无人潜航器的军事应用前景研究

2021-07-22郭东田宋佳平

中国科技纵横 2021年7期

郭东田宋佳平

（海军大连舰艇学院，辽宁大连 116018）

近年来，我国渔民在周边海域陆续打捞出各类型号的国外不明潜航器，对我国海洋防务形势带来了极大的挑战。无人潜航器是一种依靠自身能源进行自主推进和控制，遂行作战或作业任务的水下智能平台[1]。随着无人潜航器技术的不断发展，水下作战样式得到了极大的扩展，尤其是近海海域的支援联合作战，对于传统水下作战兵力——常规潜艇和核潜艇而言，近海浅水海域作战会使其丧失自身隐蔽性强的优势，被对方反潜兵力攻击。无人潜航器可以延伸到潜艇无法到达的海域遂行侦查识别、战场感知等作战支援任务，也可以通过配置其任务载荷执行攻击任务。

1.无人潜航器的特点

1.1 体积小，隐蔽性强

无人潜航器的排水量通常不会超过10t，体积较小，而且多数无人潜航器采用电力推进，因此航行噪声低，声场特征小，隐蔽性较强。利用这一特点，世界各国海军使用UUV在对方近海、通航要道等敏感海域执行情报采集任务，为对潜作战提供先验信息，占据水下战场主动权。此外，一些先进的无人潜航器还装备有声干扰、声诱饵等水声对抗模块，进一步提高了无人潜航器的生存能力。

1.2 运输方便，部署灵活

无人潜航器可以从水面舰艇、飞机和潜艇等多种平台进行布放，例如美国的LMRS和NMRS潜航器，直径只有533mm，可以由洛杉矶级、弗吉尼亚级核潜艇通过鱼雷发射器部署，使其更容易接近目标海区，遂行作战任务。并且无人潜航器可以反复回收使用，可重复性好。

1.3 无人操作，自主性强

无人潜航器可以依靠自身的动力系统和控制系统，在无支持母船的条件下开展独立作业，尤其是在水雷或水面威胁的海区，可以确保母船的安全。同时无人潜航器无需作战人员操作和持续监控，能够在很大程度上减少对己方作战人员的威胁，降低了使用风险。

1.4 模块化设计，任务重构力强

无人潜航器采用的是开放式系统架构，可以根据作战任务的需要，对其任务载荷模块进行相应的配置，遂行单一或多种作战任务。比如装备声学、光学、电磁学设备的无人潜航器，能够遂行对潜预警监视、水文环境信息采集、重要航道地貌测绘等任务，还有的无人潜航器装备有割刀、摄像机和机械手等设备，用于剪断锚索、清除水雷。据悉，美国正计划为“曼塔（Manta）”无人潜航器设计微型或轻型鱼雷，使其具备攻击潜艇或其他水面目标的能力。

2.无人潜航器的军事应用前景

无人潜航器的种种优点使其在军事方面具有广泛的应用前景，通过配置无人潜航器的任务载荷模块，使无人潜航器能够在高度危险或者其他平台不能到达的海域进行活动，将敌方信息和情报回传给己方兵力或指挥中心，使载人平台的探测和作战范围得到了延伸。

2.1 战场环境感知

水文环境对反潜作战至关重要，温度、盐度、洋流等因素直接影响声纳等探测设备的作战性能，可以说，谁掌握了战场水文环境信息，谁就掌握了反潜战的主动权。通过配置温盐深传感器、测深声纳、海流剖面仪等任务载荷，无人潜航器可以对任务海区的地形地貌和水文气象进行长时测量，积累数据，为未来反潜作战提供情报支持。例如我国渔民位南海海域打捞的美“飞镖”无人潜航器（如图1所示），就可以利用海波浪在海中长时间漂流，其主要功能就是搜集温度、盐度、洋流等“水文数据”，其中最主要的是温深梯度数据，即海水温度与深度之间的变化规律。海洋中的“跃变层”可以为潜艇提供避身之所，使水面反潜兵力的探测声纳性能大幅下降，同样，如果掌握了作战海区详细的水文资料，水面反潜兵力也可以通过调节拖曳声纳的深度来提高其搜潜能力。

图1 美国“飞镖”无人潜航器

2.2 情报侦察预警

“知彼知己，方能百战百胜”。高技术战争，在很大程度上打的是“情报战”“信息战”，完备的情报预警信息能够使己方在战场上获得先机，减少兵力损失。除了能够对战场水声环境信息进行监测，无人潜航器还可以部署在重要航道和港口附近，利用光学成像和电子侦察等设备，侦察、监视作战对象的水面舰艇兵力调动情况，为己方作战单元提供先期预警信息。

2.3 中继通信/导航节点

水下通信技术一直是制约水下战发展的重要因素，当前世界各国海军的潜艇作战任务多以单艇时间协同为主，主要采用阵地设伏或区域游猎对水面舰艇或潜艇实施攻击，很少以编队形式执行作战任务。而且潜艇在与其他兵力进行指挥通信时需将通信天线释放至海面以上，这无疑增加了其暴露的可能性，大大降低了潜艇的隐蔽作战能力。装备有通信设备任务载荷的无人潜航器，能够作为潜艇和其他作战平台或海底水声阵列的指挥中继节点，极大的提高了潜艇作战的时效性。此外，潜艇在水下航行通常采用惯性导航技术，航行误差会随着时间不断积累增大，因此潜艇需要上浮修正导航误差，这在一定程度上也会降低潜艇的隐蔽性。以无人潜航器作为潜艇水下航行误差的修正基准点，减少潜艇上浮次数，也会大大提高潜艇的生存能力。

2.4 反潜作战和水声对抗

配置反潜声纳、轻型鱼雷任务载荷的水下无人潜航器，相较于水面舰艇、潜艇有其独特的反潜作战优势。它可以隐蔽潜入对方港口、基地和重要航道附近，对敌方的潜艇兵力实施跟踪打击。无人潜航器还可以模拟潜艇航行噪声和尺度，诱骗、干扰敌方作战平台的探测声纳和声自导鱼雷，提高母艇的生存能力[1]。例如，美国海军“洛杉矶”级攻击型核潜艇搭载的“曼塔（Manta）”无人潜航器，可在浅海海域侦察和攻击目标潜艇，同时，该型潜艇还可装备MK30无人潜航器，用来模拟潜艇的声学、尺度和运动特征，实现水声对抗的目的。

2.5 反水雷作战

水雷作为一种传统的海战武器，给各国海军造成了巨大损失，时至今日，反水雷战依然是世界海军的“三大难题”之一。通过给无人潜航器配置成像声纳、机械手、灭雷具等设备，能够对布置在重要水道上的水雷开展探测、识别和灭雷作业，为其他作战兵力开设安全通道，大大降低了人工排雷的风险[2-3]。例如，美国的NMRS、LMRS、Blue fin无人潜航器都能担负水雷探测和猎扫任务，英国的“护身符”无人潜航器则配备了“喷水鱼”系统，同样具备消灭水雷的能力。

2.6 打击/引导打击时敏目标

在无人机作战使用方面，美军已经形成一套“无人机打击为主，有人机突防为辅，防区外大面积覆盖”的时敏目标打击体系。随着多型无人潜航器的研发和列装，该体系正逐渐向水下作战领域延伸，美国计划为“曼塔（Manta）”无人潜航器设计微型或轻型鱼雷，在己方其他指挥节点的决策下，对重要目标实施火力打击。此外，无人潜航器还可以作为前出侦察兵力搜索、跟踪敌方目标，引导其他作战平台利用远程武器实施打击[4]。

3.无人潜航器的军事用途分类

无人潜航器的分类有多种方式，例如，按无人潜航器的大小分类可以分为微型（小于45kg）、轻型（小于226kg）、重型（小于1350kg）和重型（小于10t）4类，按控制方式可以分为遥控式、程控式和自控式等[1]。我们根据上文分析的无人潜航器的军事应用前景，如图2所示，按照使命任务对无人潜航器进行分类，可以分为作战型、支援型、水雷战型和勤务型四大类，其中作战型无人潜航器主要用于对敌自主攻击、引导己方兵力远程攻击或执行特种作战任务；支援型无人潜航器根据任务载荷的不同又可以区分为情报侦察探测、水声对抗、中继通信/导航，水雷战无人潜航器可以在敌方重要航道或港口附近开展攻势布雷，也可为己方作战兵力清除航道水雷威胁，保障航行安全；勤务型无人潜航器在平时可部署于特定海区进行水文气象数据采集、海洋地貌环境调查，建立和完善战场环境数据库，为夺取战场先机提供可靠的信息支援，除此之外，勤务型无人潜航器还可用于水下运输/补给，为潜艇、深潜器运送设备物资乃至武器弹药，也可用于援潜救生等任务，例如在MH370飞机的搜救打捞工作中，无人潜航器发挥了十分重要的作用。

图2 无人潜航器的军事应用分类

4.无人潜航器的技术应用难题

4.1 续航力不足

UUV的航行动力靠蓄电池提供，传统的锂电池能量密度较低，不能满足长航时UUV的作战任务需求，而UUV上浮或返回母船充电会使其失去隐蔽优势，这严重限制了UUV的作战使用范围和频率。为解决这一技术难题，科学家提出两种解决方案：一是开发新的能源电池。美国麻省理工学院研制的铝水电力系统有效解决了锂电池不能空运的弊端，其能量转化比率也比锂电池要大得多，这在一定程度上能够增加UUV的作战使用范围。但是美国海军认为，现有的蓄电池动力源并不能满足未来任务的能源需求，他们对UUV的动力源提出了更高的要求——氢气燃料电池。高能源密度的氢气源与氧化剂不仅能为UUV提供长航程动力，还能减小潜航器的燃料载荷，同时，氢气燃料电池在转化能量时不依赖空气，提高了UUV的隐蔽作战能力；二是研究水下充电技术。水下充电技术可以使UUV无需上浮就能充电续航，大大降低了UUV暴露的可能。2017年美国圣迭戈空间和海军战争系统中心的科学家开发出一种水下无线充电技术，目前已完成了相关的测试[5]。

4.2 导航精准性不够

不同于无人机、无人艇等其他无人平台，UUV的使用环境相对比较恶劣，海洋环境的多变性和未知性，使得UUV在导航精度方面有所欠缺。UUV在水下航行通常使用惯性导航系统并结合海底地形特征、磁场特性等相关线索来定位导航，这就要求UUV必须有庞大的海床地貌数据库的支持和足够多的传感器采集数据来完成精准定位。美海军的“无暇”号测量船，常年位我国东海和南海海域活动，其任务之一就是采集相关海域的水文信息和地貌信息，建立完善的战场环境信息数据库。此外，在没有参照物的情况下，受洋流和累积误差的影响，UUV利用惯导技术来估测自身位置会导致导航的精准度进一步降低，即使是最好的传感器也无法改善这种算法带来的负面影响。