國外研制的作戰(zhàn)無人水面艇

當(dāng)前，各國的無人水面艇（USV）已經(jīng)開始武裝化，但是利用無人水面艇從事各類海上軍事活動(dòng)還處在相對(duì)初期階段。美國海軍部門的一份市場(chǎng)報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)在2017-2022年間，USV行業(yè)的規(guī)模將擴(kuò)大近一倍。其中，國防應(yīng)用可能會(huì)占據(jù)主導(dǎo)位置。

隨著傳感器、聲吶、軟件、機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)算法等技術(shù)的進(jìn)步，USV能力也得到了極大的提高，特別是海上的自主作戰(zhàn)能力。許多國家的海軍都在研制新的USV，這些USV不再是簡(jiǎn)單的“眼睛和耳朵”，而是能開展包括反水雷（MCM）、電子戰(zhàn)（EW）和反潛戰(zhàn)（ASW）在內(nèi)多種作戰(zhàn)行動(dòng)的重要裝備。此外，這些USV安全性、使用效率也得到了極大提高，成本效益也更好。以反水雷任務(wù)為例，有人駕駛的掃雷艦船一天的花銷可能要高達(dá)10萬美元/艘，利用無人潛航器（UUV）進(jìn)行掃雷耗時(shí)且低效，水下通信也一直是一個(gè)難以突破的挑戰(zhàn)。相比以上系統(tǒng)，USV既能節(jié)省開支，又能提高效率，且不受通信問題限制。

“海上獵手”

2016年4月，美國海軍對(duì)外展示了 40m長的“海上獵手”（Sea Hunter）試驗(yàn)型無人水面艇，并聲稱該平臺(tái)將進(jìn)一步發(fā)展為監(jiān)視和ASW平臺(tái)。美國國防部副部長稱“海上獵手”將成為USV發(fā)展的一個(gè)“拐點(diǎn)”，他認(rèn)為在今后五年內(nèi)，USV作戰(zhàn)艦隊(duì)必將出現(xiàn)在西太平洋和波斯灣上，很可能會(huì)徹底改變海上作戰(zhàn)、商業(yè)運(yùn)輸?shù)淖o(hù)航方式，無人貨船將來往于各國之間，USV將完成各種軍事任務(wù)，避免作戰(zhàn)人員的傷亡。

美國海軍聲稱，“海上獵手”是目前世界上最大的USV，可以在世界各大洋巡邏，搜尋并跟蹤敵方艦船和潛艇，航行速度約為50km/h，可以在海上停留數(shù)月執(zhí)行相應(yīng)任務(wù)，航程可達(dá)18520km，全過程不需要船上有人。雖然“海上獵手”能夠自主探測(cè)前方有否其他海上航行器和障礙物并規(guī)避碰撞的能力，但是為了安全，試驗(yàn)階段的“海上獵手”仍搭載了操控人員隨行，不過后續(xù)一旦驗(yàn)證系統(tǒng)安全可靠，將完全轉(zhuǎn)為無人駕駛的自主航行模式。

美國海軍還指出，“海上獵手”無需遠(yuǎn)程控制，只在出發(fā)前對(duì)其發(fā)出執(zhí)行任務(wù)命令，指示將前往的地點(diǎn)和需要完成的任務(wù)，船載軟件將控制其自主完成任務(wù)后安全返回基地。此外，“海上獵手”的雷達(dá)以及自動(dòng)艦船識(shí)別系統(tǒng)可以自主地對(duì)周邊范圍進(jìn)行有效監(jiān)控，一旦發(fā)現(xiàn)可疑船只，“海上獵手”將用攜帶的多種傳感器和先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)船只進(jìn)行檢查。目前，美國的反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人艇（ACTUV）研究團(tuán)隊(duì)還在研制一種相機(jī)拍攝技術(shù)，可以幫助“海上獵手”完成艦船的分類。

據(jù)了解，美國軍方計(jì)劃為“海上獵手”項(xiàng)目投資2000萬美元，預(yù)計(jì)未來“海上獵手”的運(yùn)行成本為每天1.5萬～2萬美元之間，從成本上看相當(dāng)?shù)土?/p>

“保護(hù)者”無人水面艇

以色列拉斐爾（Rafael）先進(jìn)防務(wù)系統(tǒng)公司研制的“保護(hù)者”（Protector）無人水面艇系統(tǒng)，被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最成熟的作戰(zhàn)無人水面艇，具備較強(qiáng)的監(jiān)視、識(shí)別和偵聽能力，能執(zhí)行偵察、識(shí)別和攔截?cái)撑?、反恐、反水雷?zhàn)、電子戰(zhàn)和精確打擊等任務(wù)。

“保護(hù)者”USV以9m長的剛性充氣艇為基礎(chǔ)，采用噴水推進(jìn)方式，排水量4t，航速超過55.6km/h，續(xù)航時(shí)間8h，最大可攜帶1000kg的任務(wù)載荷，主要傳感器包括導(dǎo)航/搜索雷達(dá)和Toplite光電指揮儀穩(wěn)定瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，其中Toplite系統(tǒng)包括了第三代前視紅外傳感器、黑白/彩色電荷耦合（CCD）攝像機(jī)、視覺安全激光測(cè)距儀、先進(jìn)關(guān)聯(lián)跟蹤器和激光指示器等，可在白天、夜晚以及各種不利的天氣條件下，完成自動(dòng)探測(cè)及目標(biāo)指示。其他裝備還包括內(nèi)置“導(dǎo)航星”空間無線電導(dǎo)航系統(tǒng)接收機(jī)的慣性控制系統(tǒng)，水面目標(biāo)搜索雷達(dá)及以色列自行研制的“桅頂燈”（Mast ceiling light）光電系統(tǒng)（集成了視頻和熱成像攝像機(jī)以及激光測(cè)距儀）以及向不明身份的船只下達(dá)警告命令的擴(kuò)音系統(tǒng)。

在火力方面，“保護(hù)者”配備了拉斐爾武器開發(fā)集團(tuán)（Rafael arms development authority）研制的迷你“臺(tái)風(fēng)”穩(wěn)定武器系統(tǒng)，可使用12.7mm機(jī)槍或40mm自動(dòng)榴彈發(fā)射器。迷你“臺(tái)風(fēng)”武器系統(tǒng)還配裝有計(jì)算機(jī)化的火力控制系統(tǒng)和用于晝夜作戰(zhàn)的攝像機(jī)，操控者可以在指揮所通過小型便攜操縱臺(tái)和電視顯示器進(jìn)行遙控射擊。未來稍大型號(hào)的“保護(hù)者”還可以選裝一門30mm的艦炮。

“保護(hù)者”的其他設(shè)計(jì)特點(diǎn)包括：采用了模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)不同的任務(wù)需要快速安裝各種針對(duì)性的艇載設(shè)備，執(zhí)行反恐、情報(bào)、偵察和監(jiān)視、火力支援等多種任務(wù)；充分利用了隱身技術(shù)，甲板沒有雷達(dá)反射物和會(huì)增大雷達(dá)反射截面的設(shè)施和直角部位，艇體側(cè)面和上層建筑都為小角度傾斜，并在某些部位采用了雷達(dá)吸波材料；大量使用新材料，艇體采用玻璃鋼復(fù)合材料，艇的邊梁和框架都用碳纖維及輕質(zhì)復(fù)合材料取代傳統(tǒng)的鋼材料，不僅加固了艇體結(jié)構(gòu)，同時(shí)減輕了艇體重量，也降低了使用成本。

“保護(hù)者”無人水面艇從2005年起開始裝備以色列海軍，并成為主力作戰(zhàn)無人水面艇，雖然“保護(hù)者”能夠高速航行但在極端環(huán)境下卻不能保持船體穩(wěn)定，當(dāng)天氣狀況不好、海況不穩(wěn)定時(shí)，“保護(hù)者”必須被收回。此外，“保護(hù)者”也不能像無人機(jī)那樣發(fā)射導(dǎo)彈，使得其作戰(zhàn)價(jià)值大大降低。

“海上騎士”無人水面艇

針對(duì)“保護(hù)者”USV的不足，拉斐爾公司又升級(jí)發(fā)展了“海上騎士”（SeaK night）USV，雖然很多系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能和“保護(hù)者”類似，但實(shí)際上它已經(jīng)成為一種全新的系統(tǒng)。從一開始，“海上騎士”就被作為一種攻擊性武器系統(tǒng)來設(shè)計(jì)，不僅體型更大，還增加了發(fā)射導(dǎo)彈的功能，使其成為真正的無人導(dǎo)彈艇。據(jù)稱這也是全球首個(gè)能發(fā)射導(dǎo)彈的無人艇。目前，以色列國防軍海軍開始組建“海上騎士”無人水面艇分隊(duì)，以逐漸替代“保護(hù)者”USV。

據(jù)以色列海軍軍官透露，一個(gè)“海上騎士”分隊(duì)將由4艘無人艇和30名操控人員組成，用以執(zhí)行偵察、識(shí)別和攔截?cái)撑炓约胺纯?、反水雷?zhàn)、電子戰(zhàn)和精確打擊等任務(wù)。不過，短期內(nèi)將主要用于海域巡邏。

“海上騎士”搭載了反恐/海上護(hù)航任務(wù)載荷，除Toplite光電定位儀穩(wěn)定瞄準(zhǔn)系統(tǒng)和迷你“臺(tái)風(fēng)”穩(wěn)定武器站，還配備了一個(gè)四輪“長釘”延程（Spike ER）導(dǎo)彈發(fā)射器，并裝備了水炮系統(tǒng)用于非致命威懾，由于采用模塊化設(shè)計(jì)，所有的被動(dòng)和主動(dòng)任務(wù)載荷都可以在2h內(nèi)完成更換。

“海上騎士”繼承了“保護(hù)者”的高速航行的優(yōu)點(diǎn)，最大速度75km/h。艇長增加至11m，體型也更大，航行更加穩(wěn)定，可以前往距岸500km遠(yuǎn)處的海域執(zhí)行任務(wù)，續(xù)航時(shí)間也延長至12h，可以長時(shí)間航行執(zhí)行復(fù)雜的偵察任務(wù)。操控方面，“海上騎士”既可以由岸上基地控制站實(shí)現(xiàn)操控，也可以接收海上艦艇的遙控指令，當(dāng)需要執(zhí)行火力威懾時(shí)，“海上騎士”可以用導(dǎo)彈攻擊，也能用水炮噴射水柱進(jìn)行警告式攻擊。

在執(zhí)行護(hù)航任務(wù)時(shí)，“海上騎士”使用Toplite光電傳感器探測(cè)敵對(duì)目標(biāo)，查看敵方雷達(dá)信號(hào)發(fā)射的方向，并進(jìn)行分類，一旦確認(rèn)為敵方目標(biāo)，就會(huì)自行發(fā)射導(dǎo)彈將其摧毀，從探測(cè)到擊落只需幾秒鐘，且整個(gè)過程無需人在船上。“海上騎士”也可以被用于對(duì)付敵方的群體攻擊，保護(hù)有人駕駛船只的人員。通常是部署一個(gè)或兩個(gè)“海上騎士”無人水面艇作為第一道防線，每個(gè)水面艇都分別執(zhí)行各自的任務(wù)。

在執(zhí)行反恐任務(wù)時(shí)，“海上騎士”能第一時(shí)間攔截不明身份船只，避免作戰(zhàn)人員遭受小型武裝或自殺式襲擊，實(shí)現(xiàn)人員零傷亡。

在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)，“海上騎士”通過先進(jìn)導(dǎo)航雷達(dá)、全球定位系統(tǒng)、紅外傳感器和攝像機(jī)，獲取周邊的海上圖像、搜集情報(bào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視。

在特殊情況下，“海上騎士”還可用于配合常規(guī)艦艇，由操控人員在艦艇上遙控，參與海面戰(zhàn)斗，對(duì)付有重裝甲的艦艇，或?qū)撤脚炌нM(jìn)行攔截，甚至能在危急時(shí)刻用艦炮攻擊直升機(jī)。

目前，“海上騎士”的功能還在不斷升級(jí)與拓展，未來還將用于攔截?cái)撤綕撍藛T、安全投彈和投擲深水炸彈的任務(wù)。此外，“海上騎士”也在開發(fā)用于攔截岸邊地面單位的反坦克導(dǎo)彈。

“海鷗”無人水面艇

眾所周知，UUV進(jìn)行水下通信是非常困難的，壓縮并傳送聲吶數(shù)據(jù)更是一個(gè)挑戰(zhàn)。USV可以同時(shí)連接兩種航行器，因此其另一個(gè)主要作用就是作為水面艦艇和UUV之間的通信節(jié)點(diǎn)。如“保護(hù)者”USV在執(zhí)行掃水雷任務(wù)時(shí)，一邊利用多波束聲吶探測(cè)淺水區(qū)域中的水雷，一邊使用艇上聲學(xué)任務(wù)載荷實(shí)時(shí)地與執(zhí)行任務(wù)的UUV進(jìn)行通信，接收UUV傳輸?shù)膱D像，最后再將匯總信息傳輸?shù)降孛婊蛘咚媾炌系目刂普?。這樣就避免了UUV在執(zhí)行反水雷任務(wù)時(shí)需要回到水面之后才能傳輸獲取的數(shù)據(jù)的問題。

同時(shí)，其他一些國家的開發(fā)商也在努力突破水下通信技術(shù)障礙。2017年5月，加拿大國防部宣布，研制了一種魚雷外形的UUV，可以使水下通信的過程更快捷。這種UUV利用聲吶掃描海底，并使用圖像識(shí)別技術(shù)來搜索水下類似水雷外形的不明物。隨后，UUV可以將圖像發(fā)送到遠(yuǎn)處的接收器，接收器最遠(yuǎn)可至130m。然后，操控人員可以查看圖像并將其發(fā)送給其他船員或遙控UUV對(duì)該區(qū)域進(jìn)行更詳細(xì)的探索。

雖然現(xiàn)在還沒有任何一個(gè)國家的海軍反水雷部隊(duì)完全用無人系統(tǒng)取代有人系統(tǒng)，但是美國和英國等一些國家正朝著這個(gè)方向前進(jìn)，一些原始設(shè)備制造商（OEM）也正在積極地開發(fā)相應(yīng)的技術(shù)。

以色列埃爾比特系統(tǒng)公司聲稱，“海鷗”（Seagull）多任務(wù)無人水面艇已經(jīng)已完成研制工作，將全面投入使用?！昂ｚt”USV是一種專門用于端到端（從頭到尾）掃雷任務(wù)的系統(tǒng)，可以探測(cè)、分類、定位，識(shí)別在海底懸浮以及在水面漂移的水雷，并予以清除。

“海鷗”長12m，最高時(shí)速達(dá)60km/h，在航速15km/h的情況下可以持續(xù)工作4天，通過光電和紅外傳感器以及各種聲吶來搜索海上威脅。該系統(tǒng)也是目前世界上唯一一種從一開始就被設(shè)計(jì)為具備多任務(wù)能力的USV，操控人員可以通過一臺(tái)控制器同時(shí)控制兩艘水面艇。由于“海鷗”具有高度自主能力，操控者只需下達(dá)任務(wù)指令，無需制定任務(wù)流程，水面艇就能自主搜索識(shí)別和清除水雷。此外，“海鷗”的艇首還配備1挺遙控機(jī)槍，艇尾攜帶聲吶或者掃雷工具，可以攜帶各種設(shè)備。

除了反水雷任務(wù)外，“海鷗” USV還可以執(zhí)行反蛙人和反潛戰(zhàn)等任務(wù)。在反潛戰(zhàn)任務(wù)中，“海鷗” 將配備了吊放聲吶和魚雷等任務(wù)載荷。

“海鷗”無人水面艇系統(tǒng)一般由兩艘水面艇和一個(gè)控制系統(tǒng)組成，在執(zhí)行反水雷任務(wù)時(shí)，第一艘船使用K5900側(cè)掃聲吶和R2Sonic前向聲吶，用于搜索，探測(cè)和分類，最大航行速度為22.2km/h，通常以14.8～18.5km/h之間航行。第二艘USV將控制一個(gè)小型遙控潛水器（ROV）和一個(gè)帶爆炸性彈頭的UUV，先用ROV進(jìn)行水下識(shí)別，一旦識(shí)別出水雷之后就用攜爆炸頭的UUV將其清除，全過程自主進(jìn)行，包括由USV發(fā)射和回收ROV和UUV，而控制站也不受位置的約束。

“海鷗”無人水面艇系統(tǒng)采用的反水雷手段比現(xiàn)今一般的反水雷方式要快很多，當(dāng)?shù)谝凰襏SV掃描出疑似目標(biāo)后，第二艘會(huì)去進(jìn)一步識(shí)別和清除，同時(shí)，第一艘USV可以繼續(xù)掃描，所以可以在很短的時(shí)間內(nèi)覆蓋很大的一片水域。而USV部署ROV的重要意義是可以進(jìn)入水下區(qū)域，相比于其他執(zhí)行反水雷任務(wù)的手段，可以節(jié)省更多資金和人力。

埃爾比特系統(tǒng)公司還在研制一種合成孔徑聲吶，可以對(duì)更復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，預(yù)計(jì)將在今年投入使用。雖然“海鷗”無人水面艇系統(tǒng)在最復(fù)雜的情況下，仍需要有4個(gè)人來監(jiān)控，但是相比傳統(tǒng)的有人反水雷艦需要多達(dá)50名的船員，優(yōu)勢(shì)巨大。

2017年6月，使用柴油燃料的“海鷗”USV參加了比利時(shí)國防部組織的無人水面艇反水雷（USV MCM）演習(xí)，在5～6級(jí)海況下，以18.5km/h的速度實(shí)時(shí)地探測(cè)、識(shí)別和分類水雷，掃描了3個(gè)不同區(qū)域，分別進(jìn)行圖像處理，即時(shí)生成了可用數(shù)據(jù)，并向比利時(shí)海軍發(fā)布了現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告。

其他作戰(zhàn)無人水面艇

提升USV性能的關(guān)鍵之一是增強(qiáng)自主性，特別是用于作戰(zhàn)的USV，必須使用智能算法、聲吶和導(dǎo)航技術(shù)，集成攝像機(jī)、雷達(dá)等不同的任務(wù)載荷，構(gòu)建戰(zhàn)術(shù)圖像，以做出明智且重要的決策，包括自動(dòng)探測(cè)障礙和避免碰撞、何時(shí)部署探雷聲吶等。

英國ASV環(huán)球公司已經(jīng)研制了數(shù)個(gè)用于探測(cè)水雷、反水雷、ASW以及遙感和監(jiān)視任務(wù)的小型無人水面艇，這些水面艇都應(yīng)用了ASV公司的ASVIEW控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)自主性，包括利用自學(xué)習(xí)技術(shù)識(shí)別水中的物體、處理各種類型的數(shù)據(jù)，識(shí)別海上遇到的不同場(chǎng)景。當(dāng)遇到一艘形跡可疑的拖網(wǎng)漁船做以前沒有看到過的事情時(shí)，USV會(huì)自主前往該處進(jìn)行檢查。但是，USV必須有能力選擇有價(jià)值的事件，而不是不加選擇地處理遇到的所有事件造成進(jìn)入超負(fù)荷運(yùn)行。

德事隆系統(tǒng)公司研制了通用無人水面艇（CUSV）。CUSV長1.8m， 能自主地執(zhí)行任務(wù)，并根據(jù)需要導(dǎo)航到任何應(yīng)急航路點(diǎn)。由于CUSV的任務(wù)載荷可靈活設(shè)計(jì)，用戶可自由快速配置任意的任務(wù)載荷，執(zhí)行拖曳、反水雷、反潛和反水面戰(zhàn)、通信中繼、發(fā)射和回收無人機(jī)和水下系統(tǒng)以及情報(bào)、監(jiān)視和偵察等任務(wù)。2014年，美國海軍簽訂合同，將CUSV作為“無人感應(yīng)掃雷系統(tǒng)”（UISS）計(jì)劃的一部分。

為了能使USV適應(yīng)更多的任務(wù)，德事隆等公司研制了只需花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)就能更換不同任務(wù)載荷的模塊化系統(tǒng)，并改善了不同的USV之間的互操作性。德事隆公司是通過Syntrian多系統(tǒng)控制和協(xié)作技術(shù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的互操作性。該系統(tǒng)能與德事隆的iCommand系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互操作，后者是一個(gè)能將人員、無人平臺(tái)和任務(wù)載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)鏈接的作戰(zhàn)空間管理系統(tǒng)。Syntrian系統(tǒng)的特點(diǎn)是：可以進(jìn)行多域控制，可以通過即時(shí)相互通增強(qiáng)包括無人系統(tǒng)、有人駕駛軍用飛機(jī)和地面部隊(duì)在內(nèi)的多平臺(tái)間的協(xié)作。此外，無論是在陸地還是海上，用戶都可以通過各類控制器增強(qiáng)的態(tài)勢(shì)感知能力并及時(shí)做出明智的決策，處理當(dāng)前和未來任務(wù)。

不過，要真正實(shí)現(xiàn)互操作性不是一件簡(jiǎn)單的事情，因?yàn)楦鲊约巴粐也煌髽I(yè)都開發(fā)了各自的無人系統(tǒng)。到目前為止，這些無人系統(tǒng)涉及的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)和運(yùn)行規(guī)范還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。此外，在通信、自主性和反水雷等技術(shù)方面也需要有一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，這也許需要組建一個(gè)跨國海上無人系統(tǒng)組織才能解決。

（責(zé)任編輯：王瀟一）