反魚(yú)雷技術(shù)發(fā)展與展望

劉海曉,李 恒,馮 煒,趙 江,唐嘉鈺

(海軍研究院,北京 100161)

隨著現(xiàn)代超空泡、人工智能等高新技術(shù)不斷進(jìn)步,魚(yú)雷技術(shù)逐步向遠(yuǎn)程化、隱身化、高速化、智能化方向發(fā)展。著名的俄羅斯“暴風(fēng)”二代超空泡高速魚(yú)雷速度可達(dá)到200 kn[1]。魚(yú)雷技術(shù)的高速發(fā)展,為艦艇及潛艇的水下魚(yú)雷防御帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)。本文對(duì)魚(yú)雷防御技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行歸納總結(jié),并對(duì)反魚(yú)雷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。

1 典型反魚(yú)雷技術(shù)

1.1 機(jī)動(dòng)規(guī)避策略

機(jī)動(dòng)規(guī)避即水面艦艇在監(jiān)測(cè)到魚(yú)雷來(lái)襲時(shí),通過(guò)改變航向,提高航速,脫離來(lái)襲魚(yú)雷的感知范圍,達(dá)到避開(kāi)魚(yú)雷的目的。對(duì)于聲自導(dǎo)魚(yú)雷,只要避開(kāi)其自導(dǎo)接收扇面,拉開(kāi)與來(lái)襲魚(yú)雷之間的距離,即可等其航行耗盡[2]。對(duì)于尾流自導(dǎo)魚(yú)雷,艦艇采用高速機(jī)動(dòng)規(guī)避未必能擺脫魚(yú)雷的攻擊,但可以消耗魚(yú)雷的航程,同時(shí)延緩被命中的時(shí)間,為其他軟硬對(duì)抗措施爭(zhēng)取時(shí)間[3]。對(duì)于線導(dǎo)魚(yú)雷,除非確認(rèn)本艦已走出潛艇聲吶探測(cè)范圍,同樣只是延緩魚(yú)雷的命中時(shí)間[4]。

因此,該方法只有在應(yīng)對(duì)直航魚(yú)雷或感知范圍較小的聲自導(dǎo)魚(yú)雷時(shí)有一定效果,隨著尾流自導(dǎo)魚(yú)雷、線導(dǎo)魚(yú)雷、智能魚(yú)雷的發(fā)展,魚(yú)雷機(jī)動(dòng)性能、探測(cè)范圍、航行速度不斷提升,單獨(dú)依靠艦船機(jī)動(dòng)規(guī)避防御魚(yú)雷的效果越來(lái)越差,通常作為其他防御方法的補(bǔ)充手段。

1.2 軟對(duì)抗技術(shù)

對(duì)于來(lái)襲的聲自導(dǎo)魚(yú)雷,通過(guò)釋放聲波干擾源,使聲自導(dǎo)魚(yú)雷產(chǎn)生誤判,跟蹤誘餌或擊中誘餌,從而起到保護(hù)艦船的目的。常用的誘餌有拖曳式聲誘餌、懸浮式聲誘餌和自航式誘餌。

拖曳式聲誘餌是拖在艦艇后面幾百米處,發(fā)出艦艇模擬噪聲,這勢(shì)必會(huì)影響艦艇的機(jī)動(dòng)性能,并且其將魚(yú)雷吸引到距艦艇幾百米處,距離較近,有一定風(fēng)險(xiǎn)。懸浮式聲誘餌發(fā)射后懸浮在水中,可向外輻射艦艇噪聲模擬樣本,通過(guò)檢測(cè)、應(yīng)答聲吶或聲自導(dǎo)魚(yú)雷發(fā)射的主動(dòng)聲脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)襲魚(yú)雷的誘導(dǎo)[5]。相比拖曳式聲誘餌,懸浮式聲誘餌可以發(fā)射的距離更遠(yuǎn),但是模擬的是靜止目標(biāo),容易被魚(yú)雷識(shí)別。自航式誘餌不僅模擬目標(biāo)的聲學(xué)特性,還可以模擬目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性、磁場(chǎng)特性,對(duì)抗措施更加多元、智能。

對(duì)于尾流自導(dǎo)的來(lái)襲魚(yú)雷,可以采用氣泡發(fā)生器模擬艦船尾部氣流方式進(jìn)行誘導(dǎo)。通過(guò)發(fā)射攜帶氣泡發(fā)生器的火箭彈,將來(lái)襲魚(yú)雷引至其他方向。

1.3 硬殺傷技術(shù)

1.3.1 懸浮式深彈

深水炸彈可分為普通深彈及懸浮式深彈。普通深彈是當(dāng)發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚(yú)雷后,發(fā)射到距魚(yú)雷幾十米范圍以內(nèi)爆炸,可破壞魚(yú)雷的自導(dǎo)和控制系統(tǒng),同時(shí),爆炸產(chǎn)生的氣泡以及聲音也會(huì)對(duì)魚(yú)雷的聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)產(chǎn)生干擾。

懸浮式深彈是在普通深彈的基礎(chǔ)上,添加了聲探測(cè)聲吶、空中減速裝置以及懸浮裝置,可懸浮在水中。水面艦艇發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚(yú)雷時(shí),快速完成懸浮式深彈陣的鋪設(shè),懸浮在水中的深彈通過(guò)聲吶探測(cè)周邊環(huán)境,當(dāng)探測(cè)到魚(yú)雷經(jīng)過(guò)時(shí)自行引爆[6]。懸浮式深彈是一種行之有效的反魚(yú)雷手段,并且具有操作性強(qiáng)、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)。徐梁等[7]進(jìn)行了懸浮式深彈攔截方法的研究,田恒斗等[8]進(jìn)行了懸浮式深彈有效攔截域的研究,周杰等[9]進(jìn)行了懸浮式深彈毀傷半徑的研究。隨著懸浮式深彈研究的深入,因其較反魚(yú)雷魚(yú)雷(Anti-Torpedo Torpedo, ATT)操作更加簡(jiǎn)單、成本低廉,在艦艇或潛艇靜止情況下具有十分優(yōu)秀的作戰(zhàn)效能,今后較長(zhǎng)時(shí)間都會(huì)保留該反魚(yú)雷方式。

值得一提的是,由于懸浮式深彈與懸浮式聲誘餌的作戰(zhàn)方式存在一定的相似性,有人嘗試將這兩種器材聯(lián)合使用以期達(dá)到更好的作戰(zhàn)效能。大連艦艇學(xué)院賈躍、任磊等人2011年進(jìn)行了這兩種器材綜合使用的研究,對(duì)兩種器材的發(fā)射順序、布放方案、對(duì)抗效果、作戰(zhàn)模型、模擬仿真等各方面進(jìn)行了細(xì)致的研究[10-13]。

1.3.2 反魚(yú)雷魚(yú)雷

反魚(yú)雷魚(yú)雷(Anti-torpedo Torpedo, ATT)防御是水面艦艇或潛艇發(fā)現(xiàn)來(lái)襲魚(yú)雷后,發(fā)射專用魚(yú)雷直接毀傷來(lái)襲魚(yú)雷,使來(lái)襲魚(yú)雷自導(dǎo)控制系統(tǒng)破壞或毀滅。因反魚(yú)雷魚(yú)雷的目標(biāo)為來(lái)襲魚(yú)雷,屬于高速移動(dòng)的小目標(biāo),所以其較普通魚(yú)雷要有更好的制導(dǎo)能力、目標(biāo)捕獲能力、速度和機(jī)動(dòng)性能?，F(xiàn)各國(guó)報(bào)道的主要反魚(yú)雷魚(yú)雷型號(hào)及主要參數(shù)如表1所示。

表1 主要反魚(yú)雷魚(yú)雷型號(hào)及主要參數(shù)Tab.1 Main ATT models and parameters

從表1可以看出,目前國(guó)外ATT多數(shù)處于研發(fā)階段,俄羅斯小包已有列裝部隊(duì)的報(bào)道,海蜘蛛于2022年進(jìn)行了多項(xiàng)海試試驗(yàn),計(jì)劃在2025年實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)[15]。以上研制的ATT口徑都屬于小口徑,ATT航速均不高于50 kn。

各國(guó)的反魚(yú)雷魚(yú)雷研制分為兩種途徑,一是基于現(xiàn)有的輕型魚(yú)雷改裝,例如美國(guó)曾將Mk-46輕型魚(yú)雷改裝為反魚(yú)雷魚(yú)雷,俄羅斯的小包-E/NK系統(tǒng)配備的M-15反魚(yú)雷魚(yú)雷與MTT魚(yú)雷外形參數(shù)極為相似,法國(guó)和意大利的MU90 HK 反魚(yú)雷魚(yú)雷是在MU90輕型反潛魚(yú)雷的基礎(chǔ)上研制的。二是直接研制更小口徑的ATT,例如美國(guó)SMART、德國(guó)海蜘蛛等。反魚(yú)雷魚(yú)雷的目標(biāo)為魚(yú)雷,魚(yú)雷的目標(biāo)為艦艇或潛艇,因此,反魚(yú)雷魚(yú)雷的裝藥量不需要像魚(yú)雷那么大,采用更小口徑有助于減小水阻力,節(jié)省動(dòng)力,提高水中航行速度,進(jìn)而提高作戰(zhàn)能力。

除上述四種反魚(yú)雷魚(yú)雷以外,還有一種超空泡反魚(yú)雷魚(yú)雷,例如德國(guó)的“梭魚(yú)”超空泡ATT正在研發(fā)中,據(jù)報(bào)道航速可達(dá)240 kn[16];俄羅斯在第一代超高速魚(yú)雷基礎(chǔ)上成功研制了巡航速度達(dá)300 kn的反魚(yú)雷攔截超高速魚(yú)雷[17]。但是超空泡ATT與超空泡魚(yú)雷一樣,有兩個(gè)弊端需要克服。一是超空泡ATT因其空化器及火箭動(dòng)力的噪聲很大,會(huì)在前進(jìn)過(guò)程中在周?chē)纬梢粋€(gè)空氣屏障,造成超空泡ATT的聲吶探測(cè)功能受損,在航行過(guò)程中無(wú)法及時(shí)探測(cè)目標(biāo)動(dòng)向。因此早期的超空泡魚(yú)雷沒(méi)有自導(dǎo),只有直射,常采用兩雷或三雷齊射的方式增加命中率。因超空泡ATT直航的特性,將超空泡ATT用于應(yīng)對(duì)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷,但后來(lái)尾流自導(dǎo)魚(yú)雷在跟蹤到尾流后都采用蛇形路線前進(jìn),大大降低了命中率,因此早期的超空泡魚(yú)雷雖然速度上讓人驚艷,但是實(shí)際作戰(zhàn)使用上實(shí)屬雞肋。后來(lái),俄羅斯成功研制出裝有制導(dǎo)系統(tǒng)的超空泡魚(yú)雷,這種魚(yú)雷航程和速度都有較大提高,可以根據(jù)需要減速航行進(jìn)行目標(biāo)搜索和捕獲,發(fā)現(xiàn)目標(biāo)再高速攻擊[17]。而德國(guó)“梭魚(yú)”超空泡ATT將開(kāi)式超空泡、頭部錐形空化器、控制舵和自導(dǎo)頭集成為一體,空化器位于雷頭稍后的位置,雷頭布置小型聲吶,始終與水接觸,可進(jìn)行機(jī)動(dòng),自導(dǎo)發(fā)現(xiàn)重型魚(yú)雷距離大于 200 m[18]。二是超空泡ATT因其速度極快,相對(duì)的航程較短,機(jī)動(dòng)性能較差,在追蹤目標(biāo)過(guò)程中無(wú)法及時(shí)轉(zhuǎn)向追蹤目標(biāo)。現(xiàn)“梭魚(yú)”超空泡ATT明確可以機(jī)動(dòng),國(guó)內(nèi)也進(jìn)行了大量超空泡航行體轉(zhuǎn)彎或機(jī)動(dòng)的研究。中船705所宋書(shū)龍等人設(shè)計(jì)了超空泡航行器深度和橫滾通道的比例-積分-微分控制器,建立了一種基于主動(dòng)傾斜轉(zhuǎn)彎控制策略的橫滾-航向協(xié)調(diào)控制的機(jī)動(dòng)控制方法,并通過(guò)數(shù)學(xué)仿真證明該控制器動(dòng)態(tài)性能良好,可滿足超空泡航向航行器的機(jī)動(dòng)需求[19]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)王威等人基于有限體積法和VOF多相流模型,采用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)航行體轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)空泡形態(tài)特性進(jìn)行了非定常數(shù)值模擬研究,提出了超空泡航行體轉(zhuǎn)彎運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,在給定偏航角條件下避免出現(xiàn)沾濕區(qū)域的側(cè)滑角和側(cè)滑角速度的適用范圍[20]。超空泡反魚(yú)雷魚(yú)雷技術(shù)在不停地技術(shù)革新,彌補(bǔ)自身缺陷,也逐漸向世人展示了其實(shí)際作戰(zhàn)應(yīng)用上的潛力。

1.3.3 超空泡射彈

隨著超空泡技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了嘗試?yán)贸张萆鋸椷M(jìn)行水下魚(yú)雷防御的相關(guān)研究。北京理工大學(xué)蔣文祿等對(duì)水中子彈群反魚(yú)雷可行性進(jìn)行了分析,認(rèn)為采用子彈群反魚(yú)雷能夠有效提高毀傷效能,在原理上是可行的[21]。江蘇自動(dòng)化研究所洪浩等人[22]進(jìn)行了小口徑超空泡射彈打擊魚(yú)雷研究,提出當(dāng)超空泡射彈入水初速大于1 000 m/s,雷彈交匯時(shí)射彈存速大于150 m/s時(shí)可毀傷來(lái)襲魚(yú)雷。中北大學(xué)黃鴻鑫等人[23]進(jìn)行了130 mm大口徑射彈入水、外彈道以及水下爆炸研究。隨著該方向研究的進(jìn)一步深入,未來(lái)超空泡射彈或超空泡雷彈直射可以作為魚(yú)雷末端防御的補(bǔ)充手段。

2 反魚(yú)雷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 反魚(yú)雷魚(yú)雷技術(shù)全面向智能化發(fā)展

反魚(yú)雷魚(yú)雷與魚(yú)雷是一對(duì)相輔相成的矛與盾,但同時(shí)反魚(yú)雷魚(yú)雷又是魚(yú)雷的一種,很多反魚(yú)雷魚(yú)雷都是在魚(yú)雷的基礎(chǔ)上改裝的,它們具有基本相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、作戰(zhàn)方式,因此,各國(guó)的反魚(yú)雷魚(yú)雷與魚(yú)雷的技術(shù)發(fā)展水平基本保持在同一個(gè)水平線。若想成功消滅敵方魚(yú)雷,就要求我方反魚(yú)雷魚(yú)雷指標(biāo)性能更優(yōu)。目前魚(yú)雷關(guān)鍵技術(shù)主要包括水聲探測(cè)技術(shù)、水聲對(duì)抗技術(shù)、制導(dǎo)與控制技術(shù)等。其中決定最終勝利的應(yīng)是各種技術(shù)智能化運(yùn)用程度。例如,水聲探測(cè)技術(shù)能否精準(zhǔn)識(shí)別對(duì)方的誘餌,合理避開(kāi)對(duì)方的懸浮式深彈陣;水聲對(duì)抗技術(shù)能否精確干擾;制導(dǎo)控制技術(shù)能否合理規(guī)劃路線、攔截對(duì)方魚(yú)雷,技術(shù)的智能化水平起決定作用。在智能化技術(shù)高速發(fā)展的今天,是反魚(yú)雷魚(yú)雷最終擊中魚(yú)雷,還是魚(yú)雷靠著高超的探測(cè)技術(shù)、靈活的機(jī)動(dòng)性能、高速的航行避開(kāi)反魚(yú)雷魚(yú)雷的攔截和追擊,可以說(shuō)是AI與AI的博弈。

2.2 超空泡技術(shù)將會(huì)成為發(fā)展重點(diǎn),探測(cè)預(yù)警技術(shù)是決勝關(guān)鍵

超空泡技術(shù)是一個(gè)劃時(shí)代的技術(shù),通過(guò)其在水下射彈、魚(yú)雷及潛艇等方面的應(yīng)用,水下航行器的速度得到大幅提升。普通魚(yú)雷速度50 kn即為高速,而超空泡魚(yú)雷速度可達(dá)200 kn。若為超空泡魚(yú)雷攻擊,留給對(duì)手的反應(yīng)時(shí)間都會(huì)變?yōu)槠胀~(yú)雷的四分之一,若超空泡魚(yú)雷偽裝潛伏到對(duì)方附近再加速,對(duì)方幾乎沒(méi)有防御的可能。因此,超空泡ATT未必能攔截超空泡魚(yú)雷。為避免這種情況的發(fā)生,首要是防止超空泡魚(yú)雷靠近。因此在發(fā)展超空泡技術(shù)補(bǔ)齊自身短板,緊跟國(guó)際水平的同時(shí),一定要大力發(fā)展探測(cè)預(yù)警技術(shù),爭(zhēng)取盡早發(fā)現(xiàn)來(lái)襲的魚(yú)雷。提高探測(cè)預(yù)警技術(shù),一方面是提高單個(gè)探測(cè)器的精度和距離,另一方面可以利用水下通信技術(shù)形成水下網(wǎng)絡(luò),擴(kuò)大探測(cè)距離。現(xiàn)在除了聲探測(cè)以外,電磁探測(cè)、光電探測(cè)、電場(chǎng)探測(cè)等非聲探測(cè)技術(shù)[24],結(jié)合人工智能領(lǐng)域研究成果,正在大力發(fā)展。

2.3 發(fā)展指揮控制決策技術(shù),實(shí)現(xiàn)多元防御方式協(xié)作互補(bǔ)是必然發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前各種防御魚(yú)雷技術(shù)已形成較為完備的技術(shù),如何綜合運(yùn)用好這些防御技術(shù)是需要研究的課題。根據(jù)文獻(xiàn)[25]所述,水面艦艇對(duì)來(lái)襲魚(yú)雷的報(bào)警距離一般在3～7 km范圍內(nèi),但在聲學(xué)環(huán)境復(fù)雜的淺海,或是對(duì)艦尾方向的來(lái)襲魚(yú)雷,其報(bào)警距離更近,若來(lái)襲魚(yú)雷速度50 kn,距離3 km時(shí)發(fā)現(xiàn),留給艦艇的發(fā)射時(shí)間窗口只有60 s[25]。在這么短的時(shí)間內(nèi),必須快速反應(yīng)確定當(dāng)前的最佳防御組合方式,因此需要研究發(fā)展指揮控制決策技術(shù)。指揮控制決策技術(shù),一是確定在未發(fā)現(xiàn)魚(yú)雷時(shí)應(yīng)采取什么樣的常規(guī)防御手段,更重要的是在發(fā)現(xiàn)魚(yú)雷后幫助指揮人員快速確定最佳防御組合方式。這需要綜合考慮艦船的當(dāng)前靜止/行駛狀態(tài)、周邊的環(huán)境、當(dāng)前的速度、自身的機(jī)動(dòng)能力等,發(fā)現(xiàn)魚(yú)雷時(shí)的舷角、魚(yú)雷距離、來(lái)襲速度、來(lái)襲魚(yú)雷的型號(hào)、制導(dǎo)方式、運(yùn)動(dòng)特性等,艦船當(dāng)前具備的軟殺傷或硬殺傷器材的裝載情況等。隨著人工智能技術(shù)的興起,指揮控制決策技術(shù)也向著智能化發(fā)展[26],但是還需要進(jìn)一步的探索。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,當(dāng)前反魚(yú)雷技術(shù)已形成多種較為完備的技術(shù),美、俄、德等國(guó)家具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),我國(guó)應(yīng)結(jié)合自身,找準(zhǔn)目標(biāo),確定反魚(yú)雷技術(shù)發(fā)展主線,促進(jìn)多種反魚(yú)雷技術(shù)協(xié)同發(fā)展,提高反魚(yú)雷技術(shù)總體水平。