美軍大中型水面無人艇發(fā)展現(xiàn)狀及啟示

孔維瑋,馮偉強,諸葛文章,楊 星

(海軍研究院,北京 100161)

隨著大國軍事博弈競爭日趨激烈,美國、英國等世界軍事強國從提升戰(zhàn)略能力威懾，常規(guī)戰(zhàn)力優(yōu)化和新質戰(zhàn)力生成三個維度出發(fā),加緊研發(fā)新技術,采購新裝備,發(fā)展新力量。其中,水面無人裝備是海上新質力量的典型代表,將在未來海上作戰(zhàn)中發(fā)揮重要作用。

1 概述

美軍為做好高端戰(zhàn)爭準備,提升其對抗“反介入/區(qū)域拒止”(A2/AD)能力,提出了“分布式殺傷”作戰(zhàn)概念。美國海軍希望通過發(fā)展海上無人作戰(zhàn)兵力,實現(xiàn)其兵力結構向更加“分布式”的轉變,以此打造一支有人無人混合編組的海上作戰(zhàn)力量。2020年以來,美軍大中型水面無人艇原型艇相繼下水,廣泛參與綜合性試驗,進入了快速發(fā)展階段。根據(jù)2022年4月20日公布的《30年造艦計劃》分析,未來美軍大型水面無人艇數(shù)量預計將在27～153艘之間。為此,本文重點分析美軍大中型無人艇近年來的發(fā)展情況。

2 主要發(fā)展階段與研發(fā)試驗單位

為有序推進美軍水面無人裝備發(fā)展,2007年以來,美軍迭代發(fā)布了多個無人裝備路線圖,國防部下屬的海軍研究局、DARPA等多個部門并行啟動了大中型艇的研發(fā)工作,如圖1所示。

圖1 美軍大中型水面無人裝備發(fā)展情況

2.1 水面無人艇類別劃分

根據(jù)美國海軍2007年《無人水面艇主計劃》及2021年《海軍無人裝備總體戰(zhàn)略》,其水面無人裝備的主要類型按艇長不同進行劃分。艇長為12 m以下,劃歸為微小型和小型水面無人艇;艇長在12 m～50 m之間,劃歸為中型無人艇;艇長在50 m以上,劃歸為大型無人艇。美軍小型無人艇研發(fā)起步較早,典型型號為反水雷單元(MHU)、無人感應掃雷系統(tǒng)(UISS)和通用水面無人艇(CUSV),主要滿足獨立或輔助瀕海戰(zhàn)斗艦執(zhí)行反水雷任務,還將發(fā)展遠程水面無人艇(LRUSV),滿足海軍陸戰(zhàn)隊使用需求。美軍大中型無人艇起步相對較晚,根據(jù)2019年發(fā)布的《美國國會長期造艦計劃》,兩型平臺在2030財年時的裝備體系定位為配合DDG 51 Flight III、DDG(X)和FFG 62構建分布式海上作戰(zhàn)力量,增強體系的分布式打擊能力,主要執(zhí)行海上拒止(Sea Denial)和海上控制(Sea Control)任務。

2.2 主要發(fā)展階段

以第二次世界大戰(zhàn)之后零星發(fā)展的遙控艇為分析起點,美軍水面無人裝備發(fā)展具體可分為以下階段。

1)探索起步階段(二戰(zhàn)之后～2007年)。美軍在核爆炸樣本采集和越戰(zhàn)反水雷任務中探索了遙控無人艇的應用,生產(chǎn)了遙控靶艇，滿足演習演訓需求。

2)體系設計階段(2007～2015年)。以美軍2007年首次發(fā)布《無人水面艇主計劃》為標志,美軍在完成對典型作戰(zhàn)任務的梳理后,結合無人艇特點提出了發(fā)展型譜,明確了各型無人艇的基本概念、類型劃分、使命任務、技術體系和標準規(guī)范。后續(xù),在滾動更新的《無人系統(tǒng)發(fā)展綜合路線圖》中,迭代細化了水面無人艇的型譜組成,并將其納入美軍無人作戰(zhàn)體系總體建設通盤考慮,核心共用關鍵技術成體系突破,研究成果廣泛共享。2013年,受美海軍作戰(zhàn)部長辦公室(OPNAV N81)的委托和資助,美國蘭德公司發(fā)布了《海軍水面無人艇任務適用性》咨詢報告,進一步研究評估了水面無人艇的任務適用性和典型作戰(zhàn)概念。

3)平臺建設階段(2016～2020年)。以2016年反潛持續(xù)跟蹤無人艇首艇“海上獵手”號(Sea Hunter)下水,2017年大型無人艇“霸主計劃”(Overlord)啟動和2019年2艘反水雷通用無人艇簽訂為標志,美軍轉入水面無人平臺建設階段。2018年1月,美國海軍公開發(fā)布了《無人系統(tǒng)戰(zhàn)略路線圖》,部署遠景規(guī)劃、系統(tǒng)運用概念以及體系配套能力要求。同年3月,其啟動研發(fā)與部隊編制體制調整,將美國海軍海上系統(tǒng)司令部下屬的瀕海戰(zhàn)斗艦執(zhí)行辦公室(PEO LCS)更名為無人和小型戰(zhàn)斗艦艇執(zhí)行辦公室(PEO USC),負責統(tǒng)籌水面及水下無人裝備發(fā)展;2019年5月,成立水面第一發(fā)展中隊,對前期研發(fā)的各類無人平臺進行統(tǒng)一管理。

4)能力生成階段(2021年至今)。以2021年3月美海軍與陸戰(zhàn)隊聯(lián)合發(fā)布的《無人系統(tǒng)作戰(zhàn)框架》為標志,力圖繼續(xù)加強工業(yè)與學術領域的合作,優(yōu)化重大項目安排,加速推進無人裝備交付速度,以大型無人艇原型艇發(fā)射“標準-6”導彈為標志,充分驗證美軍無人裝備能力生成情況。2022年1月,美海軍發(fā)布《水面戰(zhàn):競爭利刃》報告,明確指出未來10年將向海軍部隊交付10種新型或改進型水面艦艇,中型和大型水面無人艇占據(jù)其中兩席。

2.3 主要研發(fā)及試驗單位

承擔美軍大中型無人艇發(fā)展的研究類機構均隸屬美國國防部,主要為高級研究計劃局、戰(zhàn)略能力辦公室和海軍部。為推動大中型無人艇試驗使用,美軍隨原型艇的交付,同步組建了水面無人艇試驗部隊。

1)高級研究計劃局(DARPA)

美國國防部國防高級研究計劃局(DARPA)下屬的戰(zhàn)術技術辦公室(TTO)是負責構想、設計以及組織研發(fā)試驗革命性技術的機構,致力于實現(xiàn)并保持美國壓倒性技術優(yōu)勢,主要通過定期舉辦“提案者日”活動,廣泛聽取軍地各方創(chuàng)新方案。該辦公室組織研發(fā)的項目有反潛持續(xù)跟蹤無人艇(ACTUV)、海上列車(Sea Train)、小精靈無人機項目、地面X戰(zhàn)術無人車等。

2)戰(zhàn)略能力辦公室(SCO)

戰(zhàn)略能力辦公室(SCO)是美國國防部直屬機構,負責推動無人系統(tǒng)、軟件和大數(shù)據(jù)以及新技術的落地應用與集成創(chuàng)新,為美國爭取“第三次抵消戰(zhàn)略”時間窗口發(fā)揮重要作用。該辦公室資助的項目周期通常不超過5年,典型項目包括幽靈艦隊(Ghost Fleet)、海上蜂群(Sea Mob)、自主駕駛無人車、對海戰(zhàn)斧導彈和標準-6導彈反艦能力改裝等。其中,幽靈艦隊以發(fā)展大型無人艇為主,海上蜂群以發(fā)展小型無人艇為主,該項目已更名為遠距離無人艇(LRUSV),通過集群使用方式滿足海軍陸戰(zhàn)隊的作戰(zhàn)需求。

3)海軍部(DoN)

美國海軍部下屬部門中,牽頭或與DARPA聯(lián)合開展水面無人艇項目的機構主要為海軍研究局(ONR)和海上系統(tǒng)司令部(NAVEA)。海軍研究局主要通過投資高校、企業(yè)和研究機構為美國海軍和海軍陸戰(zhàn)隊提供完整的解決方案。該機構與DARPA的戰(zhàn)術技術辦公室聯(lián)合組織了“海上獵手號”的建造與試驗,并兩次牽頭海上水面無人艇集群演示驗證。海上系統(tǒng)司令部主要負責美國海軍艦艇裝備的采辦業(yè)務,具體包括五個計劃執(zhí)行辦公室(PEO),其中,無人與小型艦船辦公室(PEO USC)主要負責小型有人無人艦艇發(fā)展。該辦公室下設七個項目辦公室(PMS),其中,無人海上系統(tǒng)項目辦公室(PM 406) 具體負責水面及水下無人裝備發(fā)展,包括單平臺研發(fā)以及愿景規(guī)劃等。此外,PM 406辦公室與DARPA的戰(zhàn)略能力辦公室聯(lián)合推進幽靈艦隊計劃。

4)試驗試用單位

2019年5月,美軍成立水面無人發(fā)展中隊(SURFDVRON),位于加利福尼亞圣地亞哥海軍基地,主要負責大中型水面無人裝備試驗和驗證,預計至2023年,該中隊將配備7艘無人艇(4艘大型水面無人艇原型艇,1艘中型無人艇原型艇,“海上獵手”和“海鷹”號)。2021年9月,美軍中央司令部宣布在位于中東地區(qū)的第五艦隊組建第59特遣部隊(Task Force 59),致力于開展海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)新技術測試與綜合集成,成為第一個遠離美國本土的海上裝備試驗評估機構，正在開展小型和新概念水面無人平臺驗證工作,預計2023年將配置100艘以上各類水面無人艇。2022年5月,美軍調整擴編水面無人發(fā)展中隊為水面無人艇第一支隊,預計配備約100人。

3 主要裝備發(fā)展情況

美軍的水面無人裝備發(fā)展思路和模式主要為“岸上試驗”與“海上原型平臺驗證”相結合的方式。其平臺與子系統(tǒng)的研發(fā)遵循系統(tǒng)工程框架(Systems Engineering Framework),按6個關鍵賦能領域(可靠平臺、船機電系統(tǒng)、自動化通信系統(tǒng)、集成化作戰(zhàn)系統(tǒng)、通用控制系統(tǒng)、感知系統(tǒng)以及配套任務載荷)并行推進。

3.1 中型水面無人艇(MUSV)

1)使命任務與基本指標

中型水面無人艇將作為具有分布式和低成本特點的探測感知節(jié)點,主要執(zhí)行偵監(jiān)和電子戰(zhàn)等任務,通過模塊化換裝載荷，形成一定的打擊能力。預計目標艇艇長為13.7～57.9 m,排水量約為500 t,最大航速為20 kn,巡航速度為10 kn,任務載荷搭載能力不小于25 t,如圖2所示。

圖2 中型無人艇原型艇概念圖

2)發(fā)展歷程

美軍最初未直接啟動中型水面無人艇項目，而是于2010年由DARPA牽頭“反潛持續(xù)跟蹤無人艇”(ACTUV)項目作為前期探索。2016年，首艇“海上獵手”號下水,該艇艇長為40 m,排水量為135 t,最大航速為27 kn,主要用于執(zhí)行反潛任務。2018年,DARPA將項目轉交給海軍研究局繼續(xù)研發(fā),國會同意在2019財年預算中啟動中型水面無人艇項目。2019年,該艇完成了往返圣地亞哥至珍珠港測試,總里程達到2 000 n mile。2021年,交付“海上獵手”號的改進型“海鷹”號,并參加“無人系統(tǒng)綜合問題”演習,如圖3所示。

圖3 “海上獵手”和“海鷹”號參加演習

同時,2020年，DARPA啟動“海上列車”項目,研發(fā)并驗證分布式中型水面無人艇編組的遠海部署可行性，探索通過平臺之間剛性或柔性編組,降低航行過程中的興波阻力,實現(xiàn)6 500 n mile的續(xù)航力。

3.2 大型水面無人艇(LUSV)

1)使命任務與基本指標

大型水面無人艇具有低成本、高可靠和模塊化特點,作為分布式打擊節(jié)點,執(zhí)行對海/陸作戰(zhàn)任務。預計該艇艇長為60～90 m,滿載排水量介于1 000～2 000 t,最大航速在27～30 kn之間,巡航速度為19 kn,持續(xù)工作時間不小于90天,可搭載16～32個 Mk-41型垂直發(fā)射單元,如圖4所示。

圖4 洛克希德·馬丁公司公布的大型水面無人艇模型

2)發(fā)展歷程

與中型水面無人艇發(fā)展類似,美軍最初未直接啟動大型水面無人艇項目,而是于2017年9月,由國防部戰(zhàn)略能力辦公室聯(lián)合美海軍無人海事無人系統(tǒng)計劃辦公室啟動“幽靈艦隊”計劃,也稱“霸主計劃”(Overlord)。該計劃分為兩個階段。第一階段為2017年9月至2019年9月,主要工作為樣艇建造。為提高經(jīng)費使用效率,美軍按照“優(yōu)先改造民用商船,視情同步建造全新大型無人艇”的思路籌劃,首先選擇的改裝平臺為商用快速補給船,重點提升機電系統(tǒng)可靠性,加裝智能任務系統(tǒng),平臺主尺度和任務載荷搭載能力遠小于目標艇指標,排水量僅500 t,艇長約為62 m,可搭載4套集裝箱式可倒Mk-41型垂直發(fā)射裝置,垂直發(fā)射單元數(shù)量為16個。美軍現(xiàn)已完成兩艘平臺改裝,并命名為“游騎兵”和“游牧民”號,如圖5所示。第二階段為2019年10月至2022年3月,主要工作為海上試驗試用。目前,兩艘大型無人艇相繼完成長距離航行測試,橫跨墨西哥灣至美國西海岸,總里程達到6 500 km,其中,98%的航程處于自動駕駛狀態(tài),僅通過巴拿馬運河期間存在人工介入,航行過程中的超視距指揮由隸屬于海軍無人第一發(fā)展中隊的海軍無人操控中心負責。在完成上述試驗后,美國戰(zhàn)略能力辦公室于2022年3月向海軍轉交該項目的管理權以及兩艘大型無人艇原型艇的所有權,后續(xù)將由海軍組織試驗工作。根據(jù)規(guī)劃,另兩艘大型無人艇原型艇“先鋒”號和“水手”號正在同步建造,預計2024年前完成交付。

圖5 “游牧民”和“流浪者”號原型艇

4 啟示分析

4.1 加強體系設計,以構建精干譜系滿足不同作戰(zhàn)任務需求

一是美軍強調以打造精干譜系為途徑,滿足多樣化任務需求?；仡欉^去15年,自2007年發(fā)布水面無人艇主計劃以來,美軍水面無人裝備譜系長期保持穩(wěn)定,雖然部分項目進行了微調(見表1),但基本保持了四個級別的同步發(fā)展,兼顧偵察監(jiān)視、反水雷、對海/對陸打擊和信息對抗任務。二是規(guī)范軟硬件基本框架。美軍2019年提出了無人海上自主架構(UMAA),該架構規(guī)范了系統(tǒng)框架和接口協(xié)議,支撐實現(xiàn)美軍海上無人系統(tǒng)之間的互操作能力,顯著縮短了現(xiàn)役武器裝備、探測載荷與大中型水面平臺適配調試周期,與其現(xiàn)役的作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)無縫連接。此外,中型無人艇將采用大型無人艇研發(fā)的指揮與控制系統(tǒng)解決方案,實現(xiàn)核心共用模塊的有效復用,具備實現(xiàn)“關鍵算法局部突破,成果廣泛輻射升級”的目標。

表1 美海軍大中型無人艇項目情況

4.2 強化能力建設,以驗證核心作戰(zhàn)概念牽引裝備迭代發(fā)展

一是摒棄以平臺建設為中心的思路,強調以能力為中心研發(fā)裝備。傳統(tǒng)建設思路通常以實現(xiàn)平臺自身能力為落腳點,最終產(chǎn)品與支撐作戰(zhàn)的概念差距較大,系統(tǒng)配套相對獨立,適用性較弱。以能力為中心則更加注重核心關鍵指標的實現(xiàn),依托軟硬件架構拓寬任務適用范圍,重點關注將裝備融入不同典型作戰(zhàn)場景后的要求,將平臺放在殺傷鏈中進行優(yōu)劣勢評估。二是以核心作戰(zhàn)概念為牽引進行統(tǒng)籌規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃,美軍將于2022年9月封存7艘提康德羅加型巡洋艦,單艘122枚垂直發(fā)射裝置計算,累計通垂缺口數(shù)量將達到854枚。按照分布式作戰(zhàn)的思想,在利用水面無人裝備補齊上述缺口總數(shù)的同時,應盡可能實現(xiàn)分散式部署。為此,美軍在估算大型水面無人艇數(shù)量時,按照單艇搭載32枚垂直發(fā)射裝置核算,提出了至少需要建造27艘的數(shù)量下限,并要求平臺具備搭載MK 41型通用垂直發(fā)射裝置以及平滑融入CISR的要求。三是積極探索新型作戰(zhàn)樣式。通常,空中無人裝備是海戰(zhàn)場情報獲取與目標定位的重要節(jié)點,但由于其綜合運用受到作戰(zhàn)海域、氣象條件等因素影響,美軍持續(xù)探索利用無人裝備前出至威脅區(qū)域以被動探測形式進行交叉定位,盡可能保持有人艦艇的靜默時間。2021年4月,美軍太平洋艦隊組織“無人綜合作戰(zhàn)問題21”(IBP21)演習,演習過程中“約翰芬”號導彈驅逐艦(DDG-113)成功利用有人無人平臺協(xié)同探測網(wǎng)絡提供的目指信息,超視距發(fā)射標準-6導彈,并成功擊中一艘靶船,同年9月,“游牧民”號大型水面無人平臺原型艇搭載集裝箱式發(fā)射裝置,成功發(fā)射標準-6導彈。雖然公開報道暫未明確大型水面無人艇加裝的載荷類型具體情況,但從披露的大型水面無人艇多媒體資料分析可知,其搭載的天線數(shù)量及類型顯著增加,尾部集裝箱式發(fā)射裝置設計緊湊便捷,大型水面無人艇成為美軍探索并驗證新型作戰(zhàn)概念的重要平臺。

4.3 注重試驗試用,務實分析任務適用性摸底可行應用樣式

一是大力推動水面無人裝備試驗試用。據(jù)報道,僅2021年,“海上獵手”和“海鷹”號參加演習數(shù)量多達五次。同時,“流浪者”和“游牧民”號也參加了演習和演示驗證,在“黎明閃電”演習中,單艇持續(xù)航行里程便達到4 700 n mile,兩艘艇累計里程達到28 982 n mile,完成了多類任務載荷試驗。由此可見,美軍大中型水面無人裝備試驗強度和頻次極高。二是及時反思、分析平臺任務適用性。2021年下半年，美軍第59特遣部隊通過完成商用低成本、可消耗的水面無人平臺試驗試用發(fā)現(xiàn):在電磁靜默狀態(tài)下,通過靠前部署多個水面無人平臺,能夠交叉定位實現(xiàn)目標位置解算,但由于隨著反艦導彈能力提升，大中型平臺生存威脅增加,以大中型無人艇為平臺構建海上戰(zhàn)術網(wǎng)絡效費不高。2022年4月,美海軍作戰(zhàn)部長專門在一次公開研討中提出,需謹慎評估發(fā)展中型水面無人艇的必要性,可能會根據(jù)進一步評估結果調整建造數(shù)量。同時,美國政府問責局(GAO)也在對美國海軍無人裝備發(fā)展進行調查分析后,發(fā)布了《海上無人系統(tǒng):海軍應及時改進實現(xiàn)早期投資效益最大化》報告,系統(tǒng)分析其無人裝備發(fā)展概況,并建議美國海軍評估不同使用樣式下的裝備綜合開銷,統(tǒng)籌裝備性能和經(jīng)費可承受度。

5 結束語

通過分析可見,過去五年中,美軍以“分布式”作戰(zhàn)概念為牽引,大力推進大中型水面無人艇發(fā)展,在完成裝備交付后,持續(xù)組織高強度綜合性試驗驗證,實現(xiàn)了對裝備戰(zhàn)技指標和應用樣式的摸底,加快了裝備能力生成,為后續(xù)迭代升級提供了有力支撐。分析美軍大中型水面無人裝備發(fā)展歷程和特點對加快我國水面無人裝備發(fā)展具有一定的借鑒意義。