國(guó)外海軍無(wú)人自主系統(tǒng)反潛戰(zhàn)創(chuàng)新運(yùn)用研究

程之年，周明貴，高 萌

（中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一四研究所，北京 100101）

0 引言

隨著各國(guó)擁有潛艇數(shù)量和戰(zhàn)技水平不斷提高，反潛戰(zhàn)難度亦不斷增大。美歐等國(guó)認(rèn)為現(xiàn)有反潛戰(zhàn)戰(zhàn)法僅在敵方潛艇部署強(qiáng)度不大時(shí)有效，敵方一旦開始面向戰(zhàn)爭(zhēng)大規(guī)模部署潛艇，則現(xiàn)有反潛體系將難以應(yīng)對(duì)，迫切需要加大無(wú)人自主系統(tǒng)的應(yīng)用，創(chuàng)新反潛戰(zhàn)戰(zhàn)法，以重獲并鞏固水下優(yōu)勢(shì)。

1 當(dāng)前反潛戰(zhàn)面臨的主要挑戰(zhàn)

過去10年，不依賴空氣推進(jìn)的常規(guī)動(dòng)力潛艇大量裝備各國(guó)海軍，這些潛艇擁有極佳的安靜性，往往擁有更先進(jìn)的傳感器、通信系統(tǒng)和武器。中俄新一代核動(dòng)力攻擊型潛艇和彈道導(dǎo)彈核潛艇已開始服役，規(guī)模不斷擴(kuò)張[1]。

1.1 現(xiàn)有反潛戰(zhàn)法面臨失效風(fēng)險(xiǎn)

美國(guó)海軍認(rèn)為目前的反潛戰(zhàn)法與冷戰(zhàn)初期的方法變化不大，反潛戰(zhàn)主要任務(wù)是情報(bào)搜集和監(jiān)視，而不是戰(zhàn)斗。這種反潛戰(zhàn)概念依靠固定的海底傳感器，如聲學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)，或依靠配備拖曳陣列傳感器系統(tǒng)的艦艇來(lái)探測(cè)和初步跟蹤潛艇。隨后，由多架海上巡邏機(jī)和導(dǎo)彈驅(qū)逐艦對(duì)每艘敵方潛艇進(jìn)行監(jiān)控，然后將其交由攻擊型核潛艇進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)視?？丈浜退嫫脚_(tái)發(fā)射的魚雷殺傷力較低，很難直接擊沉潛艇[2]。當(dāng)有人平臺(tái)和消耗品（如聲吶浮標(biāo)或魚雷）耗盡或被用于執(zhí)行其他任務(wù)時(shí)，反潛戰(zhàn)行動(dòng)會(huì)轉(zhuǎn)換為保護(hù)高價(jià)值目標(biāo)的防御策略，而不是壓制靠近敵方水域的敵方潛艇行動(dòng)。這可能導(dǎo)致敵方潛艇在公?；顒?dòng)，從而威脅美國(guó)及其盟國(guó)的航運(yùn)和海上行動(dòng)。

1.2 反潛戰(zhàn)耗資高且需消耗大量資源

美歐等國(guó)目前采用的反潛戰(zhàn)法需要消耗大量經(jīng)費(fèi)和人力資源，并需要其他多任務(wù)平臺(tái)的支持，如驅(qū)逐艦和攻擊型核潛艇，而這些平臺(tái)還可能用于其他更重要的作戰(zhàn)任務(wù)中，如防空或反艦作戰(zhàn)。在各國(guó)國(guó)防預(yù)算持平或緊縮的情況下，這種反潛戰(zhàn)方法已成為日常運(yùn)維的巨大負(fù)擔(dān)[3]，且在對(duì)抗或沖突中，很難持續(xù)應(yīng)對(duì)敵方先進(jìn)潛艇部隊(duì)的大規(guī)模部署。此外，目前反潛戰(zhàn)法使用的各類武器裝備，難以有效摧毀敵方潛艇。因此，美歐等都在發(fā)展創(chuàng)新反潛戰(zhàn)概念，積極將無(wú)人自主系統(tǒng)引入反潛戰(zhàn)體系，以提高反潛戰(zhàn)行動(dòng)的有效性，降低作戰(zhàn)成本，并解放其他多任務(wù)平臺(tái)用于更重要的作戰(zhàn)任務(wù)中。

2 基于無(wú)人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念

美國(guó)基于無(wú)人自主系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用，提出了新型反潛戰(zhàn)概念，可分為進(jìn)攻性反潛戰(zhàn)和防御性反潛戰(zhàn)2類。

2.1 進(jìn)攻性反潛戰(zhàn)概念

進(jìn)攻性反潛是新型反潛戰(zhàn)概念的主要手段，旨在迫使敵方潛艇困守本土水域，或使其忙于躲避跟蹤或攻擊。該方法主要依靠無(wú)人系統(tǒng)來(lái)探測(cè)、跟蹤和壓制敵方潛艇。

無(wú)人自主、可部署聲吶、自動(dòng)聲學(xué)處理和通信網(wǎng)絡(luò)等成熟技術(shù)為潛艇探測(cè)、跟蹤和交戰(zhàn)創(chuàng)造新的機(jī)會(huì)，通過與更具進(jìn)攻性的反潛戰(zhàn)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)相結(jié)合，可提升反潛戰(zhàn)力量壓制和拒止敵方潛艇的效率，并降低作戰(zhàn)成本。

新型無(wú)人反潛戰(zhàn)系統(tǒng)及構(gòu)成要素如圖1所示，主要分為如下幾個(gè)階段。

圖1 新型進(jìn)攻性反潛戰(zhàn)概念及構(gòu)成要素Fig.1 Concept and components of new offensive ASW

1）獲取線索和探測(cè)。

使用傳感器在潛艇通過咽喉點(diǎn)和可能的運(yùn)輸通道時(shí)進(jìn)行探測(cè)，包括：①固定傳感器，如聲學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)；②電子情報(bào)或電光/紅外衛(wèi)星；③可重新定位的傳感器，如“可靠聲學(xué)路徑轉(zhuǎn)換系統(tǒng)”；④移動(dòng)傳感器，如由無(wú)人水面艇或超大排量無(wú)人潛航器配備的拖曳式被動(dòng)聲吶陣列[4]，以及由中型無(wú)人水面艇配備的拖曳陣列傳感器系統(tǒng)[5]。無(wú)人被動(dòng)聲吶將使用目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別算法，并通過越來(lái)越多的機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)增強(qiáng)識(shí)別效率，以從海洋背景噪聲中識(shí)別特定潛艇。

2）跟蹤。

在探測(cè)傳感器獲取線索的情況下，配備拖曳式主動(dòng)或被動(dòng)聲吶的中型無(wú)人水面艇將持續(xù)跟蹤敵方潛艇。為了進(jìn)一步定位或識(shí)別潛艇，中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)可通過部署聲吶浮標(biāo)，用雷達(dá)探測(cè)海洋情況，并使用無(wú)源信號(hào)情報(bào)能力來(lái)探測(cè)電磁傳輸。無(wú)人系統(tǒng)的搜索和跟蹤行動(dòng)可通過固定或可部署的海底傳感器、現(xiàn)有配備拖曳陣列傳感器系統(tǒng)的艦艇或其他有機(jī)會(huì)配備拖曳式陣列的艦艇進(jìn)行補(bǔ)充。

3）尾隨。

利用配備拖曳式主動(dòng)或被動(dòng)聲吶的中型無(wú)人水面艇，以及帶有雷達(dá)、光電/紅外和視覺傳感器的中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，在開闊海域自由地跟蹤敵方潛艇。在敵方潛艇本土水域外保持對(duì)潛艇的跟蹤，使其在沖突開始時(shí)能夠更快地參與戰(zhàn)斗，并通過反潛戰(zhàn)傳感器平臺(tái)尾隨潛艇獲取的線索，簡(jiǎn)化本土防御中的反潛戰(zhàn)任務(wù)。公開尾隨時(shí)，可使用中型無(wú)人水面艇拖曳輕型低頻主動(dòng)可變深聲吶，或使用滑翔式無(wú)人水面艇拖曳被動(dòng)聲吶陣列，在數(shù)十海里外對(duì)敵方潛艇進(jìn)行監(jiān)視；秘密尾隨時(shí)，可使用大量滑翔式無(wú)人水面艇或超大型無(wú)人潛航器拖曳被動(dòng)聲吶陣列，并配合以布放無(wú)源聲吶浮標(biāo)的無(wú)人機(jī)，在十幾海里遠(yuǎn)的距離上追蹤敵方潛艇。

4）交戰(zhàn)。

根據(jù)一戰(zhàn)、二戰(zhàn)以及冷戰(zhàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在條件允許的情況下，反潛戰(zhàn)的交戰(zhàn)將優(yōu)先壓制潛艇而不是摧毀潛艇。中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)使用小型、廉價(jià)的空射魚雷（如超輕型魚雷、深水炸彈或火箭推進(jìn)深水炸彈）進(jìn)行壓制攻擊?；蛘?，尾隨中的中型無(wú)人水面艇在可接受的風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)接近目標(biāo)潛艇，并發(fā)射短程防區(qū)外反潛武器，如帶有超輕型魚雷或深水炸彈戰(zhàn)斗部的反潛火箭彈，干擾目標(biāo)潛艇的行動(dòng)，使其更易于跟蹤。當(dāng)必須摧毀潛艇時(shí)，反潛攻擊將集中在咽喉要塞的位置，部署無(wú)人系統(tǒng)，并有效地使用威力更大、更致命的武器，例如攜帶重型魚雷和水雷的超大型無(wú)人潛航器[6]。

5）指揮與控制（C2）。

無(wú)人反潛戰(zhàn)概念將采用人類指揮與機(jī)器控制相結(jié)合的指揮與控制方法。在敵方本土水域和咽喉點(diǎn)進(jìn)行的無(wú)人搜索和跟蹤操作將高度自動(dòng)化，傳感器將遵循由人工智能工具實(shí)時(shí)制定和修改的搜索計(jì)劃，以減少操作員的工作量。部署到該地區(qū)的操作員將通過在行動(dòng)前和行動(dòng)期間審查搜索計(jì)劃、為自主控制系統(tǒng)提供導(dǎo)航和指控，并在必要時(shí)接管這些系統(tǒng)，從而管理進(jìn)攻性反潛戰(zhàn)行動(dòng)。搜索計(jì)劃將由指揮官批準(zhǔn)。人工指揮和機(jī)器控制將比全載人或全無(wú)人的部隊(duì)更有效，而且高技能人員及高價(jià)值平臺(tái)將更專注于認(rèn)知任務(wù)和情景作戰(zhàn)，而不是持續(xù)的搜索和跟蹤活動(dòng)。

2.2 防御性反潛戰(zhàn)行動(dòng)

如果進(jìn)攻行動(dòng)失敗或敵方潛艇數(shù)量過多，可轉(zhuǎn)而采用防御性反潛戰(zhàn)行動(dòng)，要求其海上編隊(duì)具備先發(fā)制人破壞敵方潛艇攻擊的能力。

如圖2新型防御性反潛戰(zhàn)概念所示，在敵方潛艇可能的行動(dòng)區(qū)域，陸基中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)和艦載無(wú)人機(jī)以常見的干擾敵方衛(wèi)星通信的頻率進(jìn)行電子戰(zhàn)，削弱敵方潛艇接收第三方目標(biāo)的能力；帶有低頻主動(dòng)可變深聲吶的中型無(wú)人水面艇搜尋敵方潛艇或阻止其靠近；帶有被動(dòng)拖曳陣列的中型無(wú)人水面艇、驅(qū)逐艦和護(hù)衛(wèi)艦將監(jiān)聽低頻主動(dòng)聲吶信號(hào)以及抵進(jìn)的敵方潛艇的頻率；指揮控制由美國(guó)海軍部署的P–8A或海軍編隊(duì)的驅(qū)逐艦或護(hù)衛(wèi)艦的指揮控制單元負(fù)責(zé)，可實(shí)現(xiàn)與P–8A直接進(jìn)行視距范圍內(nèi)的通信，或通過艦載垂直起降無(wú)人機(jī)中繼（如MQ–8C）實(shí)現(xiàn)與驅(qū)逐艦或護(hù)衛(wèi)艦通信。

圖2 新型防御性反潛戰(zhàn)概念及構(gòu)成要素Fig.2 Concept and components of new defensive ASW

探測(cè)到敵方潛艇時(shí)，可以使用裝備小型魚雷和深水炸彈的陸基中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)進(jìn)行交戰(zhàn)。如果未部署中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)，則可以使用P–8A海上巡邏機(jī)或艦載無(wú)人機(jī)。如果在距離美海軍和海上部隊(duì)約50 n mile的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)潛艇，則可通過驅(qū)逐艦或護(hù)衛(wèi)艦使用改進(jìn)的反潛火箭彈進(jìn)行攻擊[7]。

3 新型反潛戰(zhàn)概念作戰(zhàn)效能與成本對(duì)比案例分析

通過作戰(zhàn)場(chǎng)景分析可以發(fā)現(xiàn)，基于無(wú)人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念可滿足對(duì)更高反潛戰(zhàn)能力的需求，而且采購(gòu)和運(yùn)維成本較低。

1）虛擬背景。

美國(guó)情報(bào)機(jī)構(gòu)提供的信息表明，中國(guó)海軍南海艦隊(duì)和東海艦隊(duì)的潛艇正在開始新的部署，隨時(shí)準(zhǔn)備在西太平洋和菲律賓海發(fā)起行動(dòng)。這些潛艇很可能對(duì)美國(guó)海軍、運(yùn)輸路線以及日本南部和東部沿海地區(qū)造成威脅。需要進(jìn)行為期1個(gè)月的反潛戰(zhàn)部署[8]。

2）傳統(tǒng)反潛戰(zhàn)法。

使用帶有多功能拖曳陣列的驅(qū)逐艦和帶有聲吶浮標(biāo)的 P–8A巡邏機(jī)搜尋可能通過咽喉點(diǎn)的潛艇。一旦發(fā)現(xiàn)潛艇，由攻擊型核潛艇負(fù)責(zé)跟蹤和尾隨。當(dāng)雙方發(fā)生沖突時(shí)，攻擊型核潛艇負(fù)責(zé)對(duì)敵方潛艇發(fā)動(dòng)攻擊。

圖3 當(dāng)前反潛戰(zhàn)概念運(yùn)用Fig.3 Current ASW concept

但是，使用攻擊型核潛艇跟蹤和尾隨無(wú)法完全抑制對(duì)手，因?yàn)橹袊?guó)海軍目前有50多艘現(xiàn)代化潛艇，美軍估計(jì)其中超過24艘都部署在該咽喉點(diǎn)。因此，需要多架 P–8A、驅(qū)逐艦和潛艇監(jiān)視其通行路線，以便在交戰(zhàn)規(guī)則允許時(shí)發(fā)動(dòng)反潛戰(zhàn)攻擊。

3）基于無(wú)人自主系統(tǒng)的新反潛戰(zhàn)概念。

用“可部署可靠聲學(xué)路經(jīng)轉(zhuǎn)換陣列系統(tǒng)”（TRAPS）等可靈活部署的固定傳感器陣列代替聲吶浮標(biāo)搜尋場(chǎng)，只在固定傳感器探測(cè)到潛艇后，才使用中空長(zhǎng)航時(shí)無(wú)人機(jī)部署聲吶浮標(biāo)來(lái)跟蹤潛艇，大幅減少所需的飛機(jī)和聲吶浮標(biāo)的數(shù)量，并采用多靜態(tài)有源相干聲吶浮標(biāo)等精良傳感器可進(jìn)一步改進(jìn)潛艇跟蹤方案。潛艇駛離主動(dòng)或被動(dòng)聲吶浮標(biāo)搜尋場(chǎng)后，使用配備低頻主動(dòng)可變深聲吶或多功能拖曳陣列的中型無(wú)人水面艇進(jìn)行跟蹤，與被動(dòng)或多靜態(tài)聲吶保持聯(lián)系。交戰(zhàn)規(guī)則允許并且符合指揮官的作戰(zhàn)計(jì)劃時(shí)，跟蹤潛艇的中型無(wú)人水面艇就可以發(fā)動(dòng)反潛戰(zhàn)攻擊。

圖4 新反潛戰(zhàn)概念運(yùn)用Fig.4 New ASW concept

4）成本對(duì)比。

新反潛戰(zhàn)概念可降低反潛戰(zhàn)任務(wù)的運(yùn)維成本，進(jìn)一步節(jié)省費(fèi)用。采用當(dāng)前有人反潛戰(zhàn)方法，美海軍的采購(gòu)成本約為200億美元[9]，作戰(zhàn)支援成本約為1.48億美元[10]；而采用新反潛戰(zhàn)概念，美海軍的采購(gòu)成本約為17.54億美元[11]，作戰(zhàn)成本約為4 218萬(wàn)美元[12]。

表1 傳統(tǒng)反潛戰(zhàn)法相關(guān)采辦成本Table 1 Procurement costs associated with manned ASW concept

表2 傳統(tǒng)反潛戰(zhàn)法相關(guān)運(yùn)維成本Table 2 Operation and sustainment costs associated with manned ASW concept

表3 新反潛戰(zhàn)概念相關(guān)采辦成本Table 3 Procurement costs associated with unmanned ASW concept

表4 新反潛戰(zhàn)概念運(yùn)維成本Table 4 Operations and sustainment costs associated with unmanned ASW concept

4 結(jié)束語(yǔ)

就反潛戰(zhàn)殺傷鏈各個(gè)部分而言，無(wú)人自主系統(tǒng)性價(jià)比更高且具有更高的可擴(kuò)展性。盡管潛艇是一種十分高效的武器，但也存在一定的固有局限性。潛艇通常缺乏高水平的自衛(wèi)系統(tǒng)，無(wú)法做到完全隱藏，速度也不夠快。此外，潛艇的傳感器系統(tǒng)通常也無(wú)法快速評(píng)估正在對(duì)其發(fā)動(dòng)的攻擊是否能夠成功。因此，潛艇既無(wú)法像水面戰(zhàn)艦一樣與其他平臺(tái)進(jìn)行正面對(duì)抗，也無(wú)法像戰(zhàn)機(jī)一樣快速躲避攻擊。這些局限性決定了反潛作戰(zhàn)的一方可以利用大量低成本無(wú)人系統(tǒng)，通過偵察、跟蹤、干擾和攻擊手段對(duì)其實(shí)現(xiàn)壓制。無(wú)人自主系統(tǒng)在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、自主控制和通信協(xié)同等方面能力的快速進(jìn)步也為這一運(yùn)用提供了充分的技術(shù)基礎(chǔ)。

在各國(guó)海軍大力發(fā)展水面、水下、空中無(wú)人系統(tǒng)的背景下，新型基于無(wú)人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念具有諸多優(yōu)勢(shì)，如可以解決當(dāng)前有人反潛戰(zhàn)概念面臨的失效風(fēng)險(xiǎn)，顯著降低海軍反潛戰(zhàn)行動(dòng)的采購(gòu)和運(yùn)維費(fèi)用，并可將驅(qū)逐艦、護(hù)衛(wèi)艦等多任務(wù)平臺(tái)用于其他優(yōu)先等級(jí)更高的任務(wù)，與傳統(tǒng)有人反潛戰(zhàn)方法相比可更持續(xù)且有效?；跓o(wú)人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念符合美海軍正在實(shí)施的“分布式海上作戰(zhàn)”概念的要求，有望被美海軍采納，我軍應(yīng)密切關(guān)注基于無(wú)人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念的發(fā)展，積極應(yīng)對(duì)。