水下无人系统发展概念和研究现状

佘湖清，张 斌，赵加鹏

（中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

水下无人系统一般可分为水下无人攻击系统、水下无人防御系统、水下战无人支持系统等。为完成水下军事任务要求，功能上相互联系、相互作用，性能上相互补充的各种水下无人装备可组成更高层次的水下无人作战体系[1-2]，一般情况下由机动/固定无人搭载平台、水下预警探测系统、指挥控制系统、水中攻防武器系统、综合保障系统等组成。

近年来，随着水下运载平台、水声探测与通信、能源与推进、载荷发射、综合保障等关键技术的进步，水下无人系统也得到了飞速发展，正逐步成为水下作战的关键要素[3-4]。美国是世界上水下无人系统体系最完整、技术水平最高的国家，本文重点介绍美国水下无人系统的发展概念和研究现状，研究我国水下无人系统的实际需求，提出我国水下无人系统的发展概念和思路，为今后我国水下无人系统的发展提供参考。

图1 水下无人系统组成分类Fig.1 Composition and classification of underwater system

1 美国水下无人系统发展战略

近年来，美国自身国防经费面临缩减，其传统的水下系统体系逐渐开始暴露出问题和短板，主要体现在：天基、水下固定监听系统等探测范围相对固定，作战不灵活，部署成本高；有人平台数量不足，战损代价高昂，持续力不足，水下空间的战略、战术优势面临挑战。无人系统与有人系统相比具有2个明显的优势：一是平台不载人，可超越人类生理极限完成大深度、高机动、超长时服役等类型任务；二是平台即使损毁，也没有人员伤亡，可作为执行各类危险任务的首选。无人系统凭借其独特的优势，可在态势感知、精确打击、兵力保护和后勤保障中发挥重要作用。

因此，美国正在大力发展无人系统，并已给水下系统体系带来重大变化。2014年，美国启动了“第三次抵消战略”，力图发展改变未来战场游戏规则的颠覆性军事能力。水下战是美国“第三次抵消战略”发展重点，新兴水下系统、有人/无人编队、无人系统集群是发展的核心。

美国水下无人系统发展的目标包括：利用水下无人系统实现前沿控制和威慑，为预置和非预置水下无人系统发展远程动力能源保障能力；使用无人系统反制敌方无人系统，实现无人系统与水下部队以及无人系统跨域（空中/水面/水下）任务规划、信息管理、能量管理的无缝集成；为水下无人系统发展多种可靠性高、响应快、速率高的水下通信网络，提高人机协同能力和无人系统传感器性能。

2 美国水下无人系统发展重点

1）以反潜战为核心构建未来新型水下无人系统体系。美国加强反潜装备建设，正在构建以海战场建设为基础、多功能核潜艇和空中反潜平台为核心、无人系统为前出力量、分布式水下信息网络为“倍增器”的新型多兵种联合近中海攻势反潜战体系。

2）以潜艇为指控中心，无人系统为前出力量，推进水下作战模式转变。美国将潜艇作为水下战指挥中心和协同平台，大力推进无人系统上艇，搭载一系列的UUV和新型武器，加强潜艇的预警和局部海域监控能力，提高潜艇安全性。2006年，美国提出利用“俄亥俄”级巡航导弹核潜艇搭载UUV、潜标、浮标、水声探测阵等无人系统子节点，构建近海持续监视网（PLUSNet）[5]，旨在加强潜艇的探测范围和反潜能力，应对近海环境中的安静型常规潜艇。

图2 PLUSNet作战概念Fig.2 Operational concept of PLUSNet

3）构建跨域协同及战术海底信息网络，打造立体反潜探测网，有效支撑分布式协同时敏打击能力建设。克服水面上下的物理障碍，将水面、水下、空中有人/无人平台综合成一个上通下达的作战网络，始终是美海军努力突破的重点。正在以水下无人系统为传感器将不同功能的水下装备联接起来，使潜艇、水雷、固定式水听器、潜标、浮标等传统水下装备获取的信息通过无人系统得到共享，使每个水下装备成为水下信息网络中的一个节点，一旦某个节点发现敌方目标，可通过信息共享调配附近多个节点资源，实现“分布打击、火力集中”的能力。主要包括“海网”（Seaweb）、可部署自动分布式系统（DADS）[6]、深海主动探测系统（DWADS）和可靠声学通道线列阵系统（RAPVLA）等项目。

与此同时，美国大力发展反潜持续跟踪无人艇（ACTUV）替代核潜艇执行潜艇跟踪任务，发展分布式敏捷反潜系统（DASH）[7-8]，实现战场单向透明，对我常规潜艇实施定点跟踪和大范围监视。

4）发展长航时察打型无人潜航器，变革攻潜模式。UUV航速、航程、续航力逐步提高，且能携带武器，将具备与潜艇媲美的功能，但性价比更高、隐蔽性更好，损毁不会导致人员伤亡，将更多地取代潜艇，在作战一线承担情报监视侦察、反潜、反舰等任务。为配合攻击型核潜艇的战略后撤，美国正在大力发展察打一体的长航时无人潜航器，用于战时对我潜艇实施突袭，并进一步扩大侦察打击半径，采用滑翔式无人潜航器本体加装鱼雷战斗部的“蓝狼”及替代攻击型核潜艇前出执行水下攻防作战的“大排水量无人潜航器”（LDUUV）[9]是其中最典型的项目。

图3 美国以传感器为节点构建水下攻防体系Fig.3 Underwater attack-defense system based on that America takes sensor as node

5）发展水下预置平台，突出战术突袭。水下预置平台是美军构建未来水下非对称优势，体现抵消概念最为典型的一类装备。用于浅海要道预置攻击型无人机、无人潜航器、导弹，战时能在战场前沿隐蔽快速完成兵力部署，形成探测网络和作战编队，执行对陆地、空中、海上和水下目标进行探测、打击、突袭等任务。“海德拉”（HYDRA）和“上浮式有效载荷”（UFP）是最典型的2个项目[10-11]。

图4 LDUUV概念图Fig.4 Conceptual graph of LDUUV

图5 “海德拉”（HYDRA）概念图Fig.5 Conceptual graph of HYDRA

美军在发展无人系统空中/水面/水下集群的同时，还在发展无人系统跨域（空中/水面/水下）集群，强化水下无人系统远程动力能源保障能力，以及建设可靠性高、响应快、速率高的水下通信能力，以提升全域介入能力。

3 美国典型水下无人装备

1）水下预置系统。“海德拉”（HYDRA）项目是研发专门在敌方近海预置的模块化无人水下多功能打击平台，由舰艇、民船预置敌方近海海底，自带动力，能自主航行，可搭载攻击型无人机、无人潜航器、导弹以及拖曳声呐阵等模块化载荷，侦察和打击潜艇、水面舰艇、飞机和沿海目标。具有战前预置、成本显著低于核潜艇、自主定位和攻击探测到的危险目标优势。上浮式有效载荷（UFP）是一个可在2 000～6 000 m深的海底执行长期（可长达5年）待命的坐底无人平台[6]，可携带反潜、水面探测、通信等任务载荷。战时利用远程水声通信唤醒，唤醒后2 h内自海底将载荷发射至水面或悬浮在一定水深处，执行战时侦察、探测、即时打击任务，其主要使命是探测高速导弹和安静型潜艇，保护己方的航母编队等高价值目标。

2）“分布式敏捷反潜系统”（DASH）。“分布式敏捷反潜系统”（DASH）用于探测捕捉安静型常规潜艇，实现广阔海域的水下透明。DASH 是由深海和浅海2大系统、固定式和移动式探测设备（平台）构成的无人立体探潜网络。深海系统包括固定式海底声呐阵和由40个无人潜航器（UUV）组成的移动声探潜网络，俗称为“海底星座”，是深海系统的核心，可仰视250 000 km2的海域；浅海系统是无人机反潜系统，由无人机搭载光电、红外等非声探测手段，自上而下探测浅海水下目标。

3）“蓝狼”（Bluewolf）。“蓝狼”是一种超空泡无人潜航器，携带ISR载荷、鱼雷战斗部，平时低速巡航，战时接受攻击指令时进入超空泡状态高速打击潜艇等高价值目标。

4）大排水量无人潜航器（LDUUV）。大排水量无人潜航器（LDUUV）是美国海军当前重点发展的察打一体型无人潜航器，用于未来弥补攻击型核潜艇数量下降对水下作战能力的缺口，将是美国提出的多项作战概念中的核心节点。LDUUV排水量不超过10 t，直径约1.5 m，可由攻击型核潜艇、水面舰艇和民船搭载，可在水下连续航行90 d以上，能搭载和布放水雷、鱼雷、无人潜航器。

4 美国水下无人系统发展所带来的挑战

为了进一步强化美海军全球海洋控制能力，抵消我国“区域拒止”等作战能力快速提升带来的挑战，2015年美海军在已有体系化作战能力的基础上提出“分布式杀伤”作战概念，2017年 5月发布《未来海军》白皮书，将其濒海战略向“制海战略”调整，形成“濒海+制海”的新战略发展方向，以确保美军具备战略优势。美海军在“分布式杀伤”概念指引下，以强大的信息能力为基础，在海上方向对抗时进一步将大型海上编队后移，以避开远程精确打击武器的威胁；在重要海域分散部署大量具有独立作战能力的小型编队和可实施打击任务的潜艇，形成广域战场威胁；利用大量可独立作战的无人系统作为第一波先锋部队、袭扰部队和侦察监视、目标指示部队，在关键海域布设大量无人预置系统，可形成颠覆性作战能力。主要挑战如下：

1）潜艇隐蔽性面临新的挑战。美海军有人/无人结合、固定式/移动式结合的栅格化立体水下预警探测网络正在形成，水下空间、水文信息、潜艇特征信号等重要数据被长期跟踪收集，潜艇水下战场将向美国单向透明。

2）潜艇将面临更多隐蔽突袭威胁。美国正大力发展的察打一体型无人潜航器、水下预置打击平台等新型装备，自主能力强、续航时间长、隐蔽性好，现有探测手段极难发现，传统的预警、干扰诱骗、规避等手段也难以生效，可形成水下非对称优势。

3）反潜手段效能下降。美国海军正加快无人装备的研制并装备部队，形成作战能力后，核潜艇等主战平台将战略后撤，远离核心交战区域，传统打击手段将难以奏效。

4）水下对抗费效比大幅增加。美国海军正构建以无人系统为重要组成部分的新型水下系统体系，并以无人系统作为实施前沿战术探潜和攻潜主力。无人系统体积小、隐蔽、灵活、噪声低等特点使其极难探测，且无人系统与有人平台相比研制、使用成本均极低，综合效费比优势明显。

5 我国水下无人系统发展思路

美国正加快发展颠覆性技术，推进新型水下战装备体系建设，而无人系统正是其发展的重中之重。美国将水下无人系统作为一种新型水下平台来发展，与核潜艇搭配使用，构建新的水下战模式，从平台尺度上看，既有小型的 UUV，用于组网预警探测和通信中继；也有中型/大型/巨型长航时UUV，携带多种负载执行侦察打击、反水雷任务；更有大型/巨型水下预置式无人平台，将成为新型的水下作战中心。厘清美国海军无人系统的发展思路和方向，借鉴其发展经验，有助于加快我国水下无人系统体系建设和跨越式发展。

根据国内外水下无人系统发展现状，结合我国目前战略安全形势和未来发展方向，我国水下无人系统发展应重点关注以下几个方面：

1）加强我国水下系统体系的顶层设计。结合当前信息化、无人化、体系化作战模式及装备的发展趋势，做好装备体系发展的顶层规划设计，梳理关键设备和关键技术，建立水下无人平台的设计、使用标准和规范，系统安排技术攻关，统筹推进水下无人系统通用化、系列化、模块化，避免研究无序的“乱象”。

2）围绕我国海上战略发展需求，重点发展具备颠覆性能力的创新型水下无人系统。发展通过水面舰船、潜艇等提前部署的预置式无人水下装备，携带更多有效负载，可作为小型水下战指控中心使用，平时待机或执行ISR任务，战时重点作为水下伏击装备使用。建议重点发展方向是：①固定阵位水下无人装备，在关键水下通道长期预置，携带无人机、无人潜航器、导弹等多种有效负载，战时接收指令触发，释放载荷执行侦察、打击等任务。②机动阵位水下无人装备，自带动力，携带无人机、无人潜航器等多种有效负载，隐蔽部署于关键水下通道和敏感海域，部署时间相对受限，自主指挥有效负载执行侦察、打击任务。③针对美国深海预置武器，应用现有成熟的大深度拖曳、自动放过和AUV自主探测处理技术，开展深海反制系统关键技术研究，形成深远海水下预置目标探测、识别、定位和处置能力。

3）围绕近海水下攻防需求，开展水下通信网络技术研究，构建无人潜航器网络。针对我国近海水下攻防的迫切需求，发挥小型无人水下平台易于布放回收、研制成本低、可大规模部署、战损成本低特点，集成现有潜标、海床基、AUV、滑翔机、ARGO浮标、波浪能滑翔器等技术，发展多种形式的小型无人潜航器，构建无人水下网络，重点执行ISR任务。建议重点发展方向是：①自带动力的无人潜航器，续航时间有限，用于短期部署，航速5 kn左右，定期回收，技术细节可参考REMUS系列、“金枪鱼”系列。②借助风能、波浪能、太阳能等环境能源推进的无动力无人潜航器，航速2 kn以内，可长期部署，使用成本更低，具体技术细节可参考“青蝇”、“Glider”系列无人潜航器。③建设水下机动平台、波浪能滑翔器、各类潜标及海底局域网络一体的感知通信导航及信息战网络系统。机动平台可以作为移动节点，构建水下与空中连接链路，潜标之间通过水声或缆线相连形成海底信息网络进行数据交换，我方舰艇通过网络获取信息，进行定位或机动，发现敌方目标时可进行预警或实施信息战干扰。

4）围绕舰队远洋作战，发展能代替编队前突的察打无人平台。针对我国海军海外任务不断增多的特点，结合未来远洋作战需求，提前谋划无人水下装备的舰队装备应用，发展察打一体的无人潜航器，伴随编队远洋航行，通过训练不断提高能力并改善适配性。建议重点发展方向是：①编队伴随反潜、反水雷、反UUV水下无人立体防御武器系统，利用智能化、长航时、舰载式的USV和UUV装备组合，在舰艇编队进入敏感水域时，快速组装部署，并依托通讯电台和数据链技术，构筑水面、水下立体防御系统，形成舰艇编队的移动护盾，实时以自主和协同的方式探测、识别、跟踪防御范围内的潜艇、水雷和UUV。发现目标并获取作战授权之后，系统根据目标类型，自主调配USV和UUV向目标发起水面、水下组合攻击，实现“一击必杀”，确保我舰艇编队的绝对安全。②大型察打一体无人潜航器，携带ISR、武器等多种有效负载，自带动力，高自主能力，可通过潜艇、水面舰船、可自主搜索探测潜艇并发动攻击，主要与潜艇协同工作，也可与其他无人平台协同作业。③潜艇用远程隐蔽应急通信无人潜航器和潜艇用水雷等危险目标侦察、处置无人潜航器。

6 结束语

水下无人系统是未来水下体系作战的重要组成部分，美国通过在政策、装备、技术等方面的多层面策划与布局，引领了水下无人系统及技术的发展并处于世界领先地位。本文梳理并详细分析了其发展战略与发展思路，紧跟其先进思想与技术发展路线，同时结合自身需求，提出我国水下无人系统发展建议，充分发挥水下无人系统不对称力量优势，实现创新超越。