中国指挥与控制学会会刊 
无人潜航器(UUV)具有高隐身性、多任务性、低成本性等优点,是打赢未来高端海战的倍增器,已成为世界军事大国装备研发的热岛,但各国的经济、科技实力不同,作战需求也不同,其发展方向和重点也不同。目前,国外UUV发展总体呈现“美军领跑、多国跟跑”态势,美军作为第一梯队具有先发优势,追求体系发展运用;第二梯队以俄罗斯、朝鲜为代表,追求非对称发展;第三梯队以印度为代表,尚处于起步追赶阶段,致力于重点领域发展。美军正在加紧推进无人潜航器的研发部署,构建深海滨海相结合、固定机动搭配、侦察打击一体的水下无人作战体系,对此各国应加强跟踪、研究、掌握,并在发展中借鉴。
1 美无人潜航器的发展现状
1.1 顶层设计
1963年,美国开始研制用于水下测量的航行器,开展了大量基础性研究、测试、试验。1988年,美国开始研究无缆无人潜航器,将其定义为UUV,并开始人工智能无人潜航器的研发,逐步探索执行多种作战任务的可能。1994年,美海军正式将无人潜航器发展列入计划,优先发展水雷侦察、情报监视、海洋调查能力。如图1,美海军2000年、2004年、2011年先后发布了三版《无人潜航器主计划》,确定了多层次、全方位、体系性的基本框架。在2007年至2018年,先后制定了5版路线图,发布多份UUV发展指导性文件。其中,2011年《水下作战纲要》提出要加强对大型UUV、特种部队航行器的使用。2017年,美《下一代无人系统》报告提出了近、中期无人系统水下构想,建议采用商用无人潜航器扩展水下竞争优势。2017年,《恢复美国制海权》报告要求美海军未来装备超大型和智能型无人潜航器。同年,美军组建第一个无人潜航器中队。2021年,美国海军首次举行聚焦无人系统的“无人综合作战问题”舰队演习,之后每年常态化组织。2023年,美海军组建无人作战司令部,并提出了“地狱景观”等无人作战概念。
1.2 装备建设
UUV的分类可以按照使命任务、排水量、尺寸、装备平台、外形等多种方式进行,如参照操控方式可以分为通过线缆实时操控的ROV和无需线缆通过预设定程序自主运行的AUV。美军的分类标准随着装备发展不断在变化,2016年美军《2025年AUV需求》主要基于直径,将无人潜航器分为小型、中型、大型、超大型四类,并为世界各国普遍采用,如表1。
表1 美军无人潜航器分类Tab.1 Classification of US military underwater unmanned vehicle |
| 类别 | UUV直径/mm |
|---|---|
| 小型 | 76-254(含) |
| 中型 | 254-533(含) |
| 大型 | 533-2 133 m(含) |
| 超大型 | 2 133 mm以上 |
美军UUV发展较为全面,总体上遵循由小型到大型、由单一使命到多任务,由辅助支援到直接作战的原则发展,并朝着自主化和智能化方向前进,代表种类及典型型号有以下几种。
超大型无人潜航器,以“虎鲸”(Orca)为代表,直径2.5 m,有载荷长25 m(载荷仓长度约10 m,体积9.1 m3),排水量63 t,续航力超过12 000 km,最大潜深3 000 m,巡航速度2.5~3 kn,最大速度10节,单次任务周期6个月,采用可重新配置的模块化载荷仓,搭载多种载荷以执行反潜战、反水面战、扫雷及情报侦测等任务,由于体积太大,目前仅能位于码头布放。2019年,美海军签订6艘订购合同,首艘样机已于2023年底交付,其余5艘将于2025年底前交付,根据美国防部“战斗部队2045”兵力结构报告,届时“虎鲸”数量将达到60艘。
大型无人潜航器,以“蛇头”(Snakehead)为代表,直径约2.1 m,排水量约10 t,主要从装备有“干甲板掩蔽舱”的核潜艇上发射和回收。第一阶段的研发使命是战场环境侦察,2022年2月首次下水,2023年度因资金匮乏导致项目停滞。但美海军2024年重启该项目并继续进行第二阶段研发,进行模块化、多任务设计,增加水面战、反潜战、电子战等功能,目前尚未服役。
中型无人潜航器,以“长刀鱼”(Knife-Fish)为代表,由“蓝鳍-21”发展而来,直径约533 mm,长度约6.1 m,可连续工作16 h,采用低频带宽合成孔径声呐,是第一个能够满足美国海军对沉底雷和锚雷进行可靠探测、分类的无人潜航器,主要通过濒海战斗舰布放,目前已经服役,计划到2034年装备30艘。
小型无人潜航器,以Bluefin(金枪鱼)系列新成员Sandshark为代表,采用模块化设计,可以从水面舰、飞机吊舱等多平台布放,可装备多种传感器或武器,执行情报收集、区域侦察、通信中继等任务。2016年,Sandshark从Bluefin-21无人潜航器成功发射,并与Bluefin-21和Blackwing无人机进行通信功能验证。
此外,美军还有族系化[3]发展的“蓝鳍金枪鱼”(Bluefin)系列、“雷姆斯”(REMUS)系列等型号无人潜航器。
2 美UUV军事应用场景
2.1 战略威慑
在水下空间,无人潜航器凭借其低价、隐蔽、灵活的优势,目前尚无行之有效的对抗手段。部署规模相当的无人潜航器,尤其是攻击型无人潜航器,本身就是一种威慑。美军的UUV以及无人作战计划,全部按照时间节点公布于众,一定程度上也是为了发挥威慑功能。此外,携带核战斗部的无人潜航器,本身就是核威慑力量的一种。
2.2 战场侦察
UUV携带声呐、光电、雷达等各种传感器模块位于指定海域进行水文气象、海上兵力、港口设施、通信侦察等作战任务,为有人平台反潜战、水雷对抗、两栖作战提供信息支撑,主要方式是无人平台将侦察信息传输给后方有人平台人工处理,但依靠机器学习的人工智能处理、自主决策目前还存在较大技术瓶颈。2016年以来,美多次投放“海洋滑行者”“斯洛克姆”水下无人滑翔机,绘制海底地图、监测海洋环境并回传作战中心,以数据赋能水下作战。2018年,沙特运用REMUS600无人潜航器抵近也门海域,完成高清图像拍摄,用于支持沙特情报监视侦察。
2.3 反水雷作战
与传统反水雷装备相比,UUV进行反水雷作业时,其本身的声磁物理场较低,且为无人化作业,安全性较好。UUV通过配置体搜索声呐、合成孔径声呐及多波速测深声呐等设备,可以不受深度限制探测水雷[4]。2003年,伊拉克“自由行动”期间,伊拉克在阿布杜拉水道布置大量爆炸物,美海军使用REMUS-100无人潜航器在乌姆卡斯尔港口附近完成航道清扫、探雷任务,这是无人潜航器首次作战运用,共出动了10次,用时16小时,完成的搜索面积达250万平方米,搜索到了97具人造爆炸物,它的作业量相当于普通探雷系统21天的工作量。
2.4 目标打击
携带简易战斗部、鱼雷或导弹的攻击型UUV,除了用于双方高烈度直接作战,还可以充分发挥其隐蔽性强的特点,用于低烈度对抗下的特种作战或对等反制。
2.4.1 源头突袭
配备简易战斗部的“自杀式”UUV或者携带鱼雷的攻击型UUV,突入敌港口、锚地,按照预先装定的目标经纬度点,也可以在攻击前使用小型光学装置测量目标方位,对停泊水面舰船、潜艇或重要水上(下)固定设施实施突袭。目前,此类UUV技术已经成熟,仅需要“平台+动力+导航+战斗部”就可实现,造价相对低廉,可以规模化部署。
2.4.2 对海/陆突击
携带鱼雷的UUV对机动水面舰艇实施打击,面临的困难是鱼雷攻击对目标运动要素精度要求较高、攻击范围有限,在当前技术条件下,UUV仅依靠自身,探测、解算、识别能力十分有限,包括无线电、水声通信在内的各种手段难以进行实时引导。但携带鱼雷的UUV可部署在敌港口航道、关键海峡水道对敌封锁,或者部署在划设的禁航区内,对发现的所有目标实施无差别攻击。
携带导弹的UUV对水面舰艇或者陆上目标实施打击,不需要自身探测及实时引导,可按照约定时间接收目指信息和对指定目标进行攻击,亦可按照预先装定的打击方案对陆上目标进行攻击。相比而言,目前技术条件下,对于时敏目标的打击,无人潜航器使用导弹比使用鱼雷更易实现。从各种公开资料来看,美“虎鲸”无人潜航器武器载荷舱携带导弹比携带鱼雷更令人信服。
2.4.3 对潜攻击
携带鱼雷的UUV对水下潜艇实施攻击,比对水面舰艇攻击难度更大,面临的困难同样是探测、解算、识别能力不足。而其他协同兵力难以发现敌水下机动的潜艇,无法提供引导信息。同样,其可部署在敌港口航道,对敌潜艇封锁,或者部署在划设的禁航区内,对发现的所有水下目标实施无差别攻击。但在目前的技术条件下,探测能力、攻击范围极其有限。
2.5 载荷运输
无人潜航器携带水雷赴敌港口、要道进行布雷封控,隐蔽性强,费效比高。尤其是把无人潜航器与有动力自航式水雷结合使用,可极大提升布雷隐蔽性与布雷范围,减小布雷平台的前出损伤。此外,其可运送特战人员抵达敌方要害区域,执行水下侦察、爆破等特种作战任务,同时还可为特种作战分队伴随输送装备或者进行后续装备补给,提升特种作战分队的载荷携带及补充能力。该运用方式对信息引导及实时通信的需求较低,以美目前的技术条件与工程能力,可以实现。
2.6 网络节点
无人潜航器作为通信中继节点,将接收到的无线电或者水声信息,进行中继转发。目前水下作战兵力,大多依靠无线电或水声通信技术,若以UUV作为通信中继,将接收到的无线电或者水声信息,通过水声方式转发给其他水下作战兵力,可以提高水下兵力通信的隐蔽性和实时性,为执行作战任务提供强有力支撑。2024年1月,美核潜艇完成“黄鳗鱼”无人潜航器水下发射回收,检验“核潜艇+UUV”新模式,验证UUV充当核潜艇“水下僚机”作战方式。面临的主要问题是UUV通信、信息处理和长时待机能力需要提升,目前的技术发展还存在较大瓶颈。
2.7 有人无人协同作战
无人潜航器可与水面舰艇、潜艇、飞机等有人平台协同作战,根据美《海军无人作战框架》等文件及“先进海军技术”等演练分析其可能的典型方式,一是有人平台为无人潜航器提供情报支撑,保障UUV作战;二是无人潜航器为有人平台提供情报支撑或主动示形创造攻击态势,保障有人平台作战;三是无人潜航器与有人平台同步作战实施饱和攻击。如美军的“魔鬼鱼”(Manta Ray)致力于支持多域作战能力建设,已于2024年2月至3月开始进行海试,据报道,“魔鬼鱼”在各项测试中取得了优异成绩,达到了预期性能。
2.8 集群作战
单个UUV受尺寸、功能、作业时间等因素的限制,能力往往较弱。但将多个UUV进行集群,协同控制,可以极大提升作战效能,为此,美提出了“地狱景观”等无人化集群作战概念,如“自杀式”UUV对港口停泊目标集群攻击、多艘携带导弹的UUV对目标饱和攻击等。同时,不同功能的UUV可智能组网,集侦察监视、目标打击、通信中继、智能决策等单元于一体,相互配合,共同完成各种作战任务。但目前技术条件下集群智能控制、水下通信网络设计[5]等存在瓶颈,实现较为困难。
3 美军无人潜航器发展策略
美军UUV的发展主要有三大特点:一是注重顶层规划,牵引发展建设;二是围绕重点发力,助推战力生成;三是强化推演验证,驱动战建协同。无人技术作为“第三次抵消战略”的关键技术,各国无人潜航器的发展建设应借鉴美军经验,加强自上而下的筹划和设计,将无人潜航器纳入军事作战体系中,基于目前的技术现状制定发展规划,对作战应用场景、技术发展方向、重点研制型号、技术协议标准等方面进行整体统筹,以指导无人潜航器的装备研发工作[6]。
3.1 梯次化,逐步完善无人潜航器功能
美军基于当前水下无人系统的感知、识别和决策能力,为避免由于成本增加、技术限制、需求变动导致的项目中断,确立了“有限环境”“有限任务”“有限系统”的发展思路和“少造、多试、多练、多学”的开发原则,立足现阶段技术条件与工程能力设计UUV的使命定位、应用方法与技术路线,避免出现过度追求平台大、功能全而导致研发周期长、技术不可控、安全可靠性低等问题,必要时将单一功能极大化,用功能数量换能力质量。
3.2 体系化,构建水下无人攻防作战体系
美军认为现有海上战力难以满足作战需要,无人潜航器可有效解决作战能力与作战需求的矛盾,当前重点是基于跨域运用制定建设需求,推动UUV体系化建设,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UUV,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。其主要包括单兵携行、潜艇和飞机等携载的小型水下无人航行器,水面舰艇、潜艇、水面无人艇等搭载的中型水下无人航行器,潜艇以及岸基、坞载的大型水下无人航行器等通用平台以及特殊性平台。
3.3 通用化,根据不同的作战任务搭载模块化设备
美军追求UUV通用化,采用了“族系化”发展策略,即最大程度地减少水下UUV的种类,从执行单一任务向执行多种任务发展,根据需要搭载不同传感器,执行海洋测量、水雷对抗、情报监视与侦察、反潜和水下基础设施防护等任务。提高UUV的通用性并不是指平台尺寸固定,而是可以根据任务不同搭载不同的模块组合,如海上侦察和反潜作战任务就适合使用单一的大尺寸平台,而水下搜索与探测任务则更适合使用多个小尺寸的平台来共同完成。
3.4 标准化,发展标准尺寸的模块及标准化接口
使用标准化的UUV任务模块和标准化接口,是美UUV发展的另一个重要趋势。延续多年的独立开发模式,带来了不同标准接口、数据网络、指挥控制和基础维护的弊端,美军吸取教训,重点开发模块化技术,瞄准无人潜航器系统高效发展的整体解决方案。美军认为执行不同任务的UUV尺寸虽不同,但需要开发标准化的平台任务模块,它们应该具有最大的兼容性,能够使用在不同尺寸的UUV上,同时还必须具备可互换性、可重复使用性。这样,已有UUV构造中的硬件可以用在根据任务研制的其他平台上,将大大降低总的开发和生产费用,加快研制速度。当需要对全系统进行改进时,采用标准化的“硬件模块”也可以像常用的“软件模块”一样,更容易实现升级和更换。
3.5 自动化,提高UUV的完全自主作战能力
从各种资料来看,目前美军UUV运用还需要人工干预,主要采用“平台无人+系统有人”的作战模式。但未来的UUV续航力将更强,将由水下自动网络提供服务,完全自主型无人作战平台是美未来UUV发展的必然趋势。未来的UUV将利用声学、无线电或者卫星通信系统与其他平台和设备进行联络,能够在浅海水域以及高危险海域中隐蔽地自主运行,可以通过自身装备的传感器,执行反潜作战、监视、战术海洋测量以及反水雷等多种任务,同时自身具有攻击能力和对抗能力[7]。
4 结束语
关于美军无人潜航器发展现状与策略,诸多学者做了大量的研究,但大多集中正面经验借鉴上,在可能作战场景和未来实现方式的挖掘上、发展策略教训上,思考还不够广泛与深入。文章从美发展规划与装备建设入手,在借鉴前人研究成果的基础上,分析了美无人潜航器的可能作战场景、发展经验教训及未来趋势。但对于美当前详细的技术发展情况及详尽的顶层规划内容,文章并未展开深入探讨,需要进一步深入研究。