潛載UUV研究現(xiàn)狀分析

王海濤，梁 鏡，單俊杰

（1. 海裝武漢局駐宜昌地區(qū)軍事代表室，湖北 宜昌 443003；2. 中國船舶重工集團(tuán)有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003；3. 海裝駐武漢地區(qū)軍事代表局，湖北 武漢 430064）

0 引言

潛艇以其隱蔽性優(yōu)勢成為目前海軍執(zhí)行隱蔽任務(wù)的關(guān)鍵裝備之一。當(dāng)前潛艇主要是依靠前期情報(bào)研判和自身偵測手段，結(jié)合有限的外部信息指令開展水下行動(dòng)。因此，潛艇在實(shí)際作戰(zhàn)中面臨一些問題，例如復(fù)雜情形下的水下航行安全、目標(biāo)探測定位、近程立體警戒等問題，這使得潛艇的作戰(zhàn)效能受到一定沖擊。

UUV（Underwater Unmanned Vehicle ) 作為高技術(shù)水下無人作戰(zhàn)平臺，在情報(bào)監(jiān)視與偵察、反水雷、反潛跟蹤、水下救援等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。與潛艇相比，UUV具有隱蔽性強(qiáng)、智能化程度高、無人員傷亡、成本低、建造速度快等特點(diǎn)，但UUV一般航程相對較短，無法在水下長期值守。潛艇上搭載 UUV，能夠延伸潛艇的安全作戰(zhàn)半徑，有效增強(qiáng)潛艇水下作戰(zhàn)能力。在實(shí)際使用中，潛載UUV可在保持潛艇安全的前提下，執(zhí)行水下偵察、水下干擾、水下通訊中繼、反水雷作業(yè)等軍事任務(wù)。因此，潛艇與UUV裝備協(xié)同作戰(zhàn)能不斷更新與充實(shí)潛艇功能，對提高潛艇的綜合性能具有重大意義[1]。

正是由于UUV與潛艇協(xié)同作戰(zhàn)時(shí)優(yōu)勢互補(bǔ)，能形成新的作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)手段，近些年世界各海洋強(qiáng)國對潛載UUV開展了大量研究，在UUV和潛艇協(xié)同作戰(zhàn)上取得了一系列成果，形成了一批功能強(qiáng)大的潛載UUV裝備。本文將從UUV和潛艇協(xié)同作戰(zhàn)模式研究、潛載 UUV關(guān)鍵技術(shù)與潛載UUV裝備發(fā)展3個(gè)方面對潛載UUV的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，以期為我國潛載UUV的發(fā)展提供參考。

1 潛載UUV 的作戰(zhàn)使用

潛載 UUV作為近些年才出現(xiàn)的新型海軍裝備，目前其作戰(zhàn)實(shí)踐較為匱乏，因此需對其作戰(zhàn)使用思想與理論進(jìn)行研究，從而為相關(guān)技術(shù)、裝備的發(fā)展與作戰(zhàn)應(yīng)用提供指導(dǎo)。當(dāng)前潛載UUV 的作戰(zhàn)使用理論研究主要形成了如下幾個(gè)典型作戰(zhàn)模式。

1.1 反水雷作戰(zhàn)

水雷屬于一種安靜型水下武器裝備，而潛艇為保證其水下隱蔽性，一般不會(huì)開啟主動(dòng)聲吶目標(biāo)探測系統(tǒng)，因此實(shí)際使用中潛艇反水雷能力較弱，這使得水雷成為了潛艇執(zhí)行任務(wù)時(shí)的重要威脅。相對而言，UUV體量小、噪聲小、成本低、無人智能化程度高，十分適合進(jìn)行反水雷作戰(zhàn)。通過潛載方式，UUV可克服航程小、速度慢等短板，伴隨潛艇執(zhí)行開辟航道、敵特定區(qū)域反水雷任務(wù)，如圖1所示。

圖1 潛載UUV反水雷作戰(zhàn)Fig.1 Submarine-launched UUV used for mine countermeasures

1.2 目標(biāo)偵察

對敵艦船聲紋信息偵察是各海洋強(qiáng)國十分重視的一項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)，其能為艦船識別積累先驗(yàn)數(shù)據(jù)，正源如此，艦船（特別是潛艇）的聲紋信息是各海軍的核心機(jī)密。由于潛艇進(jìn)入遠(yuǎn)海以后，隱蔽性很強(qiáng)，因此很難在遠(yuǎn)海捕獲其聲紋信息，而一般情況下艦船（包括潛艇）幾乎不可能深入敵方潛艇出入的軍港進(jìn)行偵察。小型UUV由于隱蔽性更好，可在近岸港口區(qū)域執(zhí)行偵察任務(wù)，因此可通過潛載方式將 UUV攜帶至目標(biāo)水域外海，然后釋放UUV，利用UUV隱蔽性抵近敵方軍港執(zhí)行偵察任務(wù)，如圖2所示。

圖2 潛載UUV近岸偵察作戰(zhàn)Fig.2 Submarine-launched UUV used for near shore reconnaissance

1.3 水下自主作戰(zhàn)

近些年具備搭載水雷、魚雷、甚至導(dǎo)彈等攻擊載荷的平臺級UUV得到了長足發(fā)展，這類平臺級UUV雖然航程有很大提升，但一般仍遠(yuǎn)不如潛艇?？捎蓾撏⑵脚_級 UUV隱蔽布放至靠近目標(biāo)水域，UUV可長期隱蔽潛伏在預(yù)定海域，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要進(jìn)行自主作戰(zhàn)或接收外部指揮信息進(jìn)行作戰(zhàn)。

1.4 UUV協(xié)助潛艇作戰(zhàn)

文獻(xiàn)[2]對UUV與潛艇協(xié)同作戰(zhàn)進(jìn)行了研究，可以總結(jié)為以下2種UUV協(xié)助潛艇作戰(zhàn)模式：1）護(hù)航警戒模式。該模式下，潛艇通過控制具有自主偵查能力的 UUV，進(jìn)行水下航道與近程全方位的警戒偵查，以實(shí)現(xiàn)對預(yù)定航路的偵查和預(yù)警突發(fā)情況。2）目標(biāo)信息支援模式。該模式下，潛艇可利用UUV的隱蔽性與靈活機(jī)動(dòng)智能性的特點(diǎn)開展目標(biāo)信息偵察，為潛艇提供目指信息，還可以利用UUV協(xié)助潛艇與外界通信。2種模式的作戰(zhàn)示意分別如圖3與圖4所示。

圖3 護(hù)航警戒模式示意圖Fig. 3 Schematic diagram of escort alert mode

圖4 目標(biāo)信息支援模式示意圖Fig.4 Schematic diagram of target information support mode

1.5 欺騙作戰(zhàn)

潛艇可搭載具備聲干擾、聲誘餌功能的UUV，當(dāng)遇到位置信息已暴露、被敵方鎖定這樣的緊急時(shí)刻，潛艇可布放聲干擾或者聲誘餌UUV，利用UUV模擬敵方主動(dòng)聲吶信號，干擾敵方主動(dòng)聲吶，模擬我方潛艇聲學(xué)特性，誘騙敵方被動(dòng)聲吶，從而達(dá)到欺騙敵方保護(hù)我方潛艇的目的。例如俄羅斯的“代理人”型是一種專門用于模擬真實(shí)潛艇物理特征的自主水下航行器[3]。

2 潛載UUV關(guān)鍵技術(shù)

潛載UUV作戰(zhàn)需要有人平臺與無人平臺的交互，涉及到多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。雖然當(dāng)前世界范圍內(nèi)僅美國有潛載UUV裝備的定型交付，但近些年潛載UUV已成為無人系統(tǒng)研究的一個(gè)熱點(diǎn)，并有多型潛載UUV樣機(jī)投入試驗(yàn)，在一些關(guān)鍵技術(shù)研究上取得了較為豐富的成果。例如文獻(xiàn)[4]-[7]對潛載UUV自身相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了介紹，本文重點(diǎn)總結(jié)與有人平臺、無人平臺交互相關(guān)的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展情況。

2.1 潛載UUV的搭載布放技術(shù)

潛載UUV作戰(zhàn)中首先要解決UUV在潛艇上的搭載布放問題。搭載形式的設(shè)計(jì)至少要考慮以下2個(gè)要素：1）搭載后對潛艇的航行與使用是否造成影響；2）搭載形式是否方便UUV布放與回收。目前的研究主要形成了以下幾種搭載布放方式：魚雷/導(dǎo)彈管搭載、塢艙式搭載、背負(fù)式搭載[8]。

魚雷/導(dǎo)彈管搭載顧名思義即利用潛艇上固有的魚雷與潛射導(dǎo)彈發(fā)射管搭載布放 UUV。該方式的優(yōu)點(diǎn)是利用潛艇上固有的設(shè)施進(jìn)行改裝，對潛艇的影響很小，缺點(diǎn)是僅滿足與魚雷（或?qū)棧┛趶较嘟蚋】趶降腢UV進(jìn)行搭載布放。美國“洛杉磯”級攻擊型核潛艇即是利用改裝后的魚雷管搭載布放1套水雷偵察型UUV系統(tǒng)，該系統(tǒng)已完成交付。美國正在將“俄亥俄”級彈道導(dǎo)彈核潛艇改裝為巡航導(dǎo)彈核潛艇，改裝后的“俄亥俄”級導(dǎo)彈核潛艇可配置1個(gè)大型UUV（例如“海馬”UUV和 XRay UUV）和多個(gè)直徑不大于 533 mm的UUV[9]。

塢艙式搭載指的是在潛艇艏部或者上層建筑部位，設(shè)置1個(gè)大型透水塢艙，將UUV布置在塢艙內(nèi)，通過一定的動(dòng)作機(jī)構(gòu)完成UUV的布放與回收（如圖5所示）。與魚雷/導(dǎo)彈管搭載方式相比，該方式對UUV的口徑要求較寬松、搭載數(shù)量大、更靈活，并能滿足較大型UUV的搭載，缺點(diǎn)是需對潛艇進(jìn)行較大改裝。

圖5 典型塢艙式搭載示意圖Fig. 5 Schematic diagram of typical warehouse loading

背負(fù)式搭載是通過在潛艇外安裝專用殼體外艙，從而形成一定存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)UUV和相關(guān)布放回收設(shè)備的搭載（如圖6所示）。文獻(xiàn)[10]將背負(fù)式搭載分為直接式背負(fù)與間接式背負(fù)2種方式，例如美國的DSRV和Manta型UUV擬采用的就是直接式背負(fù)方式搭載。與前 2種搭載方式相比，背負(fù)式搭載的優(yōu)點(diǎn)是能滿足大型甚至超大型UUV的搭載，其缺點(diǎn)是較難在已列裝的潛艇上進(jìn)行改造，即使完成改造也會(huì)對潛艇的航行與作業(yè)有一定影響，因此該方式較適合在新潛艇建造時(shí)統(tǒng)籌設(shè)計(jì)實(shí)施。

圖6 典型背負(fù)方式搭載示意圖Fig.6 Schematic diagram of typical piggyback loading

2.2 潛載UUV的回收技術(shù)

回收重復(fù)利用是潛載UUV實(shí)戰(zhàn)使用中需要解決的另一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。潛載 UUV的回收方式與UUV的物理特征、搭載布放方式緊密相關(guān)，不同的潛載UUV系統(tǒng)回收的方式各不相同，但一般都會(huì)經(jīng)歷遠(yuǎn)距離聲學(xué)導(dǎo)引、近距離光學(xué)導(dǎo)引、最后捕獲3個(gè)階段。

聲導(dǎo)引方式是在回收裝置中安裝1部聲吶，與UUV上的聲學(xué)設(shè)備配合，為UUV抵近回收裝置提供導(dǎo)引；還有一種是利用UUV自帶的高頻聲吶探測識別回收裝置使UUV獲得導(dǎo)引信息。光學(xué)導(dǎo)引是指當(dāng)UUV十分接近回收裝置后，利用照相、攝像設(shè)備獲取的回收裝置位置信息為UUV進(jìn)入回收裝置提供導(dǎo)引?；厥昭b置上往往安裝有捕獲機(jī)構(gòu)，當(dāng) UUV靠近回收裝置后，捕獲機(jī)構(gòu)完成對 UUV的捕獲，完成回收。

聲學(xué)導(dǎo)引、光學(xué)導(dǎo)引是UUV回收時(shí)比較常用的導(dǎo)引方式[10]，其關(guān)鍵在于UUV對導(dǎo)引信息的自主識別。而在回收捕獲上，潛載UUV系統(tǒng)的捕獲回收機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)則需要根據(jù)UUV的特征進(jìn)行比較精細(xì)的設(shè)計(jì)，當(dāng)前比較主流的捕獲方式有：漏斗型捕獲、機(jī)械手捕獲、ROV有纜捕獲，如圖7-9所示。文獻(xiàn)[8]對這幾種捕獲方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。

圖7 漏斗型捕獲方式示意圖Fig.7 Schematic diagram of funnel capture method

圖8 機(jī)械手捕獲方式示意圖Fig.8 Schematic diagram of manipulator capture method

圖9 ROV有纜捕獲方式示意圖Fig.9 Schematic diagram of ROV capture method

2.3 潛載UUV協(xié)同技術(shù)

水聲通信技術(shù)是UUV組網(wǎng)協(xié)同的基礎(chǔ)，近些年國內(nèi)水聲通信技術(shù)取得了長足的發(fā)展，高速率模式下通信距離可到幾公里，遠(yuǎn)程低速率模式通信距離可達(dá)幾十公里[11]，為潛載UUV組網(wǎng)協(xié)同奠定了基礎(chǔ)。文獻(xiàn)[12]對多 UUV組網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，建立了UUV組網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層的線性拓?fù)鋫鬏數(shù)淖赃m應(yīng)MAC協(xié)議和信道傳輸模型。以此為基礎(chǔ)，文獻(xiàn)[2]對潛載UUV有人與無人平臺的協(xié)同方式進(jìn)行了總結(jié)，將其分為集中式、分布式和集散式3類方式，為潛載UUV系統(tǒng)的指揮控制、情報(bào)支援、智能決策提供了理論依據(jù)。

需要指出的是潛載UUV協(xié)同技術(shù)是個(gè)系統(tǒng)工程，除了需要成熟可靠的水聲通信、UUV智能控制等單項(xiàng)技術(shù)和組網(wǎng)方式等理論研究外，還需要解決無人系統(tǒng)與有人系統(tǒng)的接口、協(xié)議問題，才能實(shí)現(xiàn)兩者的交互配合，而這些問題往往需要在工程試驗(yàn)中才能逐步解決和完善。但當(dāng)前潛載UUV組網(wǎng)協(xié)同技術(shù)尚處于起步階段，僅美國完成了潛載UUV組網(wǎng)協(xié)同的演示驗(yàn)證，國內(nèi)尚處于論證階段，暫未見相關(guān)演示試驗(yàn)的文獻(xiàn)與報(bào)道。

3 潛載UUV系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

由于潛載UUV系統(tǒng)不僅需要研制適合潛艇布放回收的UUV裝備，而且涉及到對潛艇的改裝，甚至重新設(shè)計(jì)，其技術(shù)難度之高與工程造價(jià)之巨使得世界上僅有少數(shù)幾個(gè)國家具備研發(fā)潛載UUV系統(tǒng)的能力。

3.1 潛艇改裝情況

當(dāng)前為實(shí)現(xiàn)潛載 UUV系統(tǒng)而著手改造潛艇的國家很少。美國在多艘“洛杉磯”級核潛艇上完成了魚雷管布放回收UUV的試驗(yàn)，并至少有1艘“洛杉磯”級與“弗吉尼亞”級核潛艇已經(jīng)完成改裝和裝備了1套近期/遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)。據(jù)2018年美國海軍消息，美國正在研發(fā)“‘弗吉尼亞’負(fù)載模塊”為后續(xù)改進(jìn)型“弗吉尼亞”級核潛艇裝備UUV提供支持，并計(jì)劃于2024開始改進(jìn)型核潛艇的設(shè)計(jì)，2034年開工建造。此外，美國電船公司為美國海軍“俄亥俄”級導(dǎo)彈核潛艇開發(fā)了一種用導(dǎo)彈垂直發(fā)射管布放/回收潛載 UUV的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的重要組成部分之一是導(dǎo)彈垂直發(fā)射管布放/回收裝置模塊，專門用于改裝后的“俄亥俄”級導(dǎo)彈核潛艇。

俄羅斯在潛載 UUV系統(tǒng)的研發(fā)上也處于領(lǐng)先水平。俄羅斯已完成 09852型“別爾哥羅德”號特種任務(wù)核潛艇的改造，計(jì)劃由該潛艇作為運(yùn)載潛艇，搭載“大鍵琴”-2R-PM型UUV至預(yù)定海域，釋放UUV執(zhí)行測量、搜救或軍事任務(wù)。此外，俄羅斯對 20120型“薩洛夫”號潛艇進(jìn)行了改裝，用作“波塞冬”型UUV的試驗(yàn)平臺，同時(shí)，正在建造 09851型“哈巴羅夫斯克”號核潛艇，用于搭載“波塞冬”UUV。

此外，德國提出了改造212A級潛艇用于搭載“海獺”MKII無人水下航行器的計(jì)劃，瑞典開發(fā)出一種利用潛艇放出的纜控式無人水下航行器回收無人水下航行器的方法，并利用AUV 62F無人水下航行器進(jìn)行了試驗(yàn)，取得了成功。

3.2 潛載UUV裝備發(fā)展現(xiàn)狀

近十幾年，世界各海洋強(qiáng)國都十分重視潛載UUV裝備的發(fā)展。其中，美國在此領(lǐng)域的發(fā)展最為迅速，俄羅斯次之，兩國都展開了潛艇的改裝與適用于搭載UUV的新型潛艇的建造計(jì)劃。美國從小型魚雷管發(fā)射式 UUV到重型導(dǎo)彈管發(fā)射式UUV，再到大型背負(fù)式搭載UUV，全面展開研制。俄羅斯則看重戰(zhàn)略型核動(dòng)力UUV的研制。此外，據(jù)公開資料，德國與瑞典也開展了潛載型UUV的研制，詳情見表1。

表1 潛載UUV裝備發(fā)展現(xiàn)狀Table 1 Development status of submarine-launched UUV equipment

表1 （續(xù)）

4 結(jié)束語

通過對潛艇、UUV協(xié)同作戰(zhàn)模式研究，與潛載UUV核心關(guān)鍵技術(shù)分析及國外潛載UUV裝備發(fā)展現(xiàn)狀梳理與分析，可以得出如下結(jié)論：

1）潛艇與UUV協(xié)同作戰(zhàn)能優(yōu)勢互補(bǔ)，形成新的作戰(zhàn)能力和作戰(zhàn)手段。潛載UUV展現(xiàn)出了很好的應(yīng)用前景。

2）潛載UUV的核心關(guān)鍵技術(shù)在于潛載UUV的布放、回收與協(xié)同技術(shù)。以美國為首的海洋強(qiáng)國，在進(jìn)行相關(guān)技術(shù)攻關(guān)與試驗(yàn)的同時(shí)，通過潛艇改裝與潛載UUV研制，已形成了潛艇與UUV協(xié)同作戰(zhàn)能力，并正在不斷提升中。

當(dāng)前國內(nèi)潛載 UUV正處于論證階段，參考國外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，對我國潛載 UUV裝備的發(fā)展建議如下：

1）以現(xiàn)役潛艇為母型，在不對潛艇進(jìn)行大改造的前提下發(fā)展幾型功能相對簡單的潛載 UUV，例如通過魚雷管發(fā)射的小型掃雷、偵察型潛載UUV，以積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；

2）理清幾種典型搭載方式下潛艇與 UUV之間的接口需求，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)、潛載UUV模擬試驗(yàn)，提升潛艇與UUV的接口設(shè)計(jì)水平，逐步形成標(biāo)準(zhǔn)化的接口協(xié)議；

3）一旦標(biāo)準(zhǔn)接口形成，以作戰(zhàn)功能為導(dǎo)向，以“小平臺適應(yīng)大平臺，大平臺兼容小平臺”為改進(jìn)原則，在實(shí)際應(yīng)用中不斷拓展?jié)撏cUUV的協(xié)同作戰(zhàn)性能。