美海军水下无人潜航器发展现状及未来展望

来源:蓝海长青智库 军民融合科技创新资讯平台   发布时间:2018-01-12 16:55:39 

来源:知远战略与防务研究所


2017年11月15日,阿根廷海军“圣胡安”号潜艇失联。多国开展联合搜救行动。美海军派出水下无人潜航器第1中队的1艘“蓝鳍金枪鱼(Bluefin)12D”无人潜航器和3艘“艾弗(Iver) 580”无人潜航器参与搜救。这两型潜航器都装有侧扫声呐,可以对大范围海床区域进行成像扫描。此次行动是对美海军水下无人潜航器执行任务能力的一次重要检验。


美军认为,水下无人潜航器技术的进步将给美国海上作战带来革命性变化,极大地增强美海军的水下行动能力。美国是世界上水下无人潜航器发展最全面最成熟的国家。1994年,美海军正式将无人潜航器发展列入计划,提出优先发展无人潜航器的水雷侦察、情报监视侦察和海洋调查能力。2000年、2004年、2011年美海军先后发布了三版《无人潜航器主计划》,为水下无人潜航器的发展确定了多层次、全方位、体系性的基本框架。总体而言,目前美海军水下无人潜航器正处于快速发展的重要阶段。

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1规划指导


近年来,美国结合作战需求在理论层面对水下无人潜航器的发展进行了全方位的指导。


(一)第三次抵消战略


对美海军来说,无论是濒海水域的反水雷、反快艇“蜂群”和反潜作战,还是公海大洋的反潜反舰作战,水下无人潜航器都可以发挥非常重要的作用,而与有人舰艇的协同是当下的重中之重。如何利用通用化的信息传输接口,实现对水面、水下的态势全感知,形成体系化的无人作战体系,是美海军当前水下无人潜航器发展的关键。


2014年,美国推出以“创新驱动”为核心、以发展能够“改变未来战局”的颠覆性技术群为重点的第三次“抵消战略”。该战略特别提出,“先进有人/无人作战编组”是未来重点发展的五大技术领域之一。2016年3月,美国国防部副部长罗伯特·沃克宣布将在2017财年投入120至150亿美元用于支持该“抵消战略”。无人系统发展在美军得到了政策和资金的支持。


(二)主计划文件


美海军针对水下无人潜航器发展无后发布了3版《水下无人潜航器主计划》。前两版均已公开,但第3版还处于保密状态。


2000年,第1版主计划文件发布,提出水下无人潜航器将担负情报监视侦察、反水雷、海洋调查、通信导航、反潜战、武器平台、后勤补给与支援等7项任务。水下无人潜航器装备体系依据直径、排水量、续航力及有效载荷等分为便携型、轻型、重型和巨型四种类型。2004 年,第2版主计划文件发布,将无人潜航器的任务调整为9项,包括情报监视侦察、反水雷、反潜战、探察与识别、海洋调查、通信/导航节点、设备运送、信息作战和时敏打击。2011年,第3版主计划文件制定,但未发布,不过任务领域并未做调整。


(三)无人系统路线图


美海军在制定3版《水下无人潜航器主计划》之后,再未专门就水下无人潜航器发展制定专门文件,而是将其纳无人系统整体发展指导框架之中。


2007年12月,美军颁布《2007-2032年无人作战系统发展路线图》,首次提出统一的无人作战系统总体发展战略规划,强调有人系统以及无人作战系统之间的无缝链接,强调无人系统在动态环境中既可独立承担任务,也可与其他作战单元协作完成复杂任务。


2016年10月,美海军开始起草军种级的无人系统路线图,以便将无人技术整合到海军现有的采办、规划或作战计划中,实现空中优势、水下优势和地面优势。该路线图将说明2030年前无人系统如何使用、2030年前无人系统在技术、法律、伦理、政策面临的困难以及行动计划等问题。

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2发展现状


(一)任务定位


虽然根据《水下无人潜航器主计划》的规定,水下无人潜航器可以执行情报监视与侦察、反潜、反水雷等九大任务,但是目前美海军绝大多数水下无人潜航器主要担负搜寻敌方水雷和海洋测绘与研究两项任务。其它任务仍然处于试验和拓展阶段。


和有人平台相比,水下无人潜航器执行任务有很多好处。首先是成本效益较高。它们无需配备满足人需要的各类设备,可以更长时间地开展行动。其次是可以到达大型舰船无法到达的水域(例如浅水水域或法律不允许的水域),或者在很狭窄的水域执行任务。第三是可让海军水兵远离直接战斗与可能的伤亡。第四是可以减轻有人潜艇的负担,使它们可以专注于更重要的任务。


(二)主要项目


美海军在无人潜航器方面有多型装备在研制或者试验,其中己有部分型号的装备已经投入实战使用。


1、REMUS系列水下无人潜航器


REMUS全称为“远程环境监测单元(Remote Environmental Monitoring Unit)”,是由康士伯海事公司旗下子公司水螅虫(Hydroid)公司研制生产的一种外形象鱼雷的低成本自主式水下无人潜航器,主要包括REMUS 100、REMUS 600和REMUS 6000三型及衍生产品。


(1)REMUS100

REMUS 100是一款重量轻的紧凑型自主式水下无人潜航器,重38.5公斤,长1.5米,直径0.19米,下潜深度可达100米,续航力为8-10小时,采用直流无刷电机和3叶螺旋桨作为动力装置,配备有多普勒航位推算装置、惯性导航系统和全球定位给系统,最高航速达4.5节。该潜航器可以根据客户需求灵活配置传感器和系统配件,执行反水雷、港口安全、搜救行动、水文测量、环境监视以及科学取样和绘图等多种任务。2003年“伊拉克自由行动”期间,美海军使用REMUS 100 无人潜航器在乌姆卡斯尔(UmmQasr)港口附近清扫航道。这是无人潜航器的首次作战运用。2013年8月15号,美海军对REMUS 100无人潜航器进行升级,增加多种功能。2017年9月,新一代REMUS 100水下无人潜航器正式交付,使客户在执行任务时有更多的自主权和更高的能力。


(2)REMUS 600

REMUS 600水下无人潜航器重240公斤,长3.25米,航速4.5节,潜深600米,续航时间为24小时,可装备多种传感器设备(如侧扫声呐、摄像机等),主要担负情报、监视与侦察任务。目前美国、英国、日本等国海军都在使用该型潜航器。2012年6月,日本开始采购REMUS 600水下无人潜航器系统用于反水雷作战。2012年初日本已经购买了4部REMUS 100水下无人潜航器,用于调查和绘制海底污染物扩散和反水雷图像。2015年7月25日,美海军“弗吉尼亚”级核潜艇“北达科他州”号成功在水下发射并回收REMUS600型无人潜航器。


(3)REMUS 6000

REMUS 6000是水螅虫公司研制的下潜深度最深的自主式水下无人潜航器,最大直径71厘米,最大长度3.84米,空重862千克,可持续工作22小时,航速4至5节,软件和电子系统与REMUS 100和REMUS 600相同,但在下潜深度、续航力及有效载荷方面允许在6000米深的水下执行任务,主要用于美海军深海作战任务。2012年3月,水螅虫公司向美海军交付第一套REMUS 6000水下无人潜航器系统。


2、MOCCA水下无人潜航器


2017年7月,美国国防高级研究计划局授权BAE系统公司460万美元的合同,研制“机动式艇外秘密通信和进入(MOCCA Mobile Off board Clandestine Communications&Approach)”水下无人潜航器。该潜航器由攻击型核潜艇运载投放,有两大特点。一是装备主动声呐而非被动声呐,可远离母艇进行探测,既保证了母艇的安全,又延伸了反潜搜索半径。二是可将探测信息实时传回母艇。这相对于“由人工回收后对其载荷舱内收集的数据进行下载和分析,或者上浮至水面,通过天线将数据传输回母艇”的传统方式而言是一项重大突破。BAE系统公司将分阶段研制该系统,第一阶段着力提升声纳的探测距离和目标识别能力,第二阶段探索如何增强水下通信的可靠性、稳定性,并降低可探测性,这可能需要整合卫星遥测技术。目前该系统尚未有服役时间表。


3、“蛇头(Snakehead)”大型水下无人潜航器


美海军自2011年起积极推进大型无人作战潜航器的研发工作,并逐步确定战技术要求、必要的技术研究清单、生命周期成本。美海军希望大型水下无人潜航器可以执行多种类型的情报、监视与侦察任务,包括搜集关于敌军舰船和岸上基础设施的情报;在重要水域巡逻;在海军作战或两栖作战之前搜集关于水体、滩岸的情报信息。


美海军设想,大型无人作战潜航器长6米,直径1.6-1.8米,在小于250米工作深度时航速小于6节 ,可携带4枚324毫米鱼雷和16个外置水声传感器,可在不少于70昼夜的时间内(包括展开和返回驻地时间)在远方海区执行作战和特种任务。该潜航器可从岸上站点上使用,也可从水面舰船、多用途核潜艇以及“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇上使用。


2014年8月22日,美海军第5潜艇发展中队(CSDS Submarine Development Squadron)下属水下无人潜航器分队,接收了大型训练平台(LTV Large Training Vehicle)38(也称“海星Sea Stalker”水下无人潜航器)。大型训练平台38长27英尺,直径38英寸,最大潜深为1000米,续航72小时,采用全压力艇体,能够进行视距和超视距通信,可以通过声学传感器进行有限的自动触碰规避机动。这是该分队接收的第1艘水下无人潜航器,也是未来“蛇头”大型水下无人潜航器的备选之一。根据计划,“蛇头”大型水下无人潜航器原型机将于2019年下水。


最终版的“蛇头”大型水下无人潜航器将携载武器或者电子战设备,可使敌水下传感器和水雷失去作用,也可以攻击敌水下平台、水面舰船甚至岸上目标,具体要看最终的配置。运用方式,可能有多艘大型水下无人潜航器组成“蜂群”编队,或者与其它用途的小型水下无人潜航器组合成网络,与有人潜艇、水面舰船甚至飞机相链接。


4、“蓝鳍12D”和“刀鱼”水下无人潜航器


“蓝鳍(Bluefin)12D”是一种可交换有效载荷的模块化自主式水下航行器,直径0.32米,长4.32米,重260公斤,潜深1500米,3节航速标准负载可持续航行30小时,最高航速达5节,可装备侧扫声呐或数码相机,执行近海调查、搜索打捞、环境保护和监测、水雷对抗以及寻找未爆弹药等任务。“蓝鳍12D”曾经是美海军“战场空间预备自主水下潜航器(BPAUV Battlespace Preparation Autonomous Underwater Vehicle)”的一部分,用于濒海战斗舰的浅水水雷战。2003年6月美海军研究局用猎雷舰进行了验证。2010年海军研究局向佛罗里达理工大学海洋工程系捐赠了BPUAV。2014年4月该潜航器曾被用于搜索马航MH370航班。


2012年,美海军授权通用动力公司在“蓝鳍12D”水下无人潜航器基础上之,用5年时间研制一种名为“刀鱼(Knifefish)”的水下无人潜航器,作为濒海战斗舰水雷战任务包的组成部分,主要用于探测和识别水雷。该潜航器于2017年8月底完成承包商试航,2017年10月进行承包商主导的最后的海上接收试航,后续由美海军实施独立的发展测试和作战评估。


“刀鱼”水下无人潜航器外形很像一颗鱼雷,长约5.8米,重约771千克,由水面舰船携载并投放,用锂电池供电,充满电后可一次性潜行大约16小时,能够发出低频电磁波来扫描物体(比如鱼雷),然后把图像发回母舰供分析。美海军计划在2034年装备30艘“刀鱼”水下无人潜航器,将把它们作为舰外传感器在雷区作业,使母舰远离雷区,大幅降低海军人员和舰艇风险。


5、“海神(Proteus)”双模水下无人潜航器


2017年8月,亨廷顿英格尔斯工业公司(HII)研制的“海神(Proteus)”双模式水下无人潜航器在2017年高级海军技术演习(ANTX)期间成功完成了对抗性战斗空间的无人任务测试。该水下无人潜航器也是美海军大型水下无人潜航器的选项之一。所谓“双模”,是指既可以完全自主运作,也可以由人来驾驶行动。该潜航器重3.7吨,有效载荷1.6吨,航速6节时持续工作时间为92小时,以5-9节的平均速度移动时续航力达600公里,最大航速10节,有人模式潜深45米,无人模式潜深60米。


“海神”水下无人潜航器配备了水声和数据声学通信系统、铱卫星通信系统以及语音和无线电系统,配备了完全一体化的导航系统,使用GPS进行基础定位。该潜航器可以执行多种任务:从预定水域巡逻到隐蔽跟踪弹道导弹核潜艇。潜航器里配置了货舱,可搭载180公斤载荷,包括各种传感器、通信设备、爆炸装置(物)等,还可以携带MK67水下机动水雷或MK54鱼雷,因而在必要时能对所跟踪的目标实施打击。


6、“虎鲸(Orca)”超大型水下无人潜航器


2017年10月,美海军分别与波音公司、洛克希德马丁公司签署“虎鲸(Orca)”超大型水下无人潜航器的设计阶段合同。美海军希望该潜航器是一种装备可重新配置有效载荷舱的多用途水下无人潜航器,有效载重舱至少达325立方英尺(9100公升),航程至少要达2000海里,可以远赴数百英里外执行布雷任务;可以侦察敌方舰队或海岸线,部署能侦测电磁放射的天线,以供日后分析数据。同时它还能攻击敌方水面战舰,或甚至与美海军潜艇合作,紧盯敌方潜舰,并充当诱饵,让攻击潜艇实施伏击。美海军将选定一种设计方案制造5艘原型机,计划于2020年交付海试。


洛克希德·马丁公司将以“马林(Marlin)”自主式水下无人潜航器为基础研制。该型无人潜航器长10英尺,可执行结构调查、管道检查、底部碎片调查和海底设施检查等任务,能够可快速生成准确、高分辨率、三维地理参考模型,使用户能够清楚地看到海底结构。波音公司将以“回声旅行者(Echo Voyager)” 水下无人潜航器为基础研制。该潜航器长16米,重50吨,潜深3300米,作战时间为6个月,续航力达数千海里,在没有特种支援船的情况下携载约20吨重的传感器或其它装备,执行侦察、深海探索以及军事任务。该潜航器2017年6月已经开始海试。


大型和超大型水下无人潜航器都可以执行情报、监视和侦察任务。前者从“弗吉尼亚”级攻击潜艇或水面舰船投放,是这些有人平台的延伸。后者将从港口出发部署,独立行动。根据海军水下无人潜航器发展构想,超大型水下无人潜航器首先聚焦的是负载整合和水雷战,但最终要可以投入水雷对抗、反潜战、反水面战、电子战和打击作战等多领域任务。大型水下无人潜航器刚开始主要是情报、监视与侦察平台,但未来也将担负这些任务。


(三)编制体制


为了推动无人作战力量的发展,美海军作战部于2015年10月组建了无人作战系统局(OPAVN99),并同时成立海军部长助理办公室(DASN)无人系统办公室。但到了2017年2月,按照有人/无人整合的发展思路,无人作战系统局被辙消,各无人系统项目移交各领域作战部门,如远征战(OPNAV N95)、水面战(OPNAV N96)、水下战(OPNAV N97)和空战(OPNAV N98)等部门。总体而言,水下无人潜航器的发展一直有强有力的顶层指导。


作战部队方面,美海军早在1997年就组建了专门的水下无人潜航器分队,驻扎于华盛顿州班戈潜艇基地,隶属于潜艇发展第5中队,先后就“短期猎雷”(NMRS Near—Term Mine Reconnaissance) 系统、“长期猎雷(LMRS Long—Term Mine Reconnaissance)” 系统以及REMUS系统等潜航器开展试验。2014年8月该分队正式接收首个水下无人潜航器——大型训练平台38。


2017年9月,水下无人潜航器分队扩编为水下无人潜航器第一中队(UUVRON 1 Unmanned Undersea Vehicle Squadron One)。自此,美海军水下无人潜航器部队的编制由分队级扩大至中队级。该中队现有30人,计划在2020实现全部作战能力,2024年配备95名工作人员和45艘水下无人潜航器。这些潜航器主要包括三类:濒海作战空间的自主水下机器人(潜艇的变体),是一种中型水下无人潜航器;“蛇头”大型水下无人潜航器;“虎鲸”超大型水下无人潜航器。

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3未来趋势


(一)体系化、模块化和通用化


美海军在可预见的未来发展水下无人潜航器将寻求体系化、模块化和通用化。所谓体系化,即针对不同的水下环境和作战需求,根据人机结合的基本原则,发展成体系的水下无人潜航器,涵盖多种类型的作战任务,匹配相应的水面舰船、潜艇乃至航空平台。所谓模块化,即强调水下无人潜航器“可搭载多种负载”,既可以提升执行任务的灵活性,也可以减少维修保养的复杂度,降低总体成本。所谓通用化,即最大程度地减少水下无人潜航器的种类。这三大趋势是一个前后相继、循序渐进的过程。目前美海军发展的重点还只是打造完备的水下无人潜航器作战体系。模块化已经有所起步,通用化还只是远期目标。


(二)指挥控制将日趋完善


过去大多数无人潜航器都需要操作人员进行实时控制,执行比较单一的任务,但随着水下无人潜航器的种类和数量越来越多,执行的任务越来越复杂,其指挥控制问题日渐成为难题。一方面水下无人潜航器要实现长时间自主独立行动,能够和环境发生交互作用,以便在水中执行任务时,能有效地探测和识别水下物体、取样、或完成各种人力无法胜任的水下工作,必须实现更高的智能化水平。另一方面,未来无人潜航器之间,无人潜航器和有人平台之间,都将实现行动的高度协同,共享传感器和地图信息,形成无缝对接的作战系统。美国在不断加强水下无人作战系统的通用性,使水下无人作战系统在系统控制、通信、数据处理和数据链等方面具备更广泛的互操作性,包括为水下无人作战系统建立安全可靠的通用数据链通信系统。2015年5月,美国海军研究局提出了可服务于各军种的军用地面、空中以及水下无人系统的远程控制主计划。该数据模型软件可促进通用控制系统的发展,通用控制系统则由许多不同的通用控制服务构成。


(三)电池充电问题或有新突破


除了指挥控制障碍外,美军水下无人潜航器也受到缺乏高能长效电池的困扰。目前无人潜航器是以电池为动力来源,必须在电力耗尽前返回到就近友军港口或海上船舰充电,因此执行任务范围受限,而且增加被敌搜获的机率。美海军在这方面正在做大胆的尝试。2017年3月,美海军与Aerojet Rocketdyne公司签署了一份总额为160万美元的合同,发展一套可以对无人潜航器进行水下充电的验证系统。这是美国海军研究局“前沿部署能源和通信哨所(FDECO Forward-Deployed Energy and Communications Outpost)”计划的一部分。该计划的核心是为无人潜航器在海底设立“后勤站”,无人潜航器可以在这里充电,使用宽频的传输技术,从这里上传它所搜获的资料并下载新的任务指令。借此,无人潜航器不仅大大提升独立行动的能力,还能担负更加隐蔽性的任务。......查看原文:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzUzMTE2MjUyMQ==&mid=2247497180&idx=6&sn=35c4e1089c217808498d05167f06267c&chksm=fa44012acd33883cb6965e27649de49d9c008c6b4b5e9454e1d4388262c3d12bb9a4e51942c2&mpshare=1&scene=1&srcid=0108xBlVVqRjLWh1PEN1KN2z#rd


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