陳 鋒，李 奔，王 敏

(1. 海軍裝備部海軍991工程辦公室，北京 100161；2. 中船重工第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

美國海軍無人航行器（UUV）的研究工作始于20世紀(jì)70年代末，進(jìn)入21世紀(jì)后，美國對(duì)UUV的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)梳理，認(rèn)為UUV不僅是水下力量的補(bǔ)充，更是水下力量的“倍增器”，是美國未來保持水下優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

1 美國無人航行器的裝備發(fā)展現(xiàn)狀

美國2004年發(fā)布的《水下無人航行器主計(jì)劃》，按照水下無人航行器的重量、排水量、載荷和續(xù)航力不同，將其分為便攜型、輕型、重型和巨型4類，如表1所示。

表1 美國海軍UUV分類標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Category standard of US navy’s military UUVs

依據(jù)分類，現(xiàn)階段美國海軍主要服役及研發(fā)的UUV型號(hào)如表2所示。

隨著美國海軍新的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，水下無人系統(tǒng)發(fā)展逐步進(jìn)入擇優(yōu)發(fā)展期，不斷對(duì)原有裝備進(jìn)行改良與優(yōu)化，并真正在實(shí)戰(zhàn)中使用水下無人系統(tǒng)執(zhí)行反水雷、情報(bào)/監(jiān)視/偵察、海洋調(diào)查等任務(wù)。

表2 現(xiàn)階段美國主要服役及研發(fā)的UUV裝備Tab.2 Main UUVs being used and being researched by US Navy at the present stage

值得注意的是，為緩解美國海軍潛艇數(shù)量不足問題，美國提出研發(fā)大型（LDUUV）和超大型（XLUUV）無人潛航器，可攜帶輕型魚雷等反潛武器，具有較長(zhǎng)續(xù)航能力，用于關(guān)鍵海域反潛巡邏和情報(bào)監(jiān)視偵察等任務(wù)。美國海軍已經(jīng)授予多個(gè)供應(yīng)商XLUUV的研發(fā)合同，如波音公司的“回聲航行者”（Echo Voyager）、洛·馬公司的“虎鯨”（Orca）等，并將在未來從中挑選性能更好的型號(hào)，交付海軍。

2 美國無人航行器的技術(shù)現(xiàn)狀

目前，美國UUV技術(shù)處于全球領(lǐng)先地位，但動(dòng)力、通信、自主控制和回收布放技術(shù)與實(shí)際應(yīng)用需求相比，仍存在差距，是當(dāng)前發(fā)展的重點(diǎn)。

動(dòng)力技術(shù)方面，目前以可充電鋰電池為主要能源，航速一般不超過5 kn；便攜型UUV續(xù)航時(shí)間小于15 h，航程小于50 nmile；重型UUV續(xù)航時(shí)間小于50 h，航程小于200 nmile。部分重型及巨型UUV開始使用比能量更高的燃料電池，研發(fā)并應(yīng)用比能量500 W·h/kg的燃油重整固態(tài)氧化物燃料電池，續(xù)航里程達(dá)12 000 km以上。未來，為提高電池能量密度，將通過陽極優(yōu)化技術(shù)以開發(fā)性能更加先進(jìn)的鋰電池。美國的科研機(jī)構(gòu)正在研發(fā)新型的鋁-水電池系統(tǒng)，當(dāng)UUV在水中航行時(shí)，海水被引入電池系統(tǒng)，并在陰極處被分解為氫氧根離子和氫氣，產(chǎn)生的電子向沿途的電路提供能量。該電池可將航程約100 nmile的“激流”型UUV的航程提升至1 000 nmile。

通信技術(shù)方面，目前水下通信技術(shù)已獲突破，在滿足UUV指令和探測(cè)信息傳輸帶寬條件下，通信距離可達(dá)15 km。未來在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，UUV在水下將仍以水聲通信為主，重點(diǎn)發(fā)展信號(hào)調(diào)制技術(shù)、信號(hào)傳輸處理技術(shù)及信道編碼技術(shù)，以降低誤碼率、提高通信帶寬。此外，美國還在探索藍(lán)綠激光通信技術(shù)，大幅提高UUV編隊(duì)間短程通信帶寬。

自主控制技術(shù)方面，目前UUV主要采用預(yù)先編程設(shè)計(jì)，復(fù)雜任務(wù)下綜合、可靠、完全的自主控制能力是未來的發(fā)展方向，美國正在研究相關(guān)的控制架構(gòu)設(shè)計(jì)與基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自主控制技術(shù)。

布放回收技術(shù)方面，艦載UUV技術(shù)成熟，潛載UUV回收布放技術(shù)處于探索之中，趨勢(shì)是通用發(fā)射管的回收布放方式，目前正在探索電磁發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用。

導(dǎo)航技術(shù)方面，目前UUV均采用綜合導(dǎo)航，導(dǎo)航精度可達(dá)航程的0.1%，能夠滿足當(dāng)前航程下的導(dǎo)航要求。未來美國提出將導(dǎo)航精度提高100倍，采用海底地形匹配技術(shù)，其關(guān)鍵之一是測(cè)深技術(shù)，美國在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，測(cè)深可達(dá)11 000 m，其他國家最大測(cè)深300～10 000 m。

3 美國無人航行器的應(yīng)用發(fā)展

2016年，美國海軍在《2025年無人航行器需求》將UUV的基本作戰(zhàn)任務(wù)由9項(xiàng)演變?yōu)?3項(xiàng)，包括：情報(bào)、監(jiān)視和偵察；環(huán)境探測(cè)；反水面戰(zhàn)；反潛戰(zhàn)；打擊；水雷戰(zhàn)；反水雷戰(zhàn)；特種作戰(zhàn)；進(jìn)攻性海床戰(zhàn)；電磁機(jī)動(dòng)戰(zhàn)；欺騙戰(zhàn)；防御性海床戰(zhàn)；指揮、控制與通信等，進(jìn)一步拓展無人航行器水下作戰(zhàn)模式。根據(jù)以上表述以及美國海軍近年來在發(fā)揮UUV作用方面開展的探索和試驗(yàn)，UUV的作用可歸納為兩大方面：

1）構(gòu)建機(jī)動(dòng)式水下網(wǎng)絡(luò)，未來向察打結(jié)合發(fā)展。經(jīng)過多年的發(fā)展，美國探索了多種UUV方案，構(gòu)思了利用UUV搭建反潛、水下通信等多種用途水下網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想并已開始著手研制，更多UUV作戰(zhàn)概念如圖1所示。擔(dān)任這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的UUV各有特色，“海上滑行者”等滑翔式UUV行動(dòng)緩慢，但可在水中連續(xù)航行數(shù)年時(shí)間，是探測(cè)、通信、環(huán)境感知的多面手；大排水量UUV等大型UUV負(fù)載能力強(qiáng)，可容納和布放關(guān)鍵傳感器；REMUS等小型UUV是水下網(wǎng)絡(luò)中的多數(shù)派，與滑翔式UUV一起，確保覆蓋一定面積海域。當(dāng)前UUV尚不具備攜帶武器能力，且自主程度有限，它們構(gòu)成的水下網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用仍需水面艦艇或潛艇較深介入，攻擊需由其他平臺(tái)完成。根據(jù)美國海軍的設(shè)想，未來的巨型UUV將具備武器能力，移動(dòng)式水下網(wǎng)絡(luò)有望最終成為察打一體的系統(tǒng)。

2）作為隱密/危險(xiǎn)/高成本任務(wù)的替代平臺(tái)?，F(xiàn)有UUV均采用電動(dòng)力，噪聲水平遠(yuǎn)低于有人平臺(tái)，運(yùn)行成本低、政治風(fēng)險(xiǎn)小，在需要隱秘行動(dòng)的抵近偵察和耗資巨大的海洋環(huán)境測(cè)量等方面，已經(jīng)開始替代美國海軍的相關(guān)有人平臺(tái)，如圖2所示。美國已開始采購總數(shù)150艘滑翔式UUV，用于海洋環(huán)境調(diào)查，此外，美國海軍還在構(gòu)思利用巨型UUV承擔(dān)秘密運(yùn)輸任務(wù)。UUV造價(jià)低（重型UUV造價(jià)僅為百萬美元量級(jí)），且損失不會(huì)導(dǎo)致人員傷亡，是美國執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)的重要替代手段，已成為制式反水雷的主要力量之一。

4 對(duì)海戰(zhàn)產(chǎn)生重大影響

1）改變傳統(tǒng)海戰(zhàn)場(chǎng)建設(shè)模式，使海戰(zhàn)得到更實(shí)效數(shù)據(jù)的支撐

美國海軍設(shè)想，利用滑翔式UUV的長(zhǎng)時(shí)間大范圍機(jī)動(dòng)能力，持續(xù)、隱蔽、高效進(jìn)行海洋環(huán)境調(diào)查；利用重型UUV足夠的隱蔽性與機(jī)動(dòng)性，可在敵近海甚至內(nèi)河進(jìn)行兵力部署、艦艇目標(biāo)特性等數(shù)據(jù)收集。上述工作可悄然完成，無需擔(dān)心干擾和阻撓，且可反復(fù)進(jìn)行，有望實(shí)現(xiàn)海戰(zhàn)場(chǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集的高度自主化，提高建設(shè)和更新速度，根本改變傳統(tǒng)的海戰(zhàn)場(chǎng)建設(shè)模式，確保海戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的時(shí)效性，為海戰(zhàn)提供更加真實(shí)可靠的背景數(shù)據(jù)。

2）改變水下無法完全掌控的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)局部海域的“完全透明”

美國海軍在多個(gè)場(chǎng)合承認(rèn)，“迄今為止，水下是誰都無法完全掌控的領(lǐng)域”，因而是海上非對(duì)稱作戰(zhàn)的重要領(lǐng)域。但隨著多個(gè)UUV組成移動(dòng)式水下探測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)想的完善和實(shí)現(xiàn)，美國海軍有望獲得完全掌控局部海域的能力。根據(jù)美國海軍的設(shè)想，幾十個(gè)UUV及其自帶和布放的傳感器就能實(shí)現(xiàn)對(duì)100 km見方乃至更大面積海域的實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知。利用水聲傳感器由深海海底向上探測(cè)（干擾少）或利用大量UUV在指定區(qū)域內(nèi)機(jī)動(dòng)探測(cè)（主動(dòng)尋找最佳探測(cè)位置并形成全覆蓋），使該海域?qū)γ绹＼娡耆该鳎瑥亩鵀榫庩?duì)防護(hù)提供及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警信息，為反潛提供精確的目標(biāo)信息。一旦上述設(shè)想實(shí)現(xiàn)，將使美國海軍的防御體系更加完善，進(jìn)一步增加他國非對(duì)稱作戰(zhàn)的難度。

3）使水下出現(xiàn)一種更難對(duì)付的“幽靈”

按照美國海軍的設(shè)想，一旦UUV解決武器搭載能力、自主化和遠(yuǎn)航程所需動(dòng)力等問題，就會(huì)形成由單個(gè)UUV加多個(gè)傳感器或多個(gè)UUV組成的察打一體的水下移動(dòng)集群。這種集群比潛艇更加安靜、更加難以探測(cè)；其控制范圍根據(jù)集群規(guī)模，可大可??；由于無乘員，其活動(dòng)也將比潛艇更加靈活。該集群的上述特點(diǎn)使其防御更加困難，反起來需要消耗更多兵力。其存在不僅對(duì)水面艦艇形成巨大威脅，也將對(duì)潛艇的活動(dòng)形成威懾，將成為更加令人頭疼的水下“幽靈”。

5 發(fā)展預(yù)測(cè)

未來，隨著美國UUV裝備的發(fā)展，關(guān)鍵技術(shù)的突破，作戰(zhàn)概念的成熟，UUV必將實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。2020年前，除“察打一體”UUV外，目前所有應(yīng)用概念都將實(shí)現(xiàn)，屆時(shí)，UUV將大量替代有人平臺(tái)執(zhí)行危險(xiǎn)/隱蔽任務(wù)，主戰(zhàn)艦艇都將配備UUV接口。美國將實(shí)現(xiàn)水下戰(zhàn)場(chǎng)從“平臺(tái)密集型”向“傳感器密集型”轉(zhuǎn)變，建立更加完善的水下空間數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)水下戰(zhàn)場(chǎng)空間局部透明以及水面/水下聯(lián)合作戰(zhàn)。自主控制技術(shù)突破后，UUV將進(jìn)入新的應(yīng)用階段，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的應(yīng)用，將推動(dòng)水下作戰(zhàn)從“有人大平臺(tái)對(duì)抗”向“無人小平臺(tái)對(duì)抗”轉(zhuǎn)變。