水中無人作戰(zhàn)平臺發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析

杜方鍵 張永峰 張志正 高琳 田明

摘? 要：以水中無人作戰(zhàn)平臺為核心的海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，具備高強(qiáng)度可重復(fù)執(zhí)行高風(fēng)險作戰(zhàn)任務(wù)的能力，正在快速成長為一支強(qiáng)大的海戰(zhàn)場作戰(zhàn)力量，倍受各國海軍關(guān)注。文章重點(diǎn)從無人水下航行器（UUV）與無人水面艇（USV）兩個方面對水中無人作戰(zhàn)平臺的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)介紹，分析了水中無人作戰(zhàn)平臺的發(fā)展趨勢并給出未來發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：無人作戰(zhàn);UUV;USV

中圖分類號：TP242.6? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）27-0006-05

Abstract： The marine unmanned combat system， with the underwater unmanned combat platform as the core， has the ability to perform high-intensity and repeatable high-risk combat missions， and is rapidly growing into a powerful naval battlefield combat force， which has attracted the attention of navies all over the world. In this paper， the development status of underwater unmanned combat platform is introduced in detail from two aspects of unmanned underwater vehicle（UUV） and unmanned surface vehicle （USV）， and the development trend of underwater unmanned combat platform is analyzed and some suggestions for future development are given.

Keywords： unmanned combat; UUV; USV

引言

軍事科學(xué)技術(shù)日新月異的發(fā)展，在軍事領(lǐng)域引發(fā)了一系列革命性的變化，武器裝備的發(fā)展呈現(xiàn)出信息化、精確化、隱身化和無人化等特點(diǎn)。無人作戰(zhàn)平臺由于其便于執(zhí)行艱險任務(wù)，降低人員戰(zhàn)場威脅等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛研制并投入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用，進(jìn)一步指導(dǎo)和促進(jìn)了無人作戰(zhàn)平臺的研制與技術(shù)的開發(fā)。相較于空中與地面作戰(zhàn)，水面/水下作戰(zhàn)的危險性與困難程度更大，海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的建設(shè)在面臨嚴(yán)重水下威脅的我國顯得尤為緊迫。

海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是無人作戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，美國國防部（DoD）在最新版（2013版）《無人系統(tǒng)（一體化）路線圖》[1，2]中給出海上無人系統(tǒng)定義：“海上無人系統(tǒng)（UMS）包括無人海上航行器（UMV）、所必需的支援保障設(shè)備，以及完成任務(wù)所需的完全集成的傳感器和有效載荷，其中UMVs包括無人水面艇（USV，Unmanned surface vehicle）和無人水下航行器（UUV，Unmanned underwater vehicle）”。本文論述的海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)是指由水中無人作戰(zhàn)平臺、作戰(zhàn)任務(wù)載荷及通信指揮網(wǎng)絡(luò)組成的綜合化作戰(zhàn)系統(tǒng)，是信息化戰(zhàn)爭中奪取水面/水下信息優(yōu)勢、實(shí)施精確打擊、完成特殊作戰(zhàn)任務(wù)的重要手段。

隨著中國海洋國防戰(zhàn)略由近海防御向遠(yuǎn)海防衛(wèi)轉(zhuǎn)變，中國海軍正在加速轉(zhuǎn)型為遠(yuǎn)洋海軍，為應(yīng)對現(xiàn)實(shí)和可能出現(xiàn)的威脅，滿足國家戰(zhàn)略利益空間拓展、國家安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，中國需大力加強(qiáng)無人水下航行器[3]（UUV）、無人水面艇[4]（USV）等水中無人作戰(zhàn)平臺的研制力度，推進(jìn)海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展，提升中國海軍準(zhǔn)確、安全、快速遂行軍事任務(wù)的能力。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計可以忽略乘員的需求，其組成部分具有體積更小、重量更輕、航時更長、機(jī)動性更強(qiáng)、隱身性更好、生存能力更強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此系統(tǒng)作戰(zhàn)效能更高，倍受各海洋軍事強(qiáng)國關(guān)注。水中無人作戰(zhàn)平臺是海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的最主要組成部分，主要包括無人水下航行器（UUV），無人水面艇（USV）等。

1.1 無人水下航行器國內(nèi)外現(xiàn)狀

世界各軍事強(qiáng)國對無人水下航行器的發(fā)展極其重視，美國和歐洲已研發(fā)出多種軍用UUV[3，5，6]，亞太地區(qū)的新加坡和日本等國同樣熱衷發(fā)展此類技術(shù)，其中以美國研發(fā)平臺最多，技術(shù)也最先進(jìn)，表1給出了美國開發(fā)的部分軍用UUV概況。

除美國外，俄羅斯研制有用于搜索核潛艇的MT-88型和“泰菲絡(luò)納斯”型UUV，法國國家海洋開發(fā)中心研制有用于深海資源勘探的“逆戟鯨”號UUV，英國BEA系統(tǒng)公司研發(fā)的Tailsman型、挪威康斯伯格公司研發(fā)的Hugin-1000型、瑞典薩博水下系統(tǒng)公司研發(fā)的AUV62MR型、新加坡海軍“梅雷迪思”型等UUV可以完成情報偵察、反水雷等工作。

從表1中可以看出，1000m以上的淺海海域是大多數(shù)UUV的主要作戰(zhàn)區(qū)域，主要原因是多數(shù)UUV針對的作戰(zhàn)對象主要集中在淺海海域，如敵方水面艦艇、潛艇、水雷等，淺海作戰(zhàn)UUV的直徑大多在533mm以下，任務(wù)載荷較少，作戰(zhàn)應(yīng)用簡單，重點(diǎn)突出隱蔽機(jī)動作戰(zhàn)能力，多執(zhí)行防區(qū)滲透偵察、對潛跟蹤探測、掃/反水雷作戰(zhàn)等軍事任務(wù);深海作戰(zhàn)UUV的直徑大多在533mm以上，載荷類型多樣，重點(diǎn)突出多任務(wù)載荷搭載、多功能應(yīng)用能力，多執(zhí)行深海目標(biāo)探測、深海設(shè)施破壞、監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)部署、深海救援等作戰(zhàn)任務(wù)。

對表1中UUV性能參數(shù)進(jìn)行對比分析，能夠較為準(zhǔn)確反映UUV作戰(zhàn)能力并以較為明顯的區(qū)分界限描述UUV類型的性能參數(shù)就是UUV的直徑，最為明顯的就是Bluefin-9、Bluefin-12、Bluefin-21系列與REMUS-100、REMUS-600、REMUS-6000系統(tǒng)，利用直徑可以對上述UUV進(jìn)行準(zhǔn)確的型號劃分，而其他參數(shù)不具有類似區(qū)分能力。

2000～2004年間發(fā)布的2版《美海軍UUV總體規(guī)劃》[2，7，8]中將UUV分為便攜式（11～45kg）、輕型（324mm口徑，約230kg）、重型（533mm口徑，約1400kg，潛艇發(fā)射）、大型（約10t，水面艦或核潛艇投放）四類。這種分級方式受到國際現(xiàn)行魚雷標(biāo)準(zhǔn)口徑影響較大，由表1中可以看出，多數(shù)UUV采用324mm與533mm口徑，可以充分利用324mm輕型魚雷和533mm重型魚雷的發(fā)射裝置和建制保障裝備，迅速形成裝備規(guī)模和戰(zhàn)斗力。但這種分級方式存在兩個問題：（1）混合采用口徑和重量2個物理量作為分級依據(jù)，各級間界限不清晰，實(shí)際應(yīng)用中會引起一些爭議和混亂;（2）基于魚雷標(biāo)準(zhǔn)口徑分級忽視了垂直發(fā)射管、干濕遮蔽艙、艇體等發(fā)射途徑，已不能適應(yīng)UUV產(chǎn)品譜系的不斷擴(kuò)充。因此，美海軍在2016年提出了新的更科學(xué)更合理的UUV分類和分級方法。

美國海軍在2016年呈國會的《2025年UUV需求》[2，9]報告中將UUV分為自推進(jìn)UUV、環(huán)境驅(qū)動UUV和其他系統(tǒng)3大類。其中自推進(jìn)UUV分為4個級別：（1）超大型UUV，直徑大于2133mm，利用起吊裝置等操作設(shè)備從岸基或船上發(fā)射;（2）大型UUV，直徑533～2133mm，可從干式甲板塢艙（水平安裝潛艇背部）、潛艇載荷發(fā)射管（2210mm口徑垂直發(fā)射管）、以及合適的水面艦船上布放;（3）中型UUV，直徑254～533mm，可從潛用魚雷發(fā)射管、垂直發(fā)射管或逃生艙中發(fā)射;（4）小型UUV，直徑76～254mm，可由各類平臺甚至較大的無人海上航行器發(fā)射，潛艇上可從裝填發(fā)射器、垃圾處理裝置、逃生艙、水聲對抗器材發(fā)射器和指揮臺圍殼內(nèi)的通用模塊化桅桿底座中發(fā)射，水面艦船一般從舷邊布放與回收小型UUV，而潛艇一般僅發(fā)射而不回收。環(huán)境驅(qū)動UUV分為2類：（1）浮力滑翔器，借助固定翼將浮力變化轉(zhuǎn)化為前進(jìn)動力，推進(jìn)速度一般為1～2kn，攜帶的能源主要用于支持各類傳感器與通信載荷的長期工作，可從小艇/剛性充氣艇上發(fā)射與回收;（2）波浪滑翔器，將類似沖浪板的水面浮體通過臍帶纜與水下數(shù)米帶有一組小翼的滑翔器相連，利用小翼將波浪運(yùn)動轉(zhuǎn)化為推進(jìn)動力，速度1～2kn，浮體表面的太陽能板可為滑翔器電池充電，續(xù)航力可達(dá)數(shù)月，可由岸基或艦船布放和回收。

新的分級方法基于裝備現(xiàn)狀并面向軍事應(yīng)用，明確給出了各級別的直徑范圍和可采用的發(fā)射方式（水聲對抗器材、通海拋物口、逃生艙、魚雷發(fā)射管、垂直發(fā)射管、背駝式塢艙等），消除了因分級界限不明和口徑分級局限而產(chǎn)生的表述混亂、覆蓋不全的問題，更有利于軍用UUV成為建制裝備，快速形成戰(zhàn)斗力。對于少數(shù)異型UUV，如Manta、STDV、XRay等，可以選取合適的外形特征參數(shù)和折算方法劃入對應(yīng)級別。采用最新UUV分類方法，表1中Slocum與Sea Glider屬于浮力滑翔器，其余屬于自推進(jìn)UUV，依據(jù)直徑或折算參數(shù)可將自推進(jìn)UUV劃分至相應(yīng)級別，分級方式科學(xué)合理，清晰明確。

我國在無人水下航行器研發(fā)方面起步較晚，但也取得一些研究成果，先后研制了多型UUV[10]，具備較強(qiáng)的軍事應(yīng)用潛力，表2給出了我國研發(fā)的部分UUV概況。

從表2中可以看出，我國無人水下航行器存在口徑規(guī)格不統(tǒng)一，搭載布放方式單一（多為水面船布放回收）、多功能應(yīng)用能力不足等問題，UUV的發(fā)展缺乏長期連續(xù)的國家總體規(guī)劃指導(dǎo)，急需在國家層面制定符合我國國情與軍事應(yīng)用需求的我軍UUV總體規(guī)劃，制定科學(xué)合理的技術(shù)框架與發(fā)展路線，深入研究UUV的任務(wù)使命，拓展任務(wù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)我國軍用UUV的統(tǒng)一高效發(fā)展。

1.2 無人水面艇國內(nèi)外現(xiàn)狀

出于保護(hù)人身安全的目的，無人水面艇在執(zhí)行掃雷、偵察等危險系數(shù)高的任務(wù)時具有很大的優(yōu)勢，作為有人近海作戰(zhàn)艦艇的有效補(bǔ)充，已受到各國海軍的重視，但迄今為止，只有美國和以色列在USV的開發(fā)上取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，典型USV如圖1所示。

美國海軍于2007年發(fā)布的《USV主計劃》[4，11]加快了無人水面艇的發(fā)展，重點(diǎn)拓展USV反水雷戰(zhàn)、反潛作戰(zhàn)、海上安全、水面作戰(zhàn)、支持特種部隊作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)和海上攔截作戰(zhàn)等任務(wù)領(lǐng)域。

2011年，美國國防高級技術(shù)研究局（DARPA）將超長航時無人艇（ELEUSV）更名為反潛持續(xù)跟蹤無人艇[12，13]（ACTUV，ASW Continuous Trail Unmanned Vessel），明確了ACTUV的任務(wù)是在沒有人員支持的敵對環(huán)境下對敵方安靜型常規(guī)動力潛艇進(jìn)行長達(dá)數(shù)月的持續(xù)跟蹤。該無人艇重點(diǎn)突出穩(wěn)定性、續(xù)航力、自主導(dǎo)航等性能設(shè)計，采用主動聲吶作為主要探測手段，部署在港口要道、海上咽喉等關(guān)鍵海域，平時用于搜集潛艇情報，戰(zhàn)時作為反潛攻擊平臺使用。2016年4月7日，ACTUV技術(shù)驗證艇“海上獵手”號服役，開始為期2年的概念驗證和艇載傳感器測試。除軍方外，成立于20世紀(jì)90年代的Navtec公司研發(fā)了基于噴水動力的USV-Owl MKⅡ，它在隱蔽性和搭載能力上有顯著提高，并具有側(cè)掃聲吶和攝像功能，已被應(yīng)用在波斯灣。

以色列是在USV軍事化方面領(lǐng)先的國家。最負(fù)盛名的是以色列國防部研發(fā)的“保護(hù)者（PROTECTOR）”系列的USV，該USV能在不暴露身份的情況下執(zhí)行高危作戰(zhàn)任務(wù)，降低船員和士兵的作戰(zhàn)風(fēng)險?！癙ROTECTOR”采用遠(yuǎn)程控制方式，最大航速能達(dá)到40kn，該型號USV已被新加坡和美國軍方采購。以色列國防部還研發(fā)了一款自動航行的中型USV——“銀色馬林魚（Silver Marlin）”，通過岸邊監(jiān)控系統(tǒng)和衛(wèi)星通信控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對其的監(jiān)控。該USV能夠?qū)崿F(xiàn)船舶的自動避碰，并具有自動航行和超視距操作功能，能攜帶多個傳感器和武器系統(tǒng)，主要用于執(zhí)行沿海智能化巡邏任務(wù)，是防衛(wèi)、反恐、掃雷、搜救和救援的重要保障。2005年以色列Elbit公司推出一款“黃貂魚（Stingary）”號USV，它是基于Elbit公司在無人機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)的，船型小、隱蔽性好，能夠完成海岸物標(biāo)識別、智能巡邏、電子戰(zhàn)爭等多項任務(wù)。

國內(nèi)USV起步較晚，但已從最初的概念設(shè)計階段逐漸過渡到實(shí)際運(yùn)用階段，上海大學(xué)研發(fā)有“精?！盪SV，全長6.28m，寬2.86m，吃水0.43m，滿載重量2.3t，最大航速18節(jié)，最大續(xù)航力120海里，可按預(yù)設(shè)規(guī)劃航路自動完成規(guī)避障礙物，自主完成S形轉(zhuǎn)彎等特殊機(jī)動，其主要功能是自主完成水體環(huán)境要素探測、環(huán)境測量及海洋水文測量任務(wù)，具有較大軍事應(yīng)用潛力。上海海事大學(xué)研制有“海騰01”號高速USV，具有全自航模式、半自航模式和全遙控模式三種工作模式，配備有毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、前視聲納等監(jiān)測設(shè)備，可進(jìn)行水上和水下障礙物的全方位探測，并通過多源信息融合提高障礙物探測的準(zhǔn)確性和可靠性，為自主壁障提供足夠信息。中國航天科工集團(tuán)公司所屬沈陽航天新光集團(tuán)與中國氣象局大氣探測技術(shù)中心共同研制成功了我國首艘無人駕駛海上氣象探測船“天象一號”，探測船總長6.5m，船體用碳纖維制成，采用智能駕駛、雷達(dá)搜索、衛(wèi)星應(yīng)用、圖像處理與傳輸?shù)戎T多前沿技術(shù)，該探測船有人工遙控和自動駕駛（可按預(yù)定航線行駛）兩種駕駛方式，如途中遇到障礙物可通過目標(biāo)搜索識別系統(tǒng)和處理系統(tǒng)進(jìn)行避讓航行，該船配備可靠的動力系統(tǒng)，其航程可達(dá)數(shù)百公里，一次航行可在海面作業(yè)20天左右，填補(bǔ)了我國海洋氣象動態(tài)探測空白，在應(yīng)對海洋突發(fā)事件和監(jiān)測海洋、大型湖泊等的環(huán)境及災(zāi)害預(yù)警等方面具有重要意義。

相較于國外發(fā)展現(xiàn)狀，我國USV的發(fā)展依然缺乏符合我國國情與軍事應(yīng)用需求的總體規(guī)劃，軍事應(yīng)用潛能還有待挖掘，探測、通信、導(dǎo)航、對抗等事關(guān)USV整體作戰(zhàn)性能的關(guān)鍵子系統(tǒng)的戰(zhàn)術(shù)性能與聯(lián)合作戰(zhàn)能力仍有待提升。

2 發(fā)展趨勢

2.1 大力推進(jìn)平臺與載荷的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

美國海軍UUV、USV研究目標(biāo)的一部分就是實(shí)現(xiàn)模塊化，要求UUV、USV在設(shè)計和建造過程中采用更多的模塊化技術(shù)方法，并提出了實(shí)現(xiàn)模塊化的途徑。模塊化設(shè)計可以保障UUV、USV根據(jù)任務(wù)的不同加載不同的任務(wù)模塊，以及時適應(yīng)未來多任務(wù)作戰(zhàn)需求，如掃雷模塊、反潛模塊、電子戰(zhàn)模塊、誘餌模塊等，通過模塊化設(shè)計使UUV、USV具備更多的作戰(zhàn)功能。

在標(biāo)準(zhǔn)化方面，目前僅在UUV、USV的主尺度設(shè)計上考慮了標(biāo)準(zhǔn)化問題，還需在控制系統(tǒng)、關(guān)鍵接口、載荷連通性等各個方面實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，以期實(shí)現(xiàn)UUV、USV的通用化。在動力和推進(jìn)設(shè)備、探測設(shè)備、通信設(shè)備等方面均有系列產(chǎn)品，便于總體采購和選型。

2.2 充分借鑒并利用已有民用成熟技術(shù)與產(chǎn)品

新型裝備的發(fā)展往往要冒很大的風(fēng)險，在資金投入上也非常巨大。美國海軍在發(fā)展UUV、USV的過程中，充分利用了現(xiàn)有民用成熟技術(shù)，盡可能選用民間開發(fā)的UUV、USV作為試驗平臺，對其各種作戰(zhàn)能力進(jìn)行演示驗證。這種將民用技術(shù)轉(zhuǎn)化為軍用的模式，既滿足了需求，又降低了風(fēng)險，并節(jié)省了大量的系統(tǒng)研制費(fèi)用，同時也加快了研發(fā)速度。例如，美國的Bluefin系列、REMUS系列UUV均是從民用成熟產(chǎn)品改進(jìn)而來[3，14]。

2.3 不斷拓展任務(wù)領(lǐng)域，提升多任務(wù)作戰(zhàn)能力

隨著UUV、USV技術(shù)的不斷發(fā)展，其軍事應(yīng)用潛能不斷被挖掘，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出替代有人作戰(zhàn)平臺執(zhí)行高危作戰(zhàn)任務(wù)的范疇。UUV、USV已由傳統(tǒng)的水下靜止目標(biāo)探測（如軍事海底測繪、情報、監(jiān)視和偵察、水下障礙物搜索定位等），作戰(zhàn)載荷布放（水聲對抗器材、水下傳感器、聲吶浮標(biāo)等），反水雷（探雷、獵雷和滅雷）等任務(wù)能力，向具備執(zhí)行偵察和探測機(jī)動目標(biāo)如對方潛艇，快速環(huán)境評估、區(qū)域控制、中繼通信、中繼導(dǎo)航甚至火力打擊等多任務(wù)能力方向發(fā)展。

2.4 持續(xù)加快新技術(shù)與新材料的研發(fā)及應(yīng)用

UUV、USV作戰(zhàn)能力的拓展，作戰(zhàn)水平的提升，離不開計算機(jī)、信息網(wǎng)絡(luò)、人工智能、導(dǎo)航控制等眾多領(lǐng)域新理論與新技術(shù)的快速突破。目前，水中無人作戰(zhàn)平臺水下自主控制技術(shù)、路徑自主規(guī)劃技術(shù)、機(jī)動目標(biāo)探測技術(shù)、目標(biāo)智能識別技術(shù)、組合式導(dǎo)航技術(shù)、新型電池技術(shù)等一系列新技術(shù)得到了充分的重視和發(fā)展。

UUV、USV在使用傳統(tǒng)的鋼制、鋁制、鈦制材料的同時，也在不斷加大玻璃鋼、碳纖維、陶瓷和合成物等新材料的使用范圍，與傳統(tǒng)材料相比，新材料具有重量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕等諸多優(yōu)點(diǎn)，能夠有效減輕UUV、USV重量，提高續(xù)航力與負(fù)載能力，并具備更好的隱身性能。

3 結(jié)束語

總之，美國海軍在UUV、USV研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，部分裝備已經(jīng)投入使用，發(fā)展勢頭非常迅猛。其UUV、USV將向著高智能、系列化、多功能方向發(fā)展，UUV、USV協(xié)同作戰(zhàn)使用將成為未來發(fā)展的熱點(diǎn)。我國需要在國家層面統(tǒng)籌規(guī)劃未來我國海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)各方面的發(fā)展路線，深入研究海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的任務(wù)使命，拓展任務(wù)領(lǐng)域，對水中無人作戰(zhàn)平臺，如UUV、USV等重要組成部分制定科學(xué)合理的技術(shù)框架;增強(qiáng)海上無人作戰(zhàn)系統(tǒng)互操作性和開放性，從資金、政策等多個方向支持水中無人作戰(zhàn)平臺自治、能源、推進(jìn)、傳感器、信號處理、探測、通信和導(dǎo)航等關(guān)鍵技術(shù)的突破，帶動相關(guān)科學(xué)技術(shù)、相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展;鼓勵有實(shí)力的單位利用現(xiàn)有技術(shù)儲備與發(fā)展先進(jìn)技術(shù)研制多樣化、多功能、高自治能力的水面/水下無人作戰(zhàn)裝備，促進(jìn)水中無人作戰(zhàn)平臺穩(wěn)定、有序、良性發(fā)展，依據(jù)我國國情形成具有我國特色的國家海上無人作戰(zhàn)與作業(yè)裝備產(chǎn)業(yè)鏈，帶動海軍軍事實(shí)力的飛速提升與海上國民經(jīng)濟(jì)的快速增長。

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