国外UUV发展现状分析

海军驻宜昌地区军事代表室 帅高山

国外UUV发展现状分析

海军驻宜昌地区军事代表室 帅高山

UUV目前已经是一个发展非常迅速的行业。UUV不论是大型的还是小型的都有着其特殊的用途。本文探讨了国外UUV行业的最新发展现状，列举了国外目前最新的一些UUV。对于UUV的一些特殊用途进行了分析探讨。

UUV；发展现状；分析

0　引言

目前，国外有很多水下航行器（UUV）的共同特征是具有较长的圆柱状流线型鱼雷外形。而由于标准的潜艇鱼雷发射管的直径为533 mm，因此，很多打算用潜艇来载运UUV的系统会受到此直径的限制。最大为533 mm的航行器直径会对其载荷和能量存储带来一些不可避免的限制因素。虽然当今有很多可供海军使用的UUV是具有鱼雷的外形和直径，但是也有一些尺寸相当大的新系统。模块化和开放式结构则意味着基本平台既可以配置成民用用途也可以配置成军事用途。

1　高端解决方案

现代UUV具有不同的能力、应用和角色。它能够携带先进的导航系统和传感器负载，像“蓝鳍金枪鱼”UUV系统的航行体能够采集海洋学数据，执行广泛的情报、侦察和监视任务，同时能够探测和灭除确定的水下水雷威胁。

在上世纪90年代，每一个主要的UUV业内参与者运行的都是较大的航行器，这是因为当时条件下别无选择，当时需要UUV的空间来装配电池和电子设备。越大的系统其能量需求越大，从而引发了意义重大的对性能更佳、更安全和更便宜的电池的研究。 已经有一项重要的研究是从海水中提取氧，这样就不必在航行器上携带氧。溶解在海水中氧的浓度会限制航行器所能到达的地方，但这种方案应用于浅水似乎是可行的。

但主要的推动力是朝向更小和更廉价的航行器方向发展，以便于它们应用于各种战术平台—即潜艇和水面舰艇上。因此，关键的问题就是将各种电子设备安装到航行器中。现代电子技术的发展可以使得UUV的尺寸更小而能力更强，目前一些国家已经在解决此问题方面取得了显著的进步。

有很多诸如应用于石油及天然气工业的商业系统，将是有缆的和完全人工控制的。总是会存在这样一种需求，即需要人出现在深海中。ROVs（遥控作业潜水器）在垂直的环境中表现出色，即距离支持母船航行不太远的距离上时。而AUVs在需要较大的水平距离上工作的水域中则表现优异（如海底管线和海洋学勘测）。

自主性在减少对船员和支持船的要求方面总是重要的。对于长期运行的海洋学项目来说，世界各国已经转向由浮力或热机驱动的水下滑翔器。水下滑翔器能够提供各种海洋学数据，如海流、盐度、溶解氧或温度等。市场正朝着更小和更廉价系统的方向发展。迄今为止主要的市场一直是在海洋学研究领域，而主要的客户则是各个大学。在这个领域，低成本是主要的驱动因素。没有哪个研究人员想在一艘潜水器上花费其大量的研究经费，然后将其扔到一边并希望以后能够再次派上用场。

2　用于更大任务的小型航行器

水下研究中心的科学家们在验证不断成熟的UUVs应用概念方面已经取得成功。这些应用概念就是自主地应用UUVs来完成各种任务级的工作。其中正在不断完善的部分就是我们正在用来对自主水下航行器进行指挥和控制的各种算法，这些算法在仿真训练中工作极其出色。我们刚刚处于这一过程的开端，但目前已经能够对控制回路中无人参与的水下航行器的某些任务进行模拟。

随着AUVs变得不断成熟，又会出现一些新的可能性。按照水下研究中心的科学家约翰·波特的说法，挑战是来源于定义准确的各种风险威胁—由此可以设计各种平台来应对这种挑战—以解决那些需要更多样、更能适应和更加灵活的响应。这就导致了一种将注意力从平台—因为平台通常具有数十年的寿命周期—转移到各种能力上的变化。目前正在建造的各种平台能够支持很多不同种类的能力。你只需要根据特定的任务运行对应的平台即可，而这将会强调更多的有关全局的设计方法学。

一些平台具有很长的续航力—它们从不疲倦，从不晕船，而且也不需要吃任何东西。但你不需要它们时，你可以将它们束之高阁，而对海员来说，你就不能这样做。这些平台与船舶相比要小得多且廉价得多，而且是水面平台的一种补充。这样就打开了一条全新的商业道路。既然自主航行器和机器人技术是相对成熟的，那么挑战就已经转向它们的智能行为。波特认为：使系统能够自主是一回事，而使其具有智能则是另一回事。

为了达到此目的，需要在水下自主航行器上开发大量的决策程序，这样，在相当长的时间段内没有通信的情况下，航行器也能够进行明智的工作。而这就意味着必须关注分布式传感及分布式控制方面的问题，这是一个非常丰富的理论领域。关键是如何使一系列自主的、智能的控制组件作为一个整体对它们自身进行控制以产生比各组件的总和要更多的功能。这仍然是个没有解决的问题。

3　UUV未来市场的加速发展

工业界可提供各种类型的小型和灵巧的水下航行器，相关公司包括阿特拉斯电子公司（ATLAS Elektronik）、法国舰船建造局（DCNS）、盖马林公司（Gaymarine）、康斯伯格海事公司（Kongsberg Maritime）和萨博水下系统公司（Saab Underwater Systems）。其中一个例子就是阿特拉斯电子公司的海獭MK II，海獭航行器具有设计上的灵活特性，这种特性基本上可使任何负载组件与系统相连。最近在英国的一次演示验证中，海獭MK II水下航行器在航渡一段距离后进入到勘测水域，随后以横向航线进行勘测，随后航渡一段距离后返回到布放点。另外一次演示验证是由混合型“海狼”AUV完成的。此AUV进行同步勘测作业，利用一个旁扫声纳在深度为8 m的浅水中勘测海底。

阿特拉斯电子公司的“海猫”UUV最近被用来检查一个位于德国西南部的斯瓦比亚侏罗山区的24 km长的饮水涵洞。作为一个表现良好的灭雷航行器，阿特拉斯电子公司的“长尾鲨”系统近期被泰国皇家海军（RTN）订购。阿特拉斯电子公司将提供3套机动型“长尾鲨”系统，其中包括用于观察和训练目的的3套长尾鲨I设备，以及用于灭雷的初始少量的长尾鲨C战斗型装置。在随后的几年中将交付其余的长尾鲨C战斗型装置。机动型长尾鲨系统是完全自主的系统，使得长尾鲨灭雷具的布放可与水面船上的装置或设备无关。

法国舰船建造局（DCNS）则开发出了ASM-X UUV，法国舰船建造局是以其SeaKeeper半潜式系统而闻名，这种系统代表一种用于对最现代的水雷进行声纳探查的可行的解决方案。通过采集和传输战术实时信息，该UUV将提高潜艇的作战能力，该UUV可到达目标水域而不会暴露潜艇的踪迹，从而为潜艇提供了额外的保护。ASM-X 航行器将利用潜艇上用于鱼雷的设备，以降低系统集成的成本并使系统的效率和适应性最大化。根据其基本配置（能源、导引和导航），模块化设计使该航行器能够适应于各种不同类型的任务。

盖马林公司正在推广一系列既可以配置成全自主的（AUV）也可以配置成半自主的小型遥控航行器（ROVs）。这类航行器可以按照预先设定的模式寻找海底上的目标，航行器接近目标，然后对目标进行识别，并能最终完成一些简单的回收或处理作业（如果是水雷的情况下）。特别是在多年来已经获得认可的猎雷领域中，这种航行器将起到极为重要的作用。

双鹰系统可以有缆遥控操作，也可以无缆自主作业，因此它是一种混合型的系统（ROV/AUV）。这种航行器既可以有缆遥控操作，也可以无缆自主作业，因此它是一种混合型的系统（ROV/AUV）。该公司的AUV62自2002年以来主要在防卫领域作为水雷探测及监视航行器进行作业，但现在也被用作商业用途。这种航行器也可用于搜索和救生。用来进行地理位置跟踪时，该航行器采用了多种信息源，如惯性测量系统、GPS、多普勒速度仪和地形辅助导航等。为给航行器提供能源，萨博公司采用了锂聚合物电池、锂离子电池和铅酸电池。安装在AUV62载荷模块上的典型传感器系统包括有：用于探测海底和水体中物体的旁视声纳、合成孔径声纳（SAS）、用于探测沉积物掩埋物体的浅地层剖面仪、多波束回波测高仪（MBES）以及用于探测海底及水体中和掩埋在沉积物中的铁磁物体的磁场传感器。

4　发展大直径无人水下航行器（LDUUV）

推动美国海军大直径UUV（LDUUV）计划的主要任务是情报、监视和侦察（ISR），执行这种任务的持续时间都相当长，一次任务的时间可达数月，故而能够形成隐蔽而持久的军事存在，或服务于分布式水下传感器网络，或作为小型UUV的主平台。大直径UUV计划将开发新的不依赖空气的能源系统和各种核心航行体技术，以将UUV的作业续航时间扩展到数月之久。先进的自主性和感知能力使其可在滨海混杂的环境中作业， 海军研究所正在研究新的能源以将目前的能量密度提高5到10倍，同时还考虑到快速充电或能量补给问题以能够以可接受的成本进行作业，此外可对系统进行布放并使其具有数月的作业续航力。

5　UUV的长续航力问题

有关能源的另外一个方法就是只需要消耗极少的能源。滑翔器利用浮力进行下潜和上浮，利用其机翼的升力可将垂直速度转换为水平速度。其结果就是以锯齿型航线在水中航行。滑翔器的速度较慢，但有极大的续航能力，因此特别适合进行长期海洋学数据取样。罗格斯大学编辑了所有的海洋滑翔器的数据并使其可资使用。海洋滑翔器构成了AUV的最大一个种类，而美国海军计划采购150个滑翔器用于此目的。