来源：无人机
(中国船舶重工集团公司第七〇五研究所昆明分部，云南 昆明 650101)
摘 要:美军试图通过大力发展以机动无人系统为主体的水下战无人装备，加强前沿水下无人系统预置，全力推进水下无人区域机动预警探测系统布建，重点攻关水下自主通信组网、自主协同、自主探测预警等先进技术，打造新型水下作战体系能力。本文通过解读美军近年发布的《未来海军》、海上项目增补计划、颠覆性技术领域发布的项目文件，及水下机动无人系统与技术新发展项目研发和试验中取得的一些成果，初探了未来机动无人系统能力的发展设想。
关键词：无人系统；水下机动；构想
0 引言
近年来，美国国防先期研究计划局（DARPA）、海军研究局（ONR）等机构研发的关于海上“分布式敏捷反潜系统”、“反潜持续跟踪无人艇”、“上浮式有效载荷”等多个颠覆性水下无人系统项目取得重大进展，成果频现。表明美国在21世纪探索构建的广域反潜探测、多维平台无人协同、水下探测预警（保障）、海底预置为代表的新型水下机动无人系统项目逐渐成形，将对未来水下无人装备体系的构成和作战模式产生重大影响。
1 水下机动无人系统发展背景
自以来，美海军为建立新的水下优势，不断应用先进降噪技术，提升安静型低速航行体（含微型潜艇）噪声辐射等级，大量发展无人潜航器等新兴水下平台，这种体积小、航速低、噪声小的水下机动无人系统未来将大量装备美海军，在大洋中执行各种作战任务；美海军发布《水下战纲要》，明确指出水下无人系统将部分替代潜艇执行水下作战任务；美国防部启动“第3次抵消战略”，将机动水下系统作为“长期研发计划”的颠覆性技术五大领域之一，定为“第3次抵消战略”的六大颠覆性能力之一；美军已将水下机动无人探测系统作为作战能力提升建设的重中之重，启动了一系列创新概念和方法的项目探索。
2 水下机动无人系统发展新思路
2.1 推动机动水下无人系统承担更多角色
1）基于模块化思想快速重构生成水下机动无人系统新装备
随着在“弗吉尼亚”级攻击核潜艇上部署并发射机动型无人系统（REMUS 600UUV）的成功，美军决定将无人系统作为潜艇的标配装备。特别是在浅水区域，搭载多型水下传感器或其他任务功能模块形成的机动无人系统可能会成为潜艇的替代者，生成水下快速作战能力。这种多功能模块化的全海深无人系统通过搭载不同有效载荷或传感器，可收集海洋数据、测绘海底地形及感知水中环境，具有极大的商用、学术和军事价值，既能生成某种适应浅水特定环境的战场空间感知型自主无人系统（AUV），又能实现全海深水域下执行美海军无人系统规划的九大任务。这种机动无人系统无需专门对原有平台系统进行重大改进，仅需对平台的前半段进行各种模块化任务载荷重构即可派生出如扫雷型无人系统（如Mk18Mod 2 UUV），以及满足水下攻防作战需要的其他任务功能无人系统（如基地型UUV）。
对于机动无人系统平台上搭载载荷而言，仅是受到体积空间的限制，模块化的水下无人系统不仅可用于军用的水下攻防作战或其他特定任务，还可用于大学或其他研究机构的特定科学试验，科学家们要解决的难题是如何把所制造的新型传感器模块化组件安装到相应口径的容器内（如 180mm，324mm，534mm，650mm，860mm等），以及机动无人系统航行时的纵倾角、浮心、重心等问题。另外，航行体在总体结构和软件层面设计上均采用开放式架构，以便无人系统易将各类传感器和载荷重构成水下的另一种输送工具，为海军或潜艇部队提供前置远离作战水域的某种远程水下能力。
随着无人系统概念和某些传感器技术在水下领域的快速发展，把新研发的前沿技术变成军事能力的倍增器，美军正采用把特定领域进行技术攻关形成的系统与早期反复验证的成熟共用技术相结合，以实现降低技术风险，减少成本，快速向完美装备的转变，更快地形成水下作战能力。如：采用将水下无人系统从攻击型核潜艇的干式甲板舱（DDS）发射，让具备高度自主性的无人系统可灵活采用多种方法进行发射与回收，排除了海况的影响，使无人系统能在水下完成发射与回收变得很简单。
在指挥和控制的连通性方面，水下无人系统可通过天线、水声信道及光纤高效地进行数据传输，既可与人操平台或其他无人系统进行通信，也可通过人在回路与人操潜艇进行联网指挥。
在作为基地型使用时，可扩展为一种干湿式隐蔽无人系统（如Proteus），这种大型排量基地型无人系统具有非常独特的性能，既可用作输送蛙人的人操装备，也可用作无人值守的水下能源补给基站。在近500立方英尺的内部空间，既可搭载有效载荷，也可搭载8名作战蛙人。采用在有效载荷舱段正下方布设开舱门，需要投送或释放载荷时，打开航行器下腹舱门，便可进行投放作战队员或无人潜器；可在海床上实施连续布放传感器、水雷或其他物体；该系统配有前后向、水平和垂直向推进器，具备在水中可悬停能力。
2）基于水下远航程、长续航能力构建远程试验平台
水下机动无人系统平台因采用安全性较高的锂聚合物电池，具有可靠性高、航程远（可航渡距离大于350 nm ile）、续航时间长的特性。如果在无人平台载荷舱内配置更多的电池，上述平台可达到900 nm ile的航程。同时，随着电池系统的“技术跨越”，这种平台未来可作为水下充电补给站。理由是：此前平台内每个单体电池容量仅约1.5 kWh，技术突破后，每个单体电池可实现7.5 kWh，如按同等容量电池计算，电池体积可缩小至以前的1/5，这样同等体积大小的电池容量可扩展20倍，而电池管理系统便可实现同等量单体电池的控制，这就大大增加了电池使用的可选量。未来随着更大容量电池的出现，水下大型无人机动平台将具有更大功率、更持久性和可靠性。目前美海军已将此类大型无人系统作为其主要的水下试验平台，以支持不同项目的水下传感器技术、水下武器系统以及相关水下作战概念的开发，同时也为海军提供了模拟和目标的实训能力；因其装备的主动声呐上具有明显的各种声学特征，因此在水下作战训练中，它可以成为柴电潜艇的替身。另外，凭借其超远程和大载荷的输送能力，可为海上打击秘密提供急需的反潜装备，及时破解战场危机。
3）基于水下成熟技术快速重构先进水下攻击平台
美海军已考虑基于M k48潜用鱼雷改造成各种UUV的可行性，以便能根据任务需求，快速生产出用于执行其他任务的无人系统。一旦采用这种成熟及具有先进能力的重型鱼雷改进成无人装备，将使机动水下无人系统成为某种高度专业化的无人系统（UUV）。基于此设想，如果具有长航时及持久力、配上精确导航、定位及通信能力的话，所形成的远程长航时水下无人系统将成为极为高效的远程巡航鱼雷，这是很有意义的一种设想。目前美海军正在主动追求这方面的发展。
4）基于无人系统构建分布式机动水下预警探测节点
美海军期待能有一种可搭载寄宿载荷的大型水下无人系统，以便在全球全海域部署各种各样的水下无人潜航器（UUV）或无人机（UAV），以提升潜艇部队秘密安全地进入作战海域的安全性。这种寄宿式大型无人水下系统具备能自身发射微小型无人潜航器或空中无人机，以形成以母平台为中心的水下机动组网探测网，同时也可与从潜艇干式甲板遮蔽舱或鱼雷发射管发射出的浮标、潜标等信标形成固定+机动的区域水下机动集群组网，使潜艇、无人系统搭载平台、水下各种无人潜航器、无人机、母船成为多维空间中作战攻防体系中的一个探测节点，起到具有智能、敏捷性能的水下探测预警网络能力。
5）基于大型水下无人平台构建特种作战输送平台
美海军正在开发可用于输送蛙人并可从潜艇上发射并回收的新一代潜航器，以满足海军特战队全方位的特种作战、执法、反恐、海洋保护以及扫雷等任务的需求，增强支持特战部队进行秘密收集情报、实施外科手术式隐秘打击的能力。这种机动无人系统包括能运载特战队员有人+无人大型潜航器（或称蛙人运载器）、单兵运载器、水下特种作战装备、装具等。机动无人系统要既适宜与潜艇对接，又适于与其他平台进行综合集成和开发。目前已形成的解决方案是采用已有的大型无人潜航器搭载平台，在平台上留足为新一代研发或正进行技术改进所形成的系统空间，无人系统平台中各种相关系统都采用可集成的模式，在大系统集成前，分阶段对特战队员进行先期培训，防止复杂的无人系统随各分系统集成后，装备的总体功能不会降低的风险。主要开展以下两方面研究：
①对适用于特种作战的水下无人潜航器进行设计。如开展对一种具备湿式潜航能力、能够搭载2名驾驶员和6名作战蛙人的潜航器进行设计。要求这种潜航器或运载器能与潜艇进行互操作，除具有固定的安全设施外，潜航器与潜艇间配有3个转换器：1个用于电池充电，1个用于可供呼吸气体的储备，另1个用于数据通信链接。采用电力推进来操纵潜航器的平移和转向，自主式浮沉平衡系统调姿；潜航器配有用于蛙人的内部通话器及包括可折叠式无线电桅杆在内的外部通信系统和水声通信系统。多台微小型潜航器置于无人系统母舰平台两侧的寄宿载荷容器中，平台可连接到潜艇指挥塔一侧蛙人进出的地方，作战时蛙人游到选用潜航器所处容器处，打开寄宿容器盖子，蛙人取出寄宿在容器内的潜航器或蛙人运载器，蛙人启动航行器上的螺旋桨推进电机，使之从容器内释放，并呈漂浮态，蛙人可匍匐在潜航器上驶向作战区域。由于这种潜航器配有一个可依不同任务需求设置的功能舱段（如一种创新型的湿式蛙人运载器（SDV）功能舱段），未来只需考虑设计不同任务功能的载荷模块，可使潜航器具有理想的全寿周期及系统成本优势。
②用于评估其他潜航器及水下战装备。美国海军除继续开展大量潜航器研究项目外，还利用潜航器承担对新型潜航器、水下蛙人运载器输送能力及用户水下作战系统的能力的评估。如美海军已用一系列商用潜航器对如有人+无人系统（UOES系列）的装备进行评估，降低了该项目在各阶段存在的研发风险。目前利用潜航器已完成了对搭载8名特战队员和2名领航及驾驶员水下有人+无人系统的潜航器整体能力的评估，通过评估，最终实现把湿式潜航器改进成干式潜航器，使其具备能从战区外将特战队员和/或有效载荷输送到拒止区域外的能力。
2.2 采用跨域协同概念融合构建各维无人平台的水下作战能力
3月，美国海军空间与海战系统司令部C4I项目水下集成办公室发布“模块化光学通信”载荷项目需求公告，提出项目设计要求，欲研发潜-空全双工通信系统，解决水下无人航行器跨介质通信问题。在这种跨域协同作战概念中，不同作战域的无人平台互联互通显得尤为重要。目前无人机和潜航器间的通信主要通过潜航器浮出水面，利用自带天线与无人机进行通信，或是通过水面平台或浮标进行中继；前者容易暴露潜航器目标，后者通信速率有限，需依赖水面节点。为此，美国海军项目办公室为空中-水下平台设备建立了AW I通信链路。在水下，利用光通信链路进行通信，这种AW I通信链路具有低截获概率和低探测概率（LPI/LPD）特性，且数据通信速率潜力巨大。这种潜-空光学通信系统将解决海上跨介质通信问题，通信速率有望达到 1 kb/s，覆盖范围可超过 15 nm ile，深度超过30m，使潜-空通信可摆脱对水面平台、浮标的依赖，无需潜航器浮出水面，为跨域协同作战开辟新的通信保障途径，具有改变水下通信的革命意义。
2.3 重点发展水下机动无人系统探测能力
在水下战中，探测是至关重要的环节，一旦能探测出敌方潜艇和无人潜航器，它们将很难逃脱，短时间内可被消灭。为此，21世纪以来美海军以创新的思路，力求驱动水下探测技术发展，生成水下探测新能力，采用了多种新型水下探测技术并行的发展模式。主要表现在：
1）大力发展多基地声呐探测技术，大幅提高主动声呐隐蔽性探潜的水下能力
在水下作战探测过程中，早期主要是应用被动声呐探测技术，但随着水下装备变得越来越安静，被动声呐探测距离大幅缩短，探测效能不足以满足作战需求。主动声呐探测技术逐渐被重视并取得突破性进展，但主动声呐使用过程中容易暴露水下装备自身的位置，对自身安全造成极大威胁，也限制了其应用。多基地主动声呐探测技术将主动声呐发射机和接收机分别搭载于不同的作战平台，发射机发射声波监测海域，接收机以被动监听的模式实施目标探测，可有效解决上述问题。，美国国防先期研究计划局发布“移动舷外指挥、控制、途径”（MOCCA）项目公告，项目研发的双基地探测声呐，由无人潜航器携带主动声源发射声波，用潜艇监测声波信号。这种方式充分利用潜航器的机动性和主动声呐的优势，同时确保潜艇的隐蔽性。
2）发展新型持久机动+固定式水下网络探测技术，加强交通要道监控能力
将机动无人水下探测系统+固定式水下网络部署在交通要道、热点作战区域，长期监视敌方往来的潜艇，平时利用2种网络传感器收集潜艇特征信号和行动规律，战时可作为远程预警探测防线，能有效提升水下战场的掌控能力。21世纪初，美海军改造了SOSUS系统，使其能够探测舰艇的低频声波，探测能力和覆盖范围均有大幅提高，但具体的技术细节处于保密状态。此外，美国正在研发能在浅水区域（水深不超过183m）及时、精确地探测、分类、定位安静型机动无人潜航器移动集群（DASH），可及时向指挥中心发送浅水监视系统获得的监视报告，预计完成研发工作，未来将大幅改善浅水环境的探测能力。
3）发展无人系统组网探测技术，提升大范围持久机动多维网络监视侦察能力
无人系统具有机动灵活、成本低廉、无伤亡、适合大规模生产、可在各种环境甚至高危海域执行任务等优点，可携带多种类型的传感器或武器，执行探测、打击任务。美海军也充分发挥无人系统平台的这些优势进行水下探测，在“无人战士”演习期间，4艘“携带传感器的自主无人水面艇”（SHARC）成功探测到常规潜艇和无人潜航器，展示了无人水面艇可持久、高效的探测能力。美国还设计了数十个无人机搭载磁探仪等非声传感器自上而下探潜、数十个无人潜航器携带主动声呐自下而上探潜的技术方案，目前研发和试验工作已经接近尾声。
4）加强有人+无人系统平台协同探测技术，建立多维空间网络无人值守能力
美海军以潜艇等有人平台为母艇，布放后前出执行情报监视侦察和打击任务的无人潜航器或无人机，将其视为延伸有人平台“手眼”、扩大其控制范围、保护其安全的有效手段。充分利用潜艇续航力高、能源充足、通信能力强等大平台优势，将其作为无人系统搭载和布放、充电、通信、指控平台。这种协同作战模式不仅可以将有人平台和无人系统的优势发挥到极致，还能弥补彼此的不足，大幅提升探测能力。例如，在“海军技术演习”中，潜艇发射了1个“蓝鳍”-21无人潜航器，“蓝鳍”-21再释放2个微型“沙鲨”无人潜航器和1架“黑翼”无人机，实现了三维度执行情报监视侦察任务。演习中，由“黑翼”充当潜艇、“沙鲨”间的通信中继，实现了水下和水面的跨域通信和指控。此外，近海持久水下监视网络（PLUSNet）、LDUUV等也是有人平台和无人系统协同的典范。
3 水下机动无人系统的能力发展
3.1 通过多种创新方式，以实现对潜艇大范围跟踪和探测能力
机动无人系统适用海域广、架构灵活，可作为弥补潜艇规模的不足，是创生新的水下作战能力首选。
“分布式敏捷反潜系统”将是未来海战场机动无人系统的一个发展方向。即利用数十个无人潜航器组网，自下而上探潜模式，以克服海面、海底声散射的影响，大潜深仰视探测数十万平方千米海域，保护己方航母打击群等高价值目标。
“自主无人水面艇”也是未来机动无人系统的一个发展方向。即通过搭载声学传感器，采用波浪能实现超长续航力，共享战场态势，以探测安静型常规潜艇和水下无人航行体，与空中反潜机协同作战。
“深海主动预置探测系统”也是机动无人系统的发展方向之一。作为一种无人值守装备，由水面浮标、声源、体积阵组成，通过水面舰布放，靠自身动力航渡至指定位置，坐沉至海底，可实时探测自身坐底范围近1万平方千米海域，融入多维网络，实现组网大范围探测。
3.2 用基地型机动无人系统，形成新型水下无人集群作战能力
基地型机动无人系统以大型自主无人平台为母艇，布放后前出执行情报监视侦察和打击任务，扩大水下控制范围、保护潜艇安全。基地型机动无人系统发展包括大排水量无人潜航器（母舰平台）、机动无人潜航器（如“蓝鳍金枪鱼”系列）、“近海水下持久监视网”（PLUSNet）等。
大排量无人潜航器具备察打一体能力，搭载声学传感器探测潜艇，可发射轻型鱼雷攻潜，还可搭载和布放多个小型无人潜航器。可长期在水下静默、也可自身续航数百天；作战时，可释放数十具微小型无人潜航器、浮标、攻击型武器，形成以母舰平台为中心的无人集群。包括固定式水听器阵、“蓝鳍”-21、“海马”、“水下滑翔者”等无人潜航器，由潜艇搭载和布放，能对数万平方千米水域内的常规潜艇进行数月乃至数年的探测、识别、定位、跟踪。战时，母舰平台无人集群与PLUSNet的无人集群形成更大的机动无人集群进行作战。
3.3 重点发展水下机动无人系统探潜能力
作为水下战中“千里眼”、“顺风耳”的水下探测技术，一直是水下机动无人系统中的发展重点。美海军在此技术领域投入了大量人力、物力，力求以创新的思维突破原有水下探测技术的壁垒，创生新型、有效、可靠的水下探测能力。主要创新思路为：
1）在相同原理条件下新技术的创新性应用。水下探测技术发展方向之一是以现有的技术原理为基础，通过创新声呐应用体制，发展新的颠覆性作战能力。美海军创新了双基地声呐的应用领域，欲在潜艇和机动无人系统间形成双基地主动声呐探测系统，不仅增强了安静型目标的探测能力，而且降低了潜艇暴露自身的风险。
2）利用无人系统平台搭载各种快速发展的传感器生成新的水下探测能力。美海军研发了潜艇、水面舰、飞机等多种搭载和布放方式，发展了深、浅海预置装备，提前在前沿战场和热点区域布放携带有效探测载荷的无人系统，并且取得了丰硕成果，加速了新的水下探测、识别、目标结算能力的形成。
3）将传感器形成适用于各种环境条件的分布式水下网络。美海军除利用陆、海、空、天的大小平台搭载传感器形成探测能力外，利用水听器、浮标等传感器形成的分布式水下网络是未来水下探测、识别、通信技术重点发展方向，尤其是移动式水下网络，采用飞机、水面舰、潜艇搭载和布放，以形成快速部署探测，搜索识别敌方水下目标，保护己方高价值装备，获得数据通信快速传送能力。
4）水下非声探测技术将成为水下声学探测、识别技术的有力补充。美海军在尝试非声传感器和无人系统平台的结合，形成能广域覆盖的网络探测能力。例如分布式敏捷反潜系统的浅海子系统是由数十个无人机通过搭载非声传感器进行组网，形成快速预警探潜能力。
作者简介:钟宏伟(1964–)，男，硕士，高级工程师，主要从事鱼雷及水下航行器前瞻性技术跟踪研究
