世界無人艇技術(shù)研發(fā)動態(tài)與作戰(zhàn)使用分析*

李 偉 徐軒彬 鄭振宇

（海軍大連艦艇學院 大連 116018）

1 引言

軍用水面無人艇（USV）是無人駕駛技術(shù)和現(xiàn)代作戰(zhàn)理念在軍事領域的優(yōu)勢結(jié)合，它融合了智能導航與制導、遠程通信、艦艇操縱自動化等多項前沿技術(shù)，是一個國家尖端科技的集中體現(xiàn)[1]。無人艇及其編隊作戰(zhàn)具有決策快速、以小博大、可有效減少人員傷亡等突出優(yōu)勢，自面世以來深受世界各軍事強國的青睞與重視，紛紛推出新一代產(chǎn)品[2]。

2 無人艇技術(shù)研發(fā)動態(tài)

在無人艇技術(shù)的研發(fā)鏈條中，世界各國除了在傳統(tǒng)的導航智能化、姿態(tài)控制與遠程通信方面發(fā)力以外，隨著無人艇技術(shù)的服役使用，各國發(fā)現(xiàn)，一些看起來“非核心、非主流”的因素卻在實際上影響或制約著無人艇實際使用的效果，而這些技術(shù)逐漸成為近年來的研究熱點[3]。

2.1 船型設計與制造

船型技術(shù)是水面無人艇快速性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵技術(shù)，目前，已有產(chǎn)品主要包括半潛、常規(guī)滑行、半滑行、水翼等艇型，在研產(chǎn)品集中于常規(guī)滑行、半滑行兩種[4]。常規(guī)滑行通常采用V型、深V型或M型，綜合性能好，拖曳能力強，但對負載分布非常敏感，穩(wěn)定性差；半滑行型艇具有較低的阻力和較高的適航性，耐波性好，是一種性價比高、航行姿態(tài)穩(wěn)定的水面平臺，航速可超過30節(jié)。

2.2 吊放與回收技術(shù)

無人艇吊放是無人艇實際使用的第一步，回收則是最后一步，無論吊放與回收，傳統(tǒng)上均需要母艦艦員輔助配合，難以適應高航速、高海況時的需求，因為這不僅耗費大量的時間，還大大增加了人員操作時的危險性。

鑒于此，各國競相研發(fā)快速安全又不需要人工干預的吊放回收方式[5]。美國“獨立”級瀕海戰(zhàn)斗艦采用的是艉部收縮臂式收放系統(tǒng)，而“自由”級瀕海戰(zhàn)斗艦采用的是舷側(cè)伸縮收放系統(tǒng)，德國主要為自行研發(fā)的吊艇架式收放系統(tǒng)，法國主要為艉部雙滑道式收放系統(tǒng)，耗時最短、海況影響最小的是塢艙式回收方式。

2.3 通信與網(wǎng)絡安全

無論現(xiàn)在以受控為主的工作模式還是未來自主規(guī)劃為主的工作模式，可靠通信的范圍就是無人艇有效工作的范圍。在無人艇挑戰(zhàn)賽中，通信問題頻發(fā)，除了同頻干擾外，強烈的電磁環(huán)境也是重要原因。在未來海戰(zhàn)場，復雜的電磁環(huán)境將是無人艇工作的強大威脅，而對于大中型無人艇，遠海通信體系的保障能力尤為重要。

此外，由于船舶與所控無人艇的緊密聯(lián)系，網(wǎng)絡的安全性非常重要?？偟脑瓌t是設置網(wǎng)絡深度防御機制，對網(wǎng)絡侵害行為進行阻止、辨識防范，降低惡意攻擊對系統(tǒng)的損害[6]。

3 世界主要國家的無人艇裝備及作戰(zhàn)使用理念

目前，全球無人艇市場共有60余種型號，軍用無人艇占比超過70%。無人艇裝備及其作戰(zhàn)使用是一個國家海軍戰(zhàn)略的自然延伸，各國依據(jù)各自不同的軍事需要產(chǎn)生了技術(shù)側(cè)重不同的產(chǎn)品，呈現(xiàn)百花齊放的繁榮發(fā)展局面。

3.1 美國

在水面無人艇方面，美國始終占據(jù)技術(shù)發(fā)展的制高點，代表和引領著這一領域的發(fā)展方向。在作戰(zhàn)使用上，美軍認為，隱于深水之下的潛艇是對其遍布全球的航母艦隊的最大威脅，所以，運用無人艇反潛是美海軍最緊迫的任務[7]。在已經(jīng)定型或服役的十余款產(chǎn)品中，最新最強的無人艇為反潛連續(xù)追蹤無人艇（ACTUV，又名海上獵人），長約19m，排水量約157t，設計時速為27節(jié)，高于一般柴電潛艇的速度，作戰(zhàn)半徑3000km，海上續(xù)航時間長達30天，可攜帶無人潛航器，采用通氣管桅柱結(jié)構(gòu)，內(nèi)部安裝數(shù)據(jù)鏈與控制系統(tǒng)天線，在耐波性與續(xù)航力方面較傳統(tǒng)水面艦艇有明顯優(yōu)勢。

目前ACTUV面臨的最大挑戰(zhàn)是安全航行，尤其是海上避碰。由于沒有艦橋人員監(jiān)控，ACTUV需要一定的技術(shù)來保證其高度的態(tài)勢感知能力。此外，由于ACTUV需要在海上長期執(zhí)行任務，沒有海上自修能力，該艇的推進系統(tǒng)、任務系統(tǒng)及遠程通信能力必須具備高度的可靠性。

圖1 正在吊裝的美海軍ACTUV

3.2 以色列

以色列在無人艇裝備開發(fā)研制中具有先發(fā)優(yōu)勢，已經(jīng)擁有多型裝備入列，其中尤以“海上騎士”和“海星”兩型裝備最為先進[8]。在作戰(zhàn)使用上，以色列突出“察打一體”的特點，主要用于偵查預警和輕量級打擊。代表產(chǎn)品“海上騎士”由以色列拉斐爾先進防御系統(tǒng)公司研制，是前期主力“保護者”型的升級版。“海上騎士”艇體結(jié)構(gòu)擴展至11m，仍為噴水推進但在大浪中航行更為穩(wěn)定，航速最高40節(jié)，可連續(xù)航行12h，作戰(zhàn)半徑500km?！昂Ｉ向T士”配備有先進的導航雷達和全球定位系統(tǒng)，紅外傳感器能夠捕獲周邊環(huán)境、搜集情報并進行實時監(jiān)控。武備方面，配備一門水炮和多枚“長釘”導彈，是世界上首艘能發(fā)射導彈的水面無人艇，可執(zhí)行反恐攔截、精確打擊等任務，但目前主要用于海域巡邏。

圖2 以色列海軍“海星”無人艇

另一款主要產(chǎn)品“海星”由以色列航空防御系統(tǒng)公司獨家生產(chǎn)，主艇體結(jié)構(gòu)同為硬殼充氣式，艇長11m，有效載荷2.5t，最大航程300海里，可執(zhí)行偵察監(jiān)視、反水雷和電子戰(zhàn)?！昂Ｐ恰辈捎瞄_放式結(jié)構(gòu)，裝有光電傳感器、目標搜捕傳感器、通信情報系統(tǒng)等，武器配置為一門帶穩(wěn)定裝置的小口徑艦炮，其水上操作可由陸基、海基甚至空基平臺控制，綜合性能與“保護者”不相上下。

3.3 英國

英國海軍無人艇款型較少，受海軍規(guī)模與使命任務限制，主要遂行近海偵查監(jiān)視的作戰(zhàn)任務。2020年7月，英國防務巨頭BAE系統(tǒng)公司宣布研制成功“Pacific 950”無人武裝快艇，可自主駕駛長達10天，能夠以45節(jié)高速追擊目標、最大航程可達300海里[9]。該艇安裝有多種偵察監(jiān)視設備，并裝備一挺12.7mm機槍，能夠執(zhí)行從偵查監(jiān)視到引導攻擊的多個階段復雜任務。該艇所載智能系統(tǒng)會根據(jù)戰(zhàn)場環(huán)境進行自主定位與航路規(guī)劃，能夠在復雜海況環(huán)境中快速做出決策。鑒于機器人自主攻擊系統(tǒng)還不夠完善，艇上機槍的開火權(quán)仍由人工控制。

圖3 英國海軍“Pacific 950”無人艇

3.4 德國與法國

德國與法國無人艇研究及作戰(zhàn)使用均起步較晚，總體規(guī)模較小，種類不多。德國正嘗試將無人艇用于偵查和對點攻擊，法國則重點將無人艇的作戰(zhàn)使用放到戰(zhàn)場環(huán)境保障方面。

德國共有近10型無人艇處于研發(fā)或使用階段，主要在研型號為“哨兵”和“近岸攻擊”無人艇，尤以前者更為突出。“哨兵”無人艇采用模塊化結(jié)構(gòu)，全長近5m，外形設計和艇體材料使之具有優(yōu)良的隱形能力和抗沉性，艇上裝有聲納和雷達，另有代表德國工業(yè)水平的光電傳感器備用，已多次投入海試。

代表法國最高水平的無人艇為“FDS-3”無人獵潛艇，該艇全長8.3m，質(zhì)量6.7t，采用柴油動力推進，航速12節(jié)，續(xù)航力20h，通過艇載天線實施遙控，利用全球定位系統(tǒng)按照規(guī)劃航路航行，執(zhí)行過航道清掃、港口搜索等任務，尚未具備反潛作戰(zhàn)能力。

3.5 日本與新加坡

日本無人艇的特點為“輕、快”，作戰(zhàn)使用上側(cè)重于反水雷，典型產(chǎn)品為最新研制的水面無人艇為“OT-91”型，采用噴水推進，最高航速40節(jié)，主要用于海上情報偵察和反水雷等，另外，日本近年對外發(fā)布的“Aquarius”無人艇頗具看點，該艇采用三體船結(jié)構(gòu)，長5m，翼展8m，吃水僅1m，船體采用輕量級復合鋁制材料，采用太陽能和電力混合動力，巡航速度6節(jié)，是一款軍民合用的淺水新概念無人艇。

圖4 日本軍民兩用“Aquarius”無人艇

新加坡在無人艇研制上緊隨美國之后，作戰(zhàn)使用上秉承“一專多能”的理念，企圖以“無人”代替“有人”的作戰(zhàn)使用效果，典型產(chǎn)品為“警惕”級自主無人艇（IUSV）。該艇制造商Zycraft公司多年來不斷升級優(yōu)化其功能，時至今日最高速度已超過40節(jié)，續(xù)航能力30天，使用半徑1500海里，動力裝置為兩臺Yanmar渦輪柴油機，總功率960馬力，配有陀螺穩(wěn)定器用于穩(wěn)定滿載為25t的艇體，可以獨立自主進出港口并沿繁忙的水道航行。在未來，該艇將逐漸實現(xiàn)反潛、反蛙人、搜救和偵察任務。

總之，無人艇作戰(zhàn)理念與一個國家的海軍實力緊密相關(guān)，使命任務緊緊圍繞典型作戰(zhàn)樣式和海軍行動，服務服從于本國的海軍戰(zhàn)略。

4 發(fā)展趨勢

總體來講，水面無人艇技術(shù)發(fā)展趨勢表現(xiàn)為由單打獨斗向集群作戰(zhàn)發(fā)展、由自動化向智能化發(fā)展、由近海向遠洋發(fā)展，由單功能向多功能發(fā)展[11]。

4.1 進一步加強無人艇協(xié)同自主化

由于無人艇所處的水面環(huán)境十分復雜，不僅包括靜態(tài)障礙物，同時還受海況、其他艦船航行的影響，對自主駕駛的要求很高，所以，減少人工干預的成分、構(gòu)建安全的信息共享網(wǎng)絡、使無人艇具備自主機動和清除障礙的能力是未來無人艇技術(shù)發(fā)展的首要問題[10]。在作戰(zhàn)使用中，無人艇通常采用集群攻擊的方式打擊敵方單一大型艦艇，要求具有強大的指揮控制、態(tài)勢感知和實時信息處理的能力，相比于其他硬件系統(tǒng)，高度自主化和智能化是無人艇發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2020年8月，美國海軍在弗吉尼亞州詹姆斯河上進行了一次“蜂群”作戰(zhàn)演示，共有13艘無人艇參加，它們在收到直升機提供的威脅報警后，依托雷達和紅外傳感器探測目標，以集群作戰(zhàn)模式完成了一系列復雜動作，實施了對“入侵目標”的包圍和攔截，成功完成了護航作戰(zhàn)任務。

4.2 進一步提高續(xù)航能力

隨著未來無人艇執(zhí)行任務的多樣化，尤其是反水雷、反潛等軍事任務需要載荷笨重的武器彈藥，對無人艇的動力設備提出了更高的要求[11]。無人艇的優(yōu)勢在于快速性，但是在保證有效載荷的前提下實現(xiàn)長航程并表現(xiàn)出優(yōu)異的耐波形非常困難，美國等國家正在研究通過轉(zhuǎn)化太陽能、海浪能等方式為無人艇提供源源不斷的能源供應。

美國波音公司與液體機器人公司正致力于完善海浪波和太陽能混合驅(qū)動方案，初級產(chǎn)品已經(jīng)在美無人艇“SHARC”上展示，可自主航行1年；日本在太陽能利用方面已有成形產(chǎn)品問世。

4.3 進一步拓展作戰(zhàn)使用空間

從早期的以執(zhí)行偵察預警任務為主，無人艇的軍事應用逐漸向軍事打擊發(fā)展。鑒于海上反潛的高風險性和困難性，無人艇可能最先在反潛領域獲得突破，事實上，美國的“海上獵人”無人艇已經(jīng)具備一定的實戰(zhàn)反潛能力。在不遠的將來，無人艇可攜帶魚雷或小型反水雷武器執(zhí)行有限區(qū)域反潛或掃雷任務，此外，無人艇還將在電子戰(zhàn)領域得到應用，幫助海軍艦艇對敵實施引誘和迷惑。以以色列為例，由于其在無人機方面的發(fā)展也相對較成熟，實現(xiàn)無人機與無人艇的協(xié)同作戰(zhàn)預計會成為無人艇研發(fā)技術(shù)下一步發(fā)展的新方向[12]。

5 結(jié)語

無人作戰(zhàn)平臺將是未來戰(zhàn)爭中偵察監(jiān)視、情報收集、精準打擊、減少傷亡或?qū)崿F(xiàn)零傷亡的重要支撐。國外水面無人艇已經(jīng)走過了將近20年的發(fā)展歷程，自主決策、編隊智能協(xié)同完成多種軍事任務是未來發(fā)展的清晰目標。無人艇作為平臺中體積最大、自持力最強、所載設備和武器最多、可執(zhí)行任務最廣的類別，將會在未來戰(zhàn)爭中協(xié)同無人飛行器、無人潛航器、無人車輛等共同構(gòu)筑完整的無人化戰(zhàn)場，將人類社會戰(zhàn)爭形態(tài)推向新的高度。