未来作战舰船发展设想

徐 海，梁延峰，刘明辉

(中国电子科学研究院，北京 100041)

0 引 言

随着科学技术的发展，各个领域的新兴技术被广泛应用于军事领域。从新材料的发明使用到新概念的应用实现，从通信技术的日益成熟到人工智能的迅速崛起，从计算能力的不断加强到赛博空间的不断拓展，科技的发展使未来战争的形态也发生了根本性的变化。未来战争将从平台对抗转变为体系对抗，从有人作战转变为无人作战，从火力打击转变为非火力打击。这些改变也对武器装备的发展提出了新的要求[1]。

作为海上作战的主要力量，作战舰艇需要面对未来海上网络化、智能化和无人化的作战环境。未来作战舰艇将采用先进设计理念，融合多领域新兴技术，在网络信息体系的支撑下，在提高平台自身能力的同时，通过搭载多种无人装备增强信息的获取能力，通过应用智能算法增强信息的分析处理能力，通过新概念武器增强打击与支援能力，与整个网络信息体系协同作战，实现更加透彻的感知、更加智能的指挥和更加高效的打击[2-3]。

1 未来作战舰船设计理念

作战舰船的设计随着科学技术的发展以及战争形态的变化而改变。随着科技发展和战争形态的变化越来越快，作战舰船的更新换代也越来越快。从20世纪60年代21世纪初，美国已经设计生产了16种型号的驱逐舰，通过不断更新升级任务载荷提高预警探测能力和防空反导能力，投入了大量的人力、物力和财力，也在一定程度上造成了巨大的浪费。造成这一现象的主要原因是舰船在最初设计时就固定了使命任务，任务载荷与平台采用紧耦合的方式，因此整体架构难以改变，能力升级空间有限，难以适应快速变化的作战环境和战争形态[4]。

为了使作战舰艇的能力升级更加灵活，快速适应新的战场变化，要从设计理念上进行转变。

(1)从基于平台到基于能力的转变。未来战争势必是体系的对抗，作战舰船的设计要更加注重于信息体系相融合。设计的核心思想是以能力建设为中心，依托网络信息体系全面提升探测能力、指挥能力和打击能力，同时发挥自身特点为体系作战提供支撑。

(2)从有人操控到无人自主的转变。随着人工智能技术的不断发展，无人自主将成为未来装备发展的必然趋势。未来作战舰艇的任务系统将全面实现无人化自主操作，减少操作人员，可在战时有效避免人员伤亡。同时还会搭载无人机、无人艇、无人潜艇等无人装备，增强全方位探测感知能力和打击能力。目前美军的“战术侦察节点(TERN)”计划的一项重要内容就是研制一款长航时舰载无人机执行海上的广域探测侦察任务[5]，同时洛克希徳马丁公司正在为美国海军设计水下无人潜艇Orca[6]。

(3)从高度集中到分散集成的转变。传统的作战舰船不断升级自身的探测和打击能力，在单一平台上不断增加和升级任务载荷，造成系统复杂、稳定性不佳等问题。而且在体系对抗的战争环境下，单一平台不可能具备与对手体系对抗的能力。因此要从体系的角度设计舰船，利用协同作战发挥每一艘作战舰船的特点，完成协同探测和协同打击，升级体系对抗能力。美海军的“分布式杀伤”概念就是依靠体系协同探测与打击，实现海上控制范围近百倍的扩大[7]。

(4)从预先规划到按需生成的转变。传统作战舰船在设计之初就明确了使命任务，任务载荷与平台紧耦合，因此具备的功能也随之固定，可执行的作战任务也有限。在战争形态发生变化时，这些舰船只能遭到淘汰。未来作战舰船的任务载荷与平台应采用松耦合设计，同时任务载荷采用模块化设计，利于短时间内完成任务载荷的升级和更换，按作战需求生成相应的作战能力。

(5)从单域行动到跨域联合的转变。传统的作战舰船的作战域主要在海上，而未来信息化战争将打破各军兵种和各作战域的界限。未来作战将不再是单一域的作战，而是横跨多域的联合作战。因此，未来作战舰艇要具备全域作战的能力。

(6)从信息数量到信息质量的转变。在传统作战舰船的设计上主要追求“大而全”，希望尽可能多的获取信息，但并不注意信息的质量，经过多源信息的融合处理后，仍然得到准确的信息。未来作战舰艇的设计应更加注重信息质量，从准确获取数据、可靠传输信息、科学处理数据等方面全面提升数据质量，利用大数据、机器学习等技术获取全面、准确、直观、易用的信息。

(7)从赛博防御到赛博应变的转变。未来战争的打击方式将由以导弹为代表的火力打击转变为以赛博武器为代表的非火力打击。由于未来作战是基于网络信息体系的对抗，因此赛博攻防将是未来战争中至关重要的对抗。目前世界各国都已经意识到赛博安全的重要性，分别对自身的网络信息体系进行升级防护。在未来作战舰船的设计中，不仅要考虑全面的赛博防御，还应该考虑追踪溯源、遏制反击的赛博应变系统。

2 未来舰船发展设想

2.1 船体设计

未来作战舰船在船体结构设计上应综合考虑舰船的机动性、稳定性、抗毁性和隐身性。在结构上应采用双体或多体结构，其穿浪性更好、航速更快、横稳性和耐波性强、利于结构隐身设计，并可以提供更大的甲板面积用于安装任务载荷和运载无人装备[8]。在船体材料选择上，应采用强度高、耐腐蚀、重量轻、非磁性的新型建造材料，在保证舰船安全坚固的同时，兼顾材料的隐身性能[9]。

2.2 综合电力系统

综合电力系统是目前先进的船舶推进系统，其主要特点是由同一电源向推进系统及全船所有其他电力负载供电[10]。对未来作战舰船而言，综合电力推进系统的最大意义是可以通过动态分配电力为任务载荷提供充足能源，为高耗能的新概念武器的上舰提供了保障。

目前激光武器、微波武器、电磁轨道炮等新概念武器已经达到了一定的技术成熟度，但是距离实战应用还有一定距离，其中主要受限于平台的能源供给能力(新概念武器的发展及能源需求如表1所示)。与此同时，随着技术的发展，船上其他电子设备的用电需求也在不断增加，目前大型舰载探测雷达峰值功率需求达到10 MW。这些能源需求都给舰船的能源系统提出了苛刻的要求。综合电力推进系统的应用解决了能源统一管理、动态分配的问题，根据任务需求动态调整能源供给比例，确保各装备工作时的能源需求，为新概念武器上舰铺平了道路。

表1 新概念武器的能源需求[11]

2.3 无人装备体系

随着无人机、水面无人舰艇、水下无人潜器的不断发展，未来作战舰船将搭载更多的无人装备。这些无人装备将紧密围绕在作战舰艇周围，形成小型的作战编队，执行侦察监视、预警探测、干扰打击等多种任务，在一定程度上具有航母编队的作战功效。

(1)舰载无人机。长期以来固定翼舰载机的起落对舰船平台都有较高的要求，只有大型的航母才能运载多架固定翼舰载机，并支持其起飞和降落。相比有人舰载机，舰载无人机体积更小，不一定需要大型的运载平台。目前，美国DARPA的TERN计划正在研究舰载垂直起降无人机，预计2018年研制成功。研制成功后将使小型作战舰船搭载固定翼无人机成为可能。舰载无人机可前出进行侦察监视和预警探测，有效扩大作战舰船的感知范围。

(2)小型水面无人舰艇。作战舰船通过投放小型水面无人舰艇执行水面作战任务、反潜探测任务、排雷任务以及导航和水文地理勘察等任务。水面无人艇相当于以作战舰船为核心的作战编队的“护卫艇”，将提高编队的水面及水下的防御能力。

(3)小型水下无人潜器。潜艇是重要的战略性装备，在海上作战中起着重要的作用，可以突袭性打击敌方水面舰艇和实施战略性导弹打击。随着作战装备无人自主化的趋势，潜艇也向着无人化发展。水下无人潜器能够单独同时执行运侦察、打击等多种任务，补充编队的水下打击能力。

作战舰船上的空间十分宝贵，是限制其搭载无人装备能力的主要瓶颈。随着3D打印技术和工业机器人的发展成熟，目前已经可以利用3D打印技术生产无人机，工业机器人也已经用于船上。未来作战舰船可以配备3D打印设备和工业机器人。在平时可以将用于生产无人装备的材料分解存放，节省船上空间。在作战时，根据作战需要可以在短时间内利用3D打印技术生产无人机，利用工业装配机器人快速装配无人装备，快速按需生成战斗力。

图1 利用3D打印技术生产的无人机[12]

2.4 预警探测

在体系层面，充分发挥无人装备机动灵活优势，投射空中、水面、水下无人装备，利用协同探测动态布设立体侦察网，根据威胁改变探测区域和探测范围，形成全方位的立体感知能力。在探测技术方面，升级雷达、光电、声呐等传统探测手段，利用智能化手段提升识别能力，根据目标特性改变探测手段，形成多手段智能化的透彻感知能力。

目前舰载预警探测系统的发展趋势为功能集成化、雷达数字化、结构模块化和天线一体化[13]。未来在不断发展这些趋势基础上，继续提升雷达波束的指向性、探测距离和抗干扰能力，在复杂战场化境下，有效侦察隐身目标、低空目标和小型目标。与此同时，智能化将成为主要技术趋势，以认知雷达为代表的预警探测装备将整合大数据信息，利用机器学习算法，精准识别目标，并针对性的改变探测手段跟踪目标，同时为指挥系统和武器装备提供指示信息[14]。

2.5 指挥控制

随着数字孪生技术和虚拟现实技术的产生，未来舰船的指挥控制系统将全面实现数字化管控和智能化交互。通过数字孪生技术，将舰船的各个装备数字化建模，实时监控各设备运行状态，并以此为基础构建全舰共用计算环境，统一管控舰上所有载荷装备，动态调整资源，根据不同任务调整全船载荷，实现全船动态规划管理。在执行作战指挥任务时，可以动态重构指挥架构，重新制定指挥流程并设定指挥权限，更加灵活的应对不同的作战需求。

图2 舰船数字孪生系统[15]

与此同时，智能化将是未来指挥控制系统的主要特征。作为整艘舰船的核心，指挥控制系统将整合处理由各类传感器和作战单元收集的战场态势信息，结合历史大数据，通过人工智能算法推演，形成对战场态势的智能化认知能力，实现敌方动向征候预测、装备资源灵活调度、时敏目标精准识别、敌我态智能认知、作战方案动态生成，确保最优作战策略。

2.6 新概念打击

(1)新概念武器。在传统武器系统的基础上，未来舰船必定会配备激光武器、微波武器、电磁轨道炮等新概念武器，可根据不同的作战需求制定打击计划，提高打击效率。激光武器、微波武器主要用于近程防空反导，电磁轨道炮可实现远距离火力支援和远程打击[16]。

(2)电磁弹射。由于综合电力系统的保障，未来作战舰船将具备电磁弹射能力。可以根据作战任务需求，将定制组装生产无人机、无人水面舰艇等作战单元，利用电磁弹射技术投送到制定区域，快速形成具有针对性的作战能力。

(3)无人机蜂群攻击。利用3D打印和工业机器人装配，可以在短时间能生产多架无人机，在海上形成无人机集群并执行蜂群攻击任务。

3 结 语

未来信息化战争对作战舰船提出了新的要求，在体系化、无人化、智能化驱使下，未来作战舰船要改变设计理念，将先进的船体平台与能力可变的载荷任务系统相结合，按需生成作战能力，支撑未来体系对抗。将大数据、人工智能等技术广泛应用到预警探测系统、指挥控制系统和打击系统中，实现更加透彻的感知、更加智能的指挥和更加高效的打击，应对未来信息化战争。