潜载UUV的作战使用分析*

蒋荣华

(92730部队装备部 上海 200000)



潜载UUV的作战使用分析*

蒋荣华

(92730部队装备部 上海 200000)

潜载UUV能够将母艇和UUV的能力结合起来,使它们的能力得到增强。首先概要介绍了目前典型的潜载UUV系统和目前国内外的研究现状,详细分析了潜载UUV在战场对抗中的使命任务和作战使用,最后指出了发展潜载UUV的关键技术及面临的技术难题。

水下无人航行器(UUV); 潜艇; 作战使用; 水下战

Class Number U674

1 引言

UUV(Unmanned Underwater Vehicle)也称为无人水下航行器,是一类无人控制、自带能源、自主导航与控制、自动力推进和自主作业的水下机器人,可广泛应用于侦察监视、情报收集、跟踪、预警、通信中继、水下攻击等各方面。UUV作为一种海上力量倍增器,在未来海战中有不可替代的作用。UUV虽然可自主航行,但无论是人工实时遥控还是按预设程序自主航行工作,均需有一个基地或母船作为保障平台,完成对UUV的投放、控制、回收和维护等工作。相比水面布放,通过潜载UUV的布放与回收更具有隐蔽性。潜载UUV的布放方式主要有鱼雷管发射型、水下发射管发射型、艇外垂直发射型等方式。水下回收方式主要包括牵引回收、机械臂回收、直接对接回收、附着在潜艇外侧回收等。总之,与水面回收相比,潜载UUV可水下回收,不容易受外界环境影响,可以保证回收时的隐蔽性,更适用于作战使用。

2 典型潜载UUV系统

美海军最早的UUV是用制式Mk-48重型鱼雷改装而成。而第一种实用潜载UUV为Mk-30型UUV,主要用于反潜战中模拟潜艇的反射特征,进行干扰和诱骗。目前美海军正在研制的典型潜载UUV有以下几种:

1) “乌贼”(Manta)UUV系统

“乌贼”是美海军水下战中心于1996年提出的一种UUV方案。该UUV呈扁平状,长近15m,航速5kn,水下续航能力8小时,航程50km,装有模块化的不同武器系统和传感器系统,其主要的作战应用有:自行潜入危险水域或地方海港,监视水下动态,搜捕水下目标,侦察和情报收集;作为网络中心战的一个节点,通过声学、无线电、卫星通信等手段,发挥战场前置传感器的作用;尾随已发现的目标,在适当距离用自带的武器发起攻击。“乌贼”UUV的特点是可更换不同有效载荷,可重复使用,在未来战场使用价值不仅限于自身的攻击作战能力,而主要在于它与母艇、其他UUV和水面平台的协同配合能力。“乌贼”UUV主要供“弗吉尼亚”级核潜艇使用。

2) 远程水雷侦察系统

远程水雷侦察系统是由近程水雷侦察系统改进而成的UUV,主要用于雷区情报收集和水雷识别与定位。该系统装有用于搜索和避障的前视声呐、用于对目标定位和分类的侧扫声呐等传感器。导航精度高、虚警率低,对目标定位误差仅有十几米,其独特之处在于采用双鱼雷管发射和回收[7]。

3) “海马”UUV系统

“海马”UUV呈鱼状,长8.6m,直径996mm,重4500kg,有效载荷280kg,最大航速6kn,可在半径90km的范围连续工作125小时以上。作战使用时由潜艇的弹道导弹发射管投放,由瞄准线射频系统、卫星通信系统和水声装置与潜艇保持通信联络。为美海军执行深海探测,在水下完成远程情报、监视和侦察任务,还可以完成反水雷和跟踪潜艇的监视任务[5]。

其他国家研制的典型UUV系统还包括:英国的“护身符”UUV、“阿里斯特”中型UUV、德国的“海獭”UUV、澳大利亚的“海龟”UUV、“休金”-1型UUV[6]。根据美军的预计,UUV将在2025年左右形成全面战斗能力,届时,无人潜航器将成为夺取水下战场优势“制高点”的利器,为全面获取水下战场的主动权发挥重要作用。

3 潜载UUV的作战使用

目前发展和装备UUV部队已经是世界各主要海军国家的共同认识,潜载UUV已经成为当前各国发展水下力量的一个重要方向。我国在UUV方面的研究已取得了不少成果,但在作战应用方面尚在理论研究阶段,因此,我国应积极开展潜载UUV在作战使用方面的相关研究。

UUV目标小、续航时间长、使用方式更灵活,功能更强,外形更多样化,而且潜艇布放保证了其隐蔽性,多数情况下可以反复使用,在搜索侦察、远程攻击、潜艇防御、自主作战以及水下网络作战等方面都可担负更重要的任务,并且能够提高潜艇的作战性能。潜载UUV在作战中的作用主要包括以下几个主要方面。

1) 潜载UUV的搜索与侦察

搜索和侦察功能主要是指收集和传送多种形式的数据,在敏感区域或潜艇难以到达的区域,UUV可自主完成水下搜索任务,它可作为一个艇外传感器或独立武器平台,在不增加母艇危险的前提下扩大探测范围。在危险海域,我方潜艇可以使自己保持在安全海域,由携带先进探测系统的UUV在前方长时间地执行侦察警戒任务,该区域可以是敌方舰艇经常出入的潜艇基地、港口和重要运输线附近的海域,一旦发现敌方舰艇,则及时与指挥中心通信,并根据指挥中心的命令执行跟踪或攻击使命。多艘侦察型UUV可以组成一个移动的水下侦察、监视网络,该网络可以布放于某一固定海域执行任务,可以根据作战需求前往某一敏感海域布放,执行侦察和监视任务。

2) 反水雷作战

由于受到海洋探测技术的制约或地方海上力量的组织,水下平台可能是在冲突早期唯一适合的作战资源,也是在防御阶段对抗敌方水雷的唯一力量,而潜载UUV作为自主控制的无人水下平台,使其成为执行危险任务的最佳装备。在执行反水雷作战任务时,由潜艇在敌方海岸外的安全位置发射一艘或多艘UUV,UUV自主航行或操作人员通过光(电)缆控制隐蔽搜索敌区水雷或潜艇,将侦察信号发回潜艇或依靠自身的软件系统进行目标识别。通过分析主动声呐探测到的信息,可以得到精确地水雷分布位置数据,绘制出雷区图,如图1所示。然后通过自身携带的己方扫雷反潜兵力实施精确灭雷弹药和反潜等方式为水下或海上特遣编队开辟安全巷道提供保障。这样UUV可以在有效清除敌方水雷和潜艇威胁的同时保护己方有生作战力量免受损失。

图1 潜载UUV搜索水雷示意图

3) 反潜作战

潜载UUV在反潜作战中的作用主要体现在三个方面:首先,在敌港口、基地或敌潜艇水域附近执行监视、搜索、跟踪任务的难度非常大,其它平台难以开展工作,而UUV可由潜艇在安全区域布放,自主航行到指定区域,因此UUV可以作为己方潜艇的外部水声传感器平台,进行区域性搜索和侦察,或部署在敌方潜艇水域,进行水下监视和跟踪,收集情报,提供给其他反潜平台;其次可以作为诱饵把敌潜艇引入己方火力范围,然后在其他兵力的协同下围歼敌艇;UUV还可以作为大型潜艇远距离航渡时的通信中继站,使潜艇不再为通信联络而浮出海面,从而提高潜艇的隐蔽性。

图2 潜载UUV反潜作战示意图

4) 水下潜伏式自主作战平台

UUV可作为自主水雷布放平台,也可用于发射远程鱼类、发射远程导弹、发射攻击UUV和布放水雷防御装置等。潜载UUV因此可以作为水下潜伏式自主作战平台。根据战术需要,由潜艇将UUV进行远程布放,长期隐蔽的潜伏在预定海域。由于其自身背景噪音低,有利于探测安静型潜艇或航母编队,一旦发现目标,可以实施近距离偷袭。与水雷相比,UUV作为自主作战平台,具有智能性、长期性、隐蔽性和可回收的优点。还可利用UUV的隐蔽性,由潜艇将UUV布放在敌预警机的巡航区域,UUV接收外部指挥信息,发射导弹对敌预警机进行突袭。

5) 水下防御作战

大航程、隐蔽性使得UUV成为一种有效的信息或武器平台,可以隐蔽接近侦察、干扰甚至攻击毁伤,近距离发射武器等。因此,UUV的特点非常适合于潜艇的防御作战,它可以作为欺骗目标、压制设备或佯动目标,掩护潜艇的行动。作为声诱饵、声干扰器也是UUV的一种功能,可以模拟潜艇的声学特性,接近敌方主动声呐信号,并复制模拟欺骗信号,或直接产生潜艇的模拟声信号,达到混淆敌方探测设备,保护我方潜艇的目的,见图3。UUV同传统诱饵区别在于它可以不受发射平台的限制,体积更大,功能更强,工作时间也更长,可以模拟潜艇的运动特性,同时可以回收重复使用,UUV在防御作战中使用,可以改变现有防御系统在受到威胁时才进行被动防御的模式,转而成为更为积极的主动防御模式,掩护并辅助潜艇完成攻击、侦察或通过威胁海域的任务[8]。

图3 潜载UUV模拟欺骗信号示意图

6) 战斗支援功能

UUV可以作为战斗支援平台,参与水下作战,提高水下作战效能,保障我方重要作战目标的安全性。利用其隐蔽性和智能化的特点,UUV在水下可以完成攻击目标指示、通信中继、辅助导航、信息中转等辅助作战功能。当被攻击目标有着强大的反潜能力时,我方潜艇难以接近对方目标,就需要对目标进行远程攻击,UUV能够为鱼雷提供目标指示;在辅助作战过程中,UUV主要用于不同平台之间,海上、岸上甚至是空中的重要通信及导航连接。如UUV可以作为一个水下平台和舰队之间的信息中转站,或是可以隐蔽地浮到水面展开天线,进行通信和导航。如果敷设了水下通信网络,作为未来海战的侦察、通信网络。则UUV既可以通过该水下通信网络与指挥中心进行双向通信,及时传输侦察信息;也可以作为该水下通信网络的网络结点,作为通信中继装置。作为导航的辅助,UUV可以为临时浮标布置到指定的区域,或者迅速浮到水面为军事行动提供信息或通信服务;UUV也可以在水下平台与GPS或其他导航工具之间提供连接,避免水下平台的暴露危险[1]。

图4 潜载UUV的通信中继功能示意图

4 潜载UUV的关键技术

1) 潜载UUV的布放与回收技术

目前对UUV水下回收装置的设计与回收方法的研究进展缓慢,尤其是潜载对UUV的回收技术。潜艇回收UUV系统既涉及UUV载体的设计又涉及到潜艇结构的设计,UUV的发射回收装置应降低对潜艇动力性能和隐蔽性的影响。潜艇的回收系统必须能够精确引导UUV到达母艇,同时不能危及母艇的隐蔽性和安全,与母艇融为一体,便于保养。在潜用UUV的回收过程中,必须尽量减少声纳通讯,保证隐蔽性;提高导引精度,减少导引时间;降低UUV与潜艇的相对速度,潜艇与水流的相对速度,以减少潜艇运动对UUV的水动力扰动。为了潜艇回收UUV技术的成熟应用,还有许多方面的工作要做[2]。

2) 水下通信技术

潜艇与UUV的水下通信是UUV开发中遇到的一个至关重要的难题。潜艇对UUV的监测、重新规划、传输数据、回收和多体协同等都要依赖水下通信技术。水声通信对UUV是一种比较理想的方式,是目前水下中远距离通信的唯一方法。实现潜艇与UUV水声通信的最主要障碍是随机多途干扰问题,为了实现各种海洋环境下的中远距离高数据率通信,需要解决多项技术难题,如研究新型的新航处理方法。迄今为止,只有极少数国家在水声通信领域取得了突破性进展,达到使用的程度。

3) UUV的运动控制技术

UUV的运动具有明显的非线性与交叉耦合性。为了完成不同的任务,要求UUV在多个自由度上有较高的控制精度。所以,需要建立完善的集成运动控制系统,同时将信息融合、故障诊断、容错控制策略集成。复杂的海洋环境对智能规划与决策系统、潜载UUV的布放回收控制提出了较高的要求。海洋中海流的大小与方向不仅与实践有关,而且随着地点的不同而变化[3]。对UUV的智能规划与决策技术和布放回收技术来说,海流的影响是必须考虑的干扰因素。

4) 水下精确导航技术

UUV的导航系统必须提供远距离及长时间范围内的精确位置、速度和姿态信息,目前国外的UUV均采用小型惯性导航系统。由于受到国外技术限制,往往无法采用这种系统作为UUV的导航系统。而采用光纤陀螺与多普勒速度计或相关速度仪组成船位推算系统,并利用GPS系统定期修正,是UUV现实可用的导航技术,在一定范围内能够满足任务要求,但导航精度还远不及惯性导航系统。为了完成某些任务,UUV有时需要在较小的范围实现精确定位。目前,通常的是水声定位技术,包括长基线、短基线和超短基线三种形式。为了满足未来UUV对水下导航技术的需求,国内外都在探索重力导航系统、海底地形导航系统、地磁场导航系统等新型导航系统,但是这些系统的实用化还有待于一批关键技术的突破。

5) 能源动力技术

针对自带能源的UUV,其在水下的续航能力、航速和负载能力均受制于能源和动力技术。因此能源动力技术将是其向远程、大范围、长时间作业发展的关键。高效的能源技术、低能耗的系统开销以及能源的后续补充都是UUV系统持续工作的保障。目前面临的两大难点是,一是能量需求大,以满足长时间远程作业;二是电池重量和体积受限[4]。

6) 指挥控制技术

随着UUV导航、通信、控制、传感器技术已逐渐成熟,部分技术已经开始走向实用化。然而对潜载UUV的指挥控制技术的研究却进展缓慢,尚有许多工作要做,例如为指挥员建立多种作战指挥模型和算法。亟需开展研究的有:潜载UUV的功能模型研究,确定能向UUV分配的任务范围,UUV能做出回应的基本的命令;执行能力模型研究,确定UUV能以多快的速度移动,移动范围能有多远,航路如何规划,武器以及传感器的作用范围以及效能,在各种威胁下自我防卫的能力,通信资源的连接性和有效性以及后勤保障支持需求;行为模型研究,确定下属单元指挥员在训练和接收到特殊指令的基础上如何对一系列范围很广的情况做出回应:如何使用机动性,武器、传感器和通信能力。

5 结语

目前包括美国海军在内的世界海军强国正根据规划加紧发展潜载UUV系统,我国在潜载UUV方面的研究也正引起越来越多的关注。现阶段由于潜载UUV的系统设计、自主控制、通信、动力、布放回收等技术瓶颈尚未完全突破,限制了其在战场作战效能的有效发挥。尽管目前潜载UUV在海战中的应用还处于初级阶段,但随着相关技术难题的突破,相信潜载UUV一定会在未来高科技信息化海战中发挥更大作用。

[1] 王蓬.军用UUV的发展与应用前景展望[J].鱼雷技术,2009,17(1):5-9.

[2] 王颖(译).常规潜艇上水下无人运载器的综合有效释放和回收[J].潜艇技术,2008(6):58-70.

[3] 徐玉如,苏玉民.关于发展智能水下机器人技术的思考[J].舰船科学技术,2008,30(4):17-21.

[4] 郭凤水,袁思鸣,刘强.军用UUV使命任务和装备性能分析[J].2007,2(5).

[5] Goodman, G. W. (Jr), “UUV Breakthrough”, SeaPower, 27th April 2006.

[6] Nick Brown. Navy League 2013: SSGNs to explore novel UUV operations. International Defence Review, 11-Apr-2013.

[7] Geoff Fein. Us Navy explores extreme-range UUV tethering, International Defence Review[J]. 23-Apr-2012.

[8] 黄振中,王春雷.美国海军转型中的无人潜航器[J].潜艇学术研究,2007,25(5):78-78.

Application Analysis of Submarine UUV

JIANG Ronghua

(Equipment Department, No. 92730 Troops of PLA, Shanghai 200000)

Submarine UUV combines parent submarine and UUV’s ability to enhance their capabilities. Firstly, an overview of the current status of research typical UUV systems and submarine at home and abroad is introduced, and a detailed analysis of the potential use of UUV is set out, and the key technique and problems for developing submarine UUV are pointed out.

UUV, submarine, combat use, undersea warfare

2015年4月8日,

2015年5月29日

蒋荣华,男,工程师,研究方向:潜艇武器装备。

U674

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.005