國外海洋無人航行器的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

代 威，張 雯，張 瀝，解春雷，惠俊鵬

(1.中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院研究發(fā)展中心， 北京 100076；2.北京宇航系統(tǒng)工程研究所， 北京 100076)

目前，以計(jì)算機(jī)為代表的信息技術(shù)極大地推動(dòng)了經(jīng)濟(jì)、軍事、科技等現(xiàn)代社會(huì)各領(lǐng)域的變革。無人航行器的發(fā)展已經(jīng)逐漸得到軍事強(qiáng)國的高度重視，美國和歐洲遙遙領(lǐng)先其他國家，引領(lǐng)著無人航行器的發(fā)展[1]。美國國防部自2000年起先后發(fā)布了6份無人航行器發(fā)展路線圖，2013年12月發(fā)布的《2013—2038年無人航行器綜合路線圖》，描述了空中、海上、地面無人航行器發(fā)展趨勢(shì)與特點(diǎn)，提出了未來25年美軍無人航行器發(fā)展的總體思路和具體構(gòu)建[2]。在軍事領(lǐng)域，以無人艦為代表的海洋無人航行器發(fā)展迅速，現(xiàn)已開始大量裝備各國軍隊(duì)[3]。本文對(duì)國外海洋無人航行器進(jìn)行了梳理并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。

1 水面無人航行器

水面無人艇發(fā)展至今雖已有70多年的歷史，但相較于無人機(jī)、無人車系統(tǒng)，水面無人艇還是一個(gè)較為陌生的無人系統(tǒng)平臺(tái)。水面無人艇是指那些可由水面艦船或岸基布放回收，以半自主或全自主方式在水面航行的無人化、智能化作業(yè)平臺(tái)。由于在第二次海灣戰(zhàn)爭時(shí)期無人艇的優(yōu)異表現(xiàn)增加了世界各國海軍對(duì)無人艇的興趣，目前，美、英、法、以色列、日本等國都在不斷研發(fā)先進(jìn)的高速水面無人艇，以增強(qiáng)其海軍戰(zhàn)斗力。從發(fā)展現(xiàn)狀來看，無人艇的功能集成正在日益增多，船型正在由單體向多體等高性能船舶發(fā)展，使用范圍也在不斷拓展。目前，無人艇發(fā)展典型代表有美國的“Autocat”和“Spartan”無人艇、以色列的“Protector”和“Stingray”無人艇、葡萄牙的“Delfim”無人艇、意大利的“Charlie”無人艇和英國的“Springer”無人艇等[4]。

“Sparatan”無人艇項(xiàng)目由美國主持，聯(lián)合法國、新加坡共同研制?！癝paratan”試驗(yàn)艇搭載于“葛底斯堡”號(hào)導(dǎo)彈巡洋艦，其參加了波斯灣作戰(zhàn)行動(dòng)后，美國海軍部根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果開始大規(guī)模的研制工作，并將其列入瀕海戰(zhàn)斗艦(Littoral Combat Ship,LCS)的全套武器裝備清單中。“Sparatan”無人艇有兩種設(shè)計(jì)方案，均為硬殼充氣型高速滑行艇，它既能自主航行也可遙控操縱，艇長11 m，排水量2.3 t，最高航速可達(dá)50 kn，自持力可達(dá)12 h，可搭載1 350～2 300 kg的有效載荷。

2003年以色列拉斐爾公司與航空防務(wù)系統(tǒng)公司共同開發(fā)了著名的“Protector”號(hào)無人艇。該艇于2005年開始裝備部隊(duì)，用于執(zhí)行保衛(wèi)領(lǐng)水和近岸水域任務(wù)，在試驗(yàn)和使用過程中顯示出了較高的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，是以色列無人艇研究的典型代表。該艇艇長9 m，排水量4 t，最高航速40 kn，最大載荷1 t，續(xù)航力約8 h，艇上裝備1挺7.62 mm或12.7 mm機(jī)槍，同時(shí)備有電動(dòng)機(jī)械瞄準(zhǔn)傳動(dòng)裝置的火控系統(tǒng)，有遙控和自主兩種控制模式。

法國在無人艇領(lǐng)域的典型代表主要有ACSA公司的“Basil”號(hào)、Sirehna公司的“Rodeur”號(hào)無人高速滑行艇，其中“Rodeur”水面無人艇可執(zhí)行多種任務(wù)，包括反水雷、反潛、偵察監(jiān)視、海上安防、海洋環(huán)境探測(cè)及調(diào)查等。

日本對(duì)無人艇的相關(guān)研究工作也開展得相對(duì)較早。日本Yamaha公司研發(fā)的無人高速軍用艇(UMV-H)采用深V形設(shè)計(jì)，長4.44 m，最大航速40 kn，兼具遙控和自主兩種模式。

“Charlie”號(hào)雙體無人艇由意大利機(jī)器人技術(shù)集團(tuán)研發(fā)，該艇艇長2.4 m，寬1.7 m，并配備GPS及KVH型陀螺儀，其電力推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為鉛酸電池、太陽能電池板聯(lián)合供電，螺旋槳推進(jìn)。此外，英、德、葡萄牙等國也研發(fā)了各自的水面無人艇，如“Springer”“Swordfish”和“See-Wiessel”等。

2 水下無人航行器

無人水下航行器的研制最早始于20世紀(jì)50年代末，主要用于海洋科學(xué)研究。20世紀(jì)70年代，無人水下航行器常通過遙控方式用來執(zhí)行搜探失事潛艇、反水雷等軍事任務(wù)。20世紀(jì)80、90年代,隨著小型化組合導(dǎo)航、遠(yuǎn)程水下通信、小型低能耗計(jì)算機(jī)等技術(shù)的突破，無人水下航行器開始具備半自主控制能力，但由于成本高，未正式列裝。到20 世紀(jì)90年代末，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟，無人水下航行器在民用領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并借助成熟商用技術(shù)使其成本明顯降低，逐步出現(xiàn)具備反水雷等功能的無人水下航行器并裝備部隊(duì)[5]。21世紀(jì)以來，無人水下航行器的自主控制水平和推進(jìn)動(dòng)力得到了進(jìn)一步提高，其任務(wù)開始向反潛、水下偵察等領(lǐng)域擴(kuò)展。期間，美國先后兩次修改了無人水下航行器的發(fā)展規(guī)劃，在2007年后，將空中、水下和地面多維空間的無人系統(tǒng)進(jìn)行整合，每兩年發(fā)布一次《無人系統(tǒng)發(fā)展路線圖》并滾動(dòng)修訂，最新版截至為2013年發(fā)布的《無人系統(tǒng)綜合路線圖(2013—2038)》。對(duì)軍用無人水下航行器發(fā)展影響較大的是2011年美海軍發(fā)布的《水下戰(zhàn)綱要》，其中提出要加強(qiáng)對(duì)大型無人水下航行器、特種作戰(zhàn)航行器、水下分布式網(wǎng)絡(luò)、全球快速打擊系統(tǒng)等有效負(fù)載的利用。針對(duì)所開發(fā)的有實(shí)用價(jià)值的研制樣機(jī)(如大排量無人水下航行器)，為能盡快列入部隊(duì)服役，2016年美國防部變革了無人水下航行器的采購辦法，采用邊研制邊采購入役的辦法，以期縮短獲得新研無人水下航行器的采購時(shí)間。無人水下系統(tǒng)和無人水面艦艇主要執(zhí)行反水雷、情報(bào)監(jiān)視偵察、反潛、港口保護(hù)等任務(wù)，服役數(shù)量正在增加，目前正在發(fā)展精確打擊、編隊(duì)蜂群作戰(zhàn)等能力。歐洲針對(duì)無人水下航行器的研究一直在展開，一些關(guān)鍵技術(shù)的研究更優(yōu)先于美國[6]。2010年，歐洲防務(wù)局(European defense agency,EDA)發(fā)布了《海上無人系統(tǒng)方法與協(xié)調(diào)路線圖》，提出協(xié)調(diào)歐洲各國力量,共同促進(jìn)無人水下航行器等系統(tǒng)的發(fā)展。

美國有多型在研和在役無人水下航行器，覆蓋各種排水量和動(dòng)力類型。其中，便攜型無人水下航行器2型，均在役，全部用于反水雷；輕型無人水下航行器中，4型用于反水雷，1型用于海洋環(huán)境調(diào)查，均在役；重型無人水下航行器中，在役3型，在研多型，且多型用于反水雷，1型用于情報(bào)偵察，1型用于海洋環(huán)境調(diào)查；大型無人水下航行器中，目前多型在研，近期即將服役的是LD無人水下航行器，其余皆處在論證與研發(fā)階段。上述多型無人水下航行器中，僅1 型為滑翔式,其余均為電動(dòng)力推進(jìn)型。美國研發(fā)的無人水下航行器在動(dòng)力(比能210 Wh/kg)、自主化水平(等級(jí)達(dá)6級(jí))、導(dǎo)航精度(航程×0.1%)及水聲通信(10～20 km范圍內(nèi)速率達(dá)330 b/s)等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域均處于世界領(lǐng)先地位。其服役的典型型號(hào)有SAHRV(便攜型)、SMCM 增量2(輕型)和BPAUV(battlespace preparation AUV)(重型)等。SAHRV 是REMUS-100 的軍用版，在原版基礎(chǔ)上更換了聲吶等任務(wù)模塊，已裝備“奧斯汀”級(jí)兩棲船塢運(yùn)輸艦，并同時(shí)向英國、比利時(shí)、德國、荷蘭、新西蘭和新加坡等國出售，是目前銷售數(shù)量最多、應(yīng)用范圍最廣的反水雷無人水下航行器。SMCM 增量2 型是在民用無人水下航行器“金槍魚-12”的基礎(chǔ)上發(fā)展而成，可由水面艦艇上的A 型吊架布放和回收，原計(jì)劃用于反水雷。由于發(fā)展重點(diǎn)調(diào)整，美國已停止該無人水下航行器的進(jìn)一步研發(fā)，轉(zhuǎn)而發(fā)展重型的SMCM 增量3 型無人水下航行器。BPAUV 是在民用無人水下航行器“金槍魚-21”的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，曾多次參加美國艦隊(duì)的作戰(zhàn)演習(xí)及海上試驗(yàn)，目前已裝備近海戰(zhàn)斗艦，主要用于反水雷。此外，美國WHOI 的ABE AUV 最大潛深達(dá)6 000 m，最大速度2 kn，巡航速度1 kn，考察距離≥30 km，考察時(shí)間≥50 h，可在沒有母船支持下，長時(shí)間執(zhí)行海底科考任務(wù)，它是對(duì)載人水下航行器和ROV的補(bǔ)充，已構(gòu)成科學(xué)的深海考察綜合體系，為載人水下航行器提供考察目的地的詳細(xì)信息。由美國Hydroid公司生產(chǎn)的REMUS是先進(jìn)的無人水下航行器系列產(chǎn)品。其中REMUS 6000工作深度25～6 000 m，高度模塊化，代表了無人水下航行器的最高水平。

歐洲主要有挪威、英國、法國、德國及瑞典等國在研制無人水下航行器，在鋰離子電池、導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域與美國水平相當(dāng)或接近。挪威原有“休金”系列無人水下航行器，收購美國海德羅伊德公司后，先后研制出包括“休金”系列3 型、REMUS 系列3 型、Seaglider 滑翔式UUV[7]等多款成熟產(chǎn)品，型號(hào)數(shù)量僅次于美國。法國擁有“阿里斯特(Alister)”系列無人水下航行器，其中“Alister-9”為軍用無人水下航行器。該無人水下航行器于2013年7月開始海試，已有6 艘先后服役，服役后其名稱變更為“Alister-100s”。德國有3 型軍用無人水下航行器，分別是“海獺” MK I 、MK II 型和Deep C，前者由丹麥早期的“馬瑞丹-600”型民用無人水下航行器升級(jí)而來，有試驗(yàn)性質(zhì)，已交付使用；“海獺”MK II是德國最先進(jìn)的無人水下航行器,采用模塊化設(shè)計(jì)，目前尚處于在研階段；Deep C已交付德國海軍用于試驗(yàn)。這3 款無人水下航行器均可用于反水雷，Deep C還可執(zhí)行偵察、通信任務(wù)。瑞典擁有2 型無人水下航行器，分別是“雙鷹 SAROV”和“AUV 62 MR”。前者能在遙控與自主間切換使用，尚處于試驗(yàn)狀態(tài)；后者主要裝備于潛艇，已獲多個(gè)訂單，可用于反水雷及反潛戰(zhàn)訓(xùn)練誘餌。

俄羅斯對(duì)無人水下航行器的研究始于20世紀(jì)60年代末期，先后研制了MT-88(1988年)、“管道海獅”(1994年)等，主要用于深海水下搜索或海圖繪制。20世紀(jì)90年代之后，由于經(jīng)濟(jì)原因停止了相關(guān)研發(fā)，直到2012年8月，才重新宣布為水下特種作戰(zhàn)研發(fā)無人水下航行器。

日本自研無人水下航行器主要用于石油勘探、深海打撈等民用領(lǐng)域，技術(shù)水平與歐美相當(dāng)，但沒有自研軍用無人水下航行器，其海上自衛(wèi)隊(duì)使用的無人水下航行器多外購美國，典型型號(hào)包括REMUS-600 和Gavia。此外，日本的R2D4水下機(jī)器人長4.4 m，寬1.08 m，高0.81 m，重1.506 kg，最大潛深4000m，能自主收集數(shù)據(jù)，可用于探測(cè)噴涌熱水的海底火山、沉船、海底礦產(chǎn)資源和生物等。

韓國的無人水下航行器主要用于深海探測(cè)，典型民用型號(hào)為OKPO-6000，尚無軍用無人水下航行器服役。印度軍用無人水下航行器尚處于實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段，主要在研產(chǎn)品為“瑪雅”。

3 結(jié)論

海洋無人航行器具有機(jī)動(dòng)靈活、成本低廉、無傷亡、適合大規(guī)模生產(chǎn)、可在各種環(huán)境甚至高危海域執(zhí)行任務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，可攜帶多種類型的傳感器或武器，執(zhí)行探測(cè)、打擊任務(wù)，因此各國積極發(fā)展高度自主化的無人水面及水下系統(tǒng)，高度重視水面及水下無人航行器作戰(zhàn)價(jià)值，促進(jìn)實(shí)戰(zhàn)能力發(fā)展；同時(shí)不斷攻關(guān)水面及水下關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)無人航行器多樣化發(fā)展，提升無人航行器作戰(zhàn)效能，使作戰(zhàn)能力逐步增強(qiáng)。