大型無人潛航器研究現(xiàn)狀及作戰(zhàn)應用分析?

劉彥伯 劉志浩

（海軍潛艇學院 青島 266199）

1 引言

無人潛航器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）是一種可長期潛入水下，依靠自帶能源、自推進、遙控或自主控制，通過配置任務載荷執(zhí)行作戰(zhàn)或作業(yè)任務，能回收和反復使用的海上無人潛航器［1］。

隨著UUV在20世紀90年代后相關技術相對成熟，其在軍事領域的重要價值逐漸凸顯。根據美國海軍提交國會的報告顯示［2］，大型無人潛航器直徑大于914mm，排水量可達9t；超大型UUV直徑大于2.134m，需要在碼頭布放。相對于輕型及便攜性UUV，大型UUV載荷攜帶能力突出，自持力強，還可作為潛艇的任務搭載模塊，具有諸多優(yōu)勢，是未來新概念水下戰(zhàn)的核心節(jié)點。

2 大型UUV的主要特點

2.1 自持能力強

UUV自持力主要指的是UUV出航后在不補給的情況下能維持的最多天數(shù)，當前各國主要采用銀鋅電池、鋰離子電池、燃料電池和半燃料電池等為其主要動力源［3～4］。銀鋅電池作為傳統(tǒng)電池，性能較落后且維護費用較高，限制了其進一步發(fā)展。相比傳統(tǒng)電池，鋰電池的電性能更好，但無法滿足UUV的長遠需求。隨著UUV在軍事領域快速發(fā)展，對續(xù)航能力提出了更大的要求，美國海軍在其《無人航行器主計劃》中建議大型UUV使用技術發(fā)展較為成熟、成本較低的高密度燃料電池或混合動力系統(tǒng)。燃料電池以及半燃料電池具有比能量高、功率范圍廣、轉換效率高、低噪聲、無污染等優(yōu)勢受到高度關注。德國的Deep C，美國的曼塔、海馬，日本的Urashima等均使用燃料電池作為其動力源，美國海軍研究局研制的大排量無人潛航器創(chuàng)新型原理樣機（LDUUV-INP），采用燃料電池動力系統(tǒng)，最高續(xù)航可達30天。波音公司研發(fā)，使用油電混合動力系統(tǒng)的“回聲旅行者”（Echo Voyager）可攜帶約3800L燃油，續(xù)航時間超過6個月［5］。

2.2 多采用模塊化設計

大型UUV大多采用標準的模塊化設計，可根據不同任務加裝不同的任務模塊，使其具有可拓展性、低成本、維修保養(yǎng)簡單的特點，以遂行多樣化任務［5］。美國防高級研究計劃局（DARPA）早在2013年便正式發(fā)布旨在開發(fā)一種可在戰(zhàn)場隱蔽運輸并部署小型無人機、小型UUV的大型UUV項目招標公告，該項目被稱為“水螅計劃”?！八！被匦蚒UV通過開放式標準模塊化技術，可使母艇通過模塊化載荷艙段組合快速具備情報、監(jiān)視和偵察（Intelligence Surveillance and Reconaissance，ISR）、反水雷（Mine Counter Measures，MCM）等能力。

2.3 作戰(zhàn)能力先進

通信能力方面，由于電磁波在水中傳播時將會造成嚴重衰減，水聲通信由于隱蔽性要求和實際效果較差，幾乎不用。這使得潛艇跨域通信和指控十分困難。為解決這一問題，美軍曾在2016年8月的“先進海上技術演習”（ANTX）中試驗由潛艇布放大型 UUV“藍鰭金槍魚-21”（Bluefin-21），再由大型UUV布放2艘小型UUV和1架無人機，通過無人機和小型UUV作為通信中繼，成功驗證無人潛航器的通信節(jié)點功能和大型UUV布放小型UUV的能力［6］。

裝載能力方面，相對于小型UUV，大型UUV強大的裝載能力使得其可攜帶大量武器。處于時敏打擊模式的“曼塔”（Manta）UUV可裝載數(shù)枚重型魚雷、導彈和水雷作為武器。同時大型UUV可以儲存和攜帶各種物資和裝備，為任務部隊提供后勤保障，例如美國海德羅伊公司開發(fā)的LDUUV攜帶有一個大型有效載荷艙，可用于布放傳感器、通信浮標、小型UUV和武器等［7］。

3 大型UUV發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 “虎鯨”（Orca）無人潛航器

“虎鯨”無人潛航器作為美國海軍無人系統(tǒng)裝備體系建設的重要部分，是美國海軍因應聯(lián)合緊急作戰(zhàn)需求（JEON）而開發(fā)的一種超大排水量長航程自主平臺?！盎ⅥL”由美國波音公司“回音旅行者”（Echo Voyager）改進而來，增加了12.1m的中段。根據美海軍發(fā)布的《2025年無人潛航器需求》，布雷是“虎鯨”的首要任務，之后再進一步發(fā)展反水雷、反潛、反艦、電子戰(zhàn)等相關任務能力。其正常排水量45.36t，最大工作深度3000m，最高航速8.0kn，最大航程可達12000km。采用模塊化設計，從艏至艉可分為控制、有效載荷、平臺、動力和推進五個模塊，其核心運載器具備制導控制、導航、自主行動、態(tài)勢感知、核心通信、動力分配、能源和動力、推進和機動以及任務傳感器等功能。在尾部布置柴油機發(fā)電機組、蓄電池艙等能源、動力系統(tǒng)，并帶有折倒式通氣管和通信桅桿、X操縱面和泵噴推進器［8］。

3.2 “大鍵琴”（Harpsichord）無人潛航器

“大鍵琴”無人潛航器可由水面艦艇或潛艇搭載。第一代的“大鍵琴-1R”在21世紀初由弗拉迪沃斯拓克的俄羅斯科學院遠東分院海洋技術研究所研制，長度5.8m，殼體直徑900mm，重2.5t，實測下潛深度可達6083m，航速約3kn，作業(yè)時由運載艦船上的遙控臺控制。第二代的“大鍵琴-2R-PM”專供海軍特種部隊使用，由“紅寶石”海上裝備中央設計局設計。殼體直徑約1m，重量約3.7t，可由經過現(xiàn)代化改裝的949M型核潛艇以及BS-64“莫斯科郊外”號和K-329“別爾哥德羅”號特種核潛艇搭載［9］。

“大鍵琴”系列無人潛航器可進行海底探測、攝像，并向地面接收站傳送高分辨率圖像。俄羅斯曾多次將其用于北極地理考察，測定北極大陸架的高緯度邊界。還可為石油和天然氣公司提供地質勘探服務，或用于監(jiān)視海底管道和通信線路的狀態(tài)［10］。

3.3 “波塞冬”（Poseidon）無人潛航器

“波塞冬”核動力無人潛航器與世界其他國家研發(fā)的無人潛航器相比，具有深度大、航程遠、速度快、核常兼?zhèn)涞膬?yōu)勢。該無人潛航器由紅寶石中央海洋技術設計局和圣彼得堡孔雀石海洋機械制造設計局聯(lián)合研制。核動力使其巡航距離超過10000km，最高巡航速度超過60kn，最大潛深為1000m，既可搭載常規(guī)戰(zhàn)斗部，也可搭載核戰(zhàn)斗部，可對航母編隊、基地等多種目標實施打擊［11～13］?！安ㄈ钡难兄埔鸭{入俄羅斯《2018-2027年俄聯(lián)邦國家武器裝備綱要》內，計劃2027年-2030年間服役，首批裝備數(shù)量為32艘。

4 大型UUV主要作戰(zhàn)任務

4.1 時敏打擊任務

大型UUV攜帶彈藥量大，可對目標實施時敏打擊［14］。時敏打擊是指在極短時間內完成從探測目標到打擊目標的一系列過程，將彈藥投向目標。大型無人潛航器可攜帶武器或裝備武器發(fā)射艙，在敵方未察覺的情況下隱蔽接近，因此能以更快的反應時間消滅目標?？蓪降?、港口和基地的敵方水面艦艇、潛艇、輔助船等時敏目標進行監(jiān)視、跟蹤和攻擊［15］。

4.2 負載投送任務

由于水下運輸物資可避免倍空天偵察設備探測，且不受海況和氣候影響，大型無人潛航器可攜帶儲存裝備、燃料彈藥以及耗材，為特種作戰(zhàn)部隊和時敏打擊任務提供后勤支援保障［16］。也可為執(zhí)行其它任務而攜帶傳感器、部署或預置水雷武器等，將其運送至預定水域并布放，可對敵近岸海域的航道、港口和基地實施攻勢布雷［17］。

4.3 情報、偵察和監(jiān)視任務

由有人兵力投放或從己方海域自行隱蔽抵近敵方海岸或重要目標附近，進行長期潛伏，收集重要的水聲、電磁和光電情報數(shù)據，可大大增強己方的情報、偵察和監(jiān)視能力。通過各型聲納、水下電視等可對敵方航道、港口和基地附近的水下防潛網、水聲基陣等目標實施偵察；通過配置水聲測量裝置功能模塊，可測量并收集敵方目標的輻射噪聲、主動聲納信號以及海洋環(huán)境噪聲數(shù)據［18］。美海軍水下戰(zhàn)中心開發(fā)的“曼塔”（Manta）巨型UUV可攜帶熱成像儀、雷達偵聽接收機以及能夠以11Gb/s的速度處理數(shù)據的無線以太網鏈路，并且還在其前端部署了“雷摩斯”（Remus）無人潛航器實現(xiàn)遠程環(huán)境監(jiān)測。

4.4 模擬潛艇任務

模擬潛艇可作為信息戰(zhàn)的一種方式，以達到欺騙、威懾、瓦解敵人的目的。當前出至敵方附近危險海域，可使用潛艇噪聲模擬、回聲模擬和磁場模擬等任務模塊，以充當潛艇誘餌或對敵方兵力和兵器實施信息干擾。也可作為反潛戰(zhàn)訓練靶（Modular，Adaptive，Stimulator for Training&Test，MASTT），通過模擬各類潛艇目標性能參數(shù)，用于反潛作戰(zhàn)訓練以及潛艇傳感器和指揮系統(tǒng)校準。具有設計時間短、費效比高、維護成本低的特點［18～19］。

5 大型UUV未來發(fā)展趨勢

5.1 向著巨大化方向發(fā)展

更大體積和重量的大型UUV意味著具有更大航程和負載量。美軍20世紀90年代末研制的用于技術演示驗證的“曼塔”（Manta）大型無人潛航器重量為 7t～8t，而最新型的“虎鯨”（Orca）大型無人潛航器已達到45t。近年來，為彌補潛艇數(shù)量不斷減少而造成的戰(zhàn)斗力空缺，美國研制的大型UUV數(shù)量、型號不斷增加，很有可能在未來承擔大部分水下任務。除美、英、法等傳統(tǒng)海軍強國，伊朗、韓國等國也在積極開展大型UUV的研制［20］。

5.2 向著智能化方向發(fā)展

美國海軍在其2004年版《無人潛航器主計劃》中強調，無人潛航器傳感器技術的發(fā)展要圍繞“增強區(qū)域目標覆蓋率、提高目標分類與識別能力”來進行，未來無人潛航器要具備“感知核生化和爆炸威脅目標、通過非傳統(tǒng)途徑跟蹤敵方潛艇”等能力。大型UUV與人工智能新技術的結合，將使得大型UUV具備高度智能的自主路徑規(guī)劃、信息融合、智能判斷、任務智能決策等能力，可進一步提高作戰(zhàn)效能［21］。

5.3 向著多功能化方向發(fā)展

開放式模塊化發(fā)展是大型UUV一個最顯著的發(fā)展特點。采用模塊集成結構設計，可對航行深度和航行路徑進行預編成控制。通過更改模塊實現(xiàn)UUV的任務重構，既減小了設計難度，又降低了建設成本，從單一的任務平臺轉變?yōu)榭蓤?zhí)行多種任務的功能型任務平臺，可對上級作戰(zhàn)要求作出快速反應［22］。

6 結語

無人潛航器具有隱蔽性強、靈活機動、遂行任務多樣等特點。隨著各國不斷加大對大型UUV的研究力度，大型UUV憑借其強大的載荷搭載能力，配合水面艦艇、潛艇或單獨行動，或將催生出新的作戰(zhàn)樣式，改變傳統(tǒng)海上作戰(zhàn)格局。在發(fā)展大型UUV的同時，也應開展對大型無人潛航器的應對研究工作，提高探測與攻擊能力，消滅其威脅于無形之中。