无人水面艇反潜战载荷分析

苏金涛

(江苏自动化研究所，江苏 连云港 222061)

0 引 言

传统有人反潜作战平台（水面舰艇、反潜直升机、固定翼反潜机），以及水下对潜警戒网络和天基对潜警戒网络，共同构筑了当前最有效的反潜作战体系。但潜艇战和反潜战历来是不对称作战，现有的反潜作战体系的高成本，是该体系的一大短板。无人水面艇可以以十几分之一、甚至几十分之一的成本，弥补对潜艇发现、跟踪和打击能力的不足，实现对更加广域海区的水下控制，提高执行反潜任务的效率和效费比，使之前不可能完成的任务变为可能，充分抵消潜艇战带来的不对称性，从而带来传统反潜作战模式的改变。反潜战载荷是无人水面艇执行反潜作战任务的核心部分，由于无人水面艇反潜作战、无人水面艇平台以及作战环境的特殊性，使得无人水面艇反潜战载荷与传统有人平台的反潜作战系统有很大的不同，对无人水面艇反潜战载荷进行详细分析，是指导反潜型无人水面艇以及反潜战载荷设计、实现以及使用的有效途径。

1 无人水面艇反潜任务需求

一般而言，常规潜艇以及攻击型核潜艇所构成的威胁主要在于：1）进行抵近情报搜集和特种作战；2）对港口、岛礁等重要目标进行攻击；3）对主要航道进行封锁；4）对远海舰艇编队进行伏击作战。针对以上潜艇威胁，无人水面艇加入现有的反潜作战体系，可与传统有人反潜作战平台协同执行对潜警戒、搜索、确认、跟踪、攻击任务。根据无人水面艇的特点，其在反潜作战体系中可承担2项任务：1）近岸反潜巡防；2）舰艇（编队）对潜搜索和攻击。

近岸反潜巡防时，利用无人水面艇（群）长航时、大范围、低成本的特点，可在离岸一定范围内，特别是重要航道附近保持全天候、全遮盖对潜警戒搜索，无人水面艇近岸反潜巡防作战概念如图1所示。

图 1 无人水面艇近岸反潜巡防作战概念图Fig. 1 The concept of offshore anti-submarine scout

舰艇（编队）反潜搜索和攻击时，无人水面艇可作为重要反潜方向上前出兵力，弥补舰艇水下探测距离不足的短板，弥补舰载反潜直升机留空时间短的短板，拓展舰艇水下探测范围和攻击范围，对确认目标及时进行诱骗和首轮打击，无人水面艇舰艇（编队）对潜搜索和攻击作战概念如图2所示。

图 2 无人水面艇舰艇（编队）对潜搜索和攻击作战概念图Fig. 2 The concept of along with ship anti-submarine

2 无人水面艇反潜战载荷适装性

将反潜战装备集成到无人水面艇上并形成战斗力，要从3个方面进行考虑：

1）无人水面艇反潜任务需求。用于大面积海域，以及重点海域的对潜警戒、搜索，要首先考虑探潜设备的探测效率；在外部信息支援下，用于潜艇目标的确定和跟踪，要首先考虑探测设备的探测精度；对潜艇目标进行打击，需要考虑装备攻潜武器。目前可用于无人水面艇的探潜设备主要有拖曳线列阵声呐、吊放声呐和磁探仪3种。拖曳线列阵声呐探测距离较远，可在无人水面艇连续航行过程中使用[1]；吊放声呐探测距离较近，需要进行跳跃式探测，在一个探测点和下一个探测点之间，需要对吊放声呐进行收放[2]；磁探仪对潜作用距离短，有效搜索宽度小，一般作为鉴别器材，可以较准确地测得潜艇的位置以及运动要素。目前可用于无人水面艇的攻潜设备主要有轻型鱼雷和深水炸弹。轻型鱼雷是水面舰艇最有效的反潜武器，国外声自导轻型鱼雷对潜命中概率可达50%以上；火箭助飞式深水炸弹一次齐射对潜摧毁概率仅为10%左右[3]，目前一般不用于对潜攻击，更不适合载重量小的无人水面艇平台用作攻潜武器。

2）无人水面艇任务载荷搭载能力。按美国无人水面艇等级划分，舰队级无人水面艇任务载荷重量可达到2 300 kg[4]，如美国的Spatan Scouter 11米版[5]和Darco[6]，及以色列的Seagull[7]；港口级无人水面艇任务载荷重量可达到1000 kg[4]，如美国的Spatan Scouter 7米版[5]和以色列的Protector[8]。再大级别的无人水面艇随母舰出行有困难，只能依托基地部署；再小级别的无人水面艇（X级[4]），载荷搭载能力有限，只能执行一般侦查、监视、警戒任务。按照目前反潜装备技术发展水平，全套拖曳线列阵声呐系统的重量从几吨到几十吨，但轻型拖曳线列阵声呐重量可满足小型平台使用要求；全套的吊放声呐系统和全套的磁探仪系统，重量均在几百千克以内。如果无人水面艇搭载鱼雷武器具备对潜攻击能力，单枚鱼雷武器系统（包括发射装置、鱼雷及配套设备）总重量之和为1 000 kg以上。对于舰队级无人水面艇，有足够的空间同时安装拖曳线列阵声呐、吊放声呐、磁探仪，以及鱼雷武器系统；对于港口级无人水面艇，具备单独安装拖曳线列阵声呐、吊放声呐和磁探仪的空间，鱼雷武器则不作考虑。

3）作战使用环境影响。对于舰队级无人水面艇，一般可在4级海况下工作，6级海况下生存；对于港口级无人水面艇，一般可在3级海况下工作，5级海况下生存。无人水面艇本身对海深无特殊要求，一般舰队级无人水面艇满载吃水深度小于1 m，港口级无人水面艇满载吃水深度小于0.5 m，沿海岸区域亦可保证其工作安全。但声呐的使用对于环境有特殊要求，当使用拖曳线列阵声呐时，不仅要考虑海深和海况，还要考虑海中障碍（漂浮物、暗礁、人工建筑）的影响，近海使用有所限制；相比较而言，吊放声呐和磁探仪使用时对于环境要求较为宽松，满足海况、使用最小海深和平台噪声条件即可。当搭载反潜鱼雷武器时，鱼雷武器发射时对无人水面艇有姿态稳定的要求。

港口级无人水面艇由于使用环境限制和载荷搭载能力限制，只能在近海执行巡逻警戒任务，虽然便于岸基或随母舰部署，但在反潜方面实用性存在很大的不足；大型无人水面艇在环境适应能力、载荷搭载能力、平台运行能力等方面皆可满足近海、远海反潜作战需求，可作为岸基部署的首选，但随母舰部署时要求较高，深海反潜作战时对其保障存在一定的困难。从使用需求和具备的使用条件来讲，舰队级无人水面艇是目前反潜型无人水面艇的最佳选择。舰队级无人水面艇可适应6级以上海况，续航里程一般能达到400 nmile，巡航时间96 h以上，即可满足岸基部署，又较方便部署在各型水面舰艇上，随编队进行深海反潜作战[5–7]；载荷搭载能力可达到2 300 kg，通过平台优化设计和载荷优化设计，可携带有效的探潜装备和攻潜装备，满足反潜作战需要。

3 无人水面艇反潜战载荷集成方式

遵循无人水面艇“平台通用化、功能多样化、载荷模块化”的设计理念，无人水面艇反潜战载荷应采用“搭积木”方式构建。无人水面艇反潜战载荷是一块大积木，同时反潜战载荷又是由轻型拖曳线列阵声呐、吊放声呐和轻型鱼雷发射装置等小积木搭建而成，积木与积木之间在物理上是松耦合的，在信息上和功能上是紧耦合、动态化的。根据无人水面艇反潜任务的不同，能够敏捷地进行反潜战载荷构建，并便捷地将反潜战载荷集成到无人水面艇平台上。

无人水面艇反潜战载荷的全集如图3所示。反潜战载荷的全集包含无人水面艇艇上部分和岸基/母舰部分2部分，无人水面艇艇上设备全集包括：轻型拖曳线列阵声呐系统、吊放声呐系统、磁异探测仪系统、轻型鱼雷发射装置及鱼雷和反潜任务管理单元，岸基/母舰部分设备是反潜任务遥控单元。

无人水面艇“模块化”反潜战载荷“搭积木”构建方法如图4所示。

由图4可知，无人水面艇反潜战载荷以及反潜战载荷内的各个组成部分采用“即插即用”的灵活部署模式，要实现此种方式，可通过物理层和信息层2个层面实现。

图 3 无人水面艇反潜战载荷全集组成示意图Fig. 3 The total composition of anti-submarine module

图 4 无人水面艇反潜战载荷“搭积木”构建示意图Fig. 4 The building method of anti-submarine module

物理层上，在保证相应性能指标前提下，反潜战载荷内部各组成部分小型化、轻量化、模块化。小型化和轻量化保证了反潜战载荷的适装性，但相应增加了技术实现的难度，需要找到一个均衡点；模块化保证了反潜战载荷“即插即用”的特点，实现模块的方法，需要统一设备信息传输接口与工作保障接口，减少设备信息传输接口和工作保障接口类型，多种设备公用信息处理平台，功能模块通用化，设备安装接口尽量简化对无人艇平台的要求，进行快拆设计等。

信息层上，基于软件模块化设计思想，采用“软总线”和“软件重部署”的方法，建立反潜战载荷软件系统快速重构的机制，以及反潜战载荷与无人水面艇其它组成部分之间快速链接的机制。反潜任务遥控单元和反潜任务管理单元配置反潜战载荷管理软件全集，能够根据反潜战载荷组成单元的变化，实时动态识别载荷构成，实时动态激活或休眠相应软件模块，实现反潜战载荷内部各组成单元，以及反潜战载荷与无人水面艇系统的“热插拔”。

4 无人水面艇反潜战载荷使用方式

根据水面艇反潜任务分析，可将无人水面艇执行的反潜任务划分为3个子任务：近岸巡防、编队警戒和应招搜攻潜。针对每个子任务的主要关注点不同，根据无人水面艇反潜载荷适装性分析，为无人水面艇配置相应的反潜战载荷，如表1所示。

表 1 反潜战载荷部署情况Tab. 1 The deployment of anti-submarine module

在每种配置中，都包含反潜任务遥控单元和反潜任务管理单元。反潜任务遥控单元部署于岸基或母舰上，是整个无人水面艇系统任务控制系统的组成部分，主要用于无人水面艇执行反潜战任务的人工干预，包括作战态势人工分析、反潜作战人工决策、探测设备和反潜武器遥控操作等。反潜任务管理单元部署于无人水面艇上，是无人水面艇上反潜战载荷的核心设备，对无人水面艇上反潜战载荷其他设备进行综合管理，完成探潜设备和反潜武器的控制流程，综合处理探潜设备探测到的目标数据，形成相应的反潜作战态势，在反潜任务遥控单元监督下，完成自主/半自主反潜作战决策等。

当无人水面艇主要用于执行对潜近岸巡防任务时，反潜战载荷中还包含轻型拖曳线列阵声呐、吊放声呐和磁异探测仪。轻型拖曳线列阵声呐主要用于开阔水域的大范围机动搜潜，以提高无人水面艇搜潜的效率；吊放声呐作用有2个方面，一是在不适宜使用轻型拖曳线列阵声呐的海域（如航道、近海岸、岛礁或人工建筑复杂海域）进行搜潜作业，二是在轻型拖曳线列阵声呐发现潜艇目标后，由吊放声呐进一步确认和探测精确目标运动数据，供反潜武器射击诸元解算使用；磁异探测仪可用于轻型拖曳线列阵声呐发现潜艇目标后，进一步确认和探测目标精确运动数据，供反潜武器射击诸元解算使用，其更主要的用途是，可在重要航道和海底地形复杂区域，通过历史探测数据的实时对比，发现座底及隐藏目标，以及对于潜艇布放水雷的探测。由于近岸时，岸上航空反潜平台（主要是反潜直升机）可以迅速抵达潜艇出没区域，无人水面艇用于对潜近岸巡防时，主要侧重于对潜艇目标大范围、长时间的搜索，一旦发现目标，即时通告，由岸上航空反潜平台携带反潜武器（轻型反潜鱼雷、深水炸弹）对目标进行驱离和攻击。

当无人水面艇主要用于执行对潜编队警戒任务时，反潜战载荷中还包含轻型拖曳线列阵声呐和磁异探测仪。无人水面艇可作为编队重要反潜方向上前出兵力，利用轻型拖曳线列阵声呐对该方向的海域进行大范围、长时间的搜索，可以有效弥补水面舰艇舰载声呐设备探测距离不足的短板，弥补舰载反潜直升机留空时间短的短板，拓展水面舰艇编队对潜艇目标的探测范围；磁异探测仪可用于轻型拖曳线列阵声呐发现潜艇目标后，对目标的进一步确认和探测目标精确运动数据，为舰载反潜武器系统或舰载反潜直升机提供目标指示，由舰载助飞鱼雷或机载反潜鱼雷对潜艇目标进行攻击，同时可兼顾对作战海域内水雷的探测。

当无人水面艇主要用于执行对潜应招搜攻任务时，反潜战载荷中还包含吊放声呐、鱼雷发射装置和轻型鱼雷。在有外部情报支持下，无人水面艇利用速度快、风险低、持续时间长的特点，到达潜艇目标可疑区域，进一步对潜搜索、确认后，发射轻型鱼雷武器，击毁或压制敌潜艇，弥补舰载反潜直升机留空时间短、风险高的短板。

5 结 语

反潜型无人水面艇的设计与使用是一项系统工程，反潜战载荷是该工程中的重要组成部分。本文着眼于实用化和现有装备技术水平，对无人水面艇反潜战载荷进行了系统分析，可为一段时期内反潜型无人水面艇以及无人水面艇反潜战载荷的实现提供借鉴。但从无人水面艇的发展历程和发展前景来看，真正实战化的反潜型无人水面艇的实现仍面临诸多问题，其中自主化作战是最困难的一点，赋予反潜战载荷自主运行的能力是未来很长时间内的技术挑战[9]，也是下一步的研究内容。

[1]王自发, 朱克强, 张天宇, 等. 拖曳线列阵声呐的研究现状与发展趋势[J]. 舰船科学技术, 2013(7): 1–7.

[2]王净, 占凯. 反潜直升机吊放声呐搜索效率模型研究[J]. 舰船电子工程, 2014(3): 159–161.

[3]尤晓航. 舰载深弹武器系统发展思路探讨[J]. 指挥控制与仿真, 2006(3): 1–5.

[4]The Navy Unmanned Surface Vehicle (USV) Master Plan[R].Navy US, 2007.

[5]Robert Mons. Design and Testing of the Spartan USV Mine Warfare Module[R]. Northrop Grumman Corporation, 2005.

[6]何萍, 阳明, 马悦. 全球海战机器人[M]. 北京: 解放军出版社,2012.

[7]SeagullTM Multi-Mission USV System, http://elbitsystems.com/media/Seagull-2016.pdf, 2017.03.

[8]ProtectorTM Unmanned Integrated Naval Combat system,http://www.rafael.co.il/5680-2257-en/Marketi-ng.aspx, 2017.03.

[9]王家鑫. 反潜无人水面艇及其声呐设备[J]. 声学与电子工程,2015(2), 46–49.