一系列研究，并初步實現(xiàn)了無人水面艇的集群作戰(zhàn)。而國內(nèi)對于無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)的研究尚處于起步階段，目前依然還聚焦于理論分析和仿真實驗。無人水面/水下集群協(xié)同作戰(zhàn)這種全新的組合形式勢必會對未來戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生重大的影響，其在作戰(zhàn)樣式、指揮、組織、訓(xùn)練樣式等方面都會和以往有很大不同。我軍必須抓緊研究無人水面/水下作戰(zhàn)系統(tǒng)理論和相關(guān)技術(shù)，在發(fā)展水面/水下無人裝備的同時，研究有人-無人系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)和無人集群自主控制關(guān)鍵技術(shù)，制定相關(guān)系統(tǒng)的標準規(guī)范，為未來的無人水面/水下集群協(xié)同作戰(zhàn)打好基礎(chǔ)。

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（作者簡介：干雨新，工程師，研究方向為海軍作戰(zhàn)輔助決策技術(shù)。崔化超，高級工程師，研究方向為水下情報處理與輔助決策技術(shù)。宋筱軒，高級工程師，研究方向為信息資源管理及運維系統(tǒng)設(shè)計。戚志剛，研究員，研究方向為海軍指揮信息系統(tǒng)總體技術(shù)。孟凡秋，工程師，研究方向為海軍作戰(zhàn)行動控制技術(shù)。工作單位：中國電子科技集團公司第28研究所）