美军大中型水面无人艇发展现状及启示

孔维玮,冯伟强,诸葛文章,杨 星

(海军研究院,北京 100161)

随着大国军事博弈竞争日趋激烈,美国、英国等世界军事强国从提升战略能力威慑，常规战力优化和新质战力生成三个维度出发,加紧研发新技术,采购新装备,发展新力量。其中,水面无人装备是海上新质力量的典型代表,将在未来海上作战中发挥重要作用。

1 概述

美军为做好高端战争准备,提升其对抗“反介入/区域拒止”(A2/AD)能力,提出了“分布式杀伤”作战概念。美国海军希望通过发展海上无人作战兵力,实现其兵力结构向更加“分布式”的转变,以此打造一支有人无人混合编组的海上作战力量。2020年以来,美军大中型水面无人艇原型艇相继下水,广泛参与综合性试验,进入了快速发展阶段。根据2022年4月20日公布的《30年造舰计划》分析,未来美军大型水面无人艇数量预计将在27～153艘之间。为此,本文重点分析美军大中型无人艇近年来的发展情况。

2 主要发展阶段与研发试验单位

为有序推进美军水面无人装备发展,2007年以来,美军迭代发布了多个无人装备路线图,国防部下属的海军研究局、DARPA等多个部门并行启动了大中型艇的研发工作,如图1所示。

图1 美军大中型水面无人装备发展情况

2.1 水面无人艇类别划分

根据美国海军2007年《无人水面艇主计划》及2021年《海军无人装备总体战略》,其水面无人装备的主要类型按艇长不同进行划分。艇长为12 m以下,划归为微小型和小型水面无人艇;艇长在12 m～50 m之间,划归为中型无人艇;艇长在50 m以上,划归为大型无人艇。美军小型无人艇研发起步较早,典型型号为反水雷单元(MHU)、无人感应扫雷系统(UISS)和通用水面无人艇(CUSV),主要满足独立或辅助濒海战斗舰执行反水雷任务,还将发展远程水面无人艇(LRUSV),满足海军陆战队使用需求。美军大中型无人艇起步相对较晚,根据2019年发布的《美国国会长期造舰计划》,两型平台在2030财年时的装备体系定位为配合DDG 51 Flight III、DDG(X)和FFG 62构建分布式海上作战力量,增强体系的分布式打击能力,主要执行海上拒止(Sea Denial)和海上控制(Sea Control)任务。

2.2 主要发展阶段

以第二次世界大战之后零星发展的遥控艇为分析起点,美军水面无人装备发展具体可分为以下阶段。

1)探索起步阶段(二战之后～2007年)。美军在核爆炸样本采集和越战反水雷任务中探索了遥控无人艇的应用,生产了遥控靶艇，满足演习演训需求。

2)体系设计阶段(2007～2015年)。以美军2007年首次发布《无人水面艇主计划》为标志,美军在完成对典型作战任务的梳理后,结合无人艇特点提出了发展型谱,明确了各型无人艇的基本概念、类型划分、使命任务、技术体系和标准规范。后续,在滚动更新的《无人系统发展综合路线图》中,迭代细化了水面无人艇的型谱组成,并将其纳入美军无人作战体系总体建设通盘考虑,核心共用关键技术成体系突破,研究成果广泛共享。2013年,受美海军作战部长办公室(OPNAV N81)的委托和资助,美国兰德公司发布了《海军水面无人艇任务适用性》咨询报告,进一步研究评估了水面无人艇的任务适用性和典型作战概念。

3)平台建设阶段(2016～2020年)。以2016年反潜持续跟踪无人艇首艇“海上猎手”号(Sea Hunter)下水,2017年大型无人艇“霸主计划”(Overlord)启动和2019年2艘反水雷通用无人艇签订为标志,美军转入水面无人平台建设阶段。2018年1月,美国海军公开发布了《无人系统战略路线图》,部署远景规划、系统运用概念以及体系配套能力要求。同年3月,其启动研发与部队编制体制调整,将美国海军海上系统司令部下属的濒海战斗舰执行办公室(PEO LCS)更名为无人和小型战斗舰艇执行办公室(PEO USC),负责统筹水面及水下无人装备发展;2019年5月,成立水面第一发展中队,对前期研发的各类无人平台进行统一管理。

4)能力生成阶段(2021年至今)。以2021年3月美海军与陆战队联合发布的《无人系统作战框架》为标志,力图继续加强工业与学术领域的合作,优化重大项目安排,加速推进无人装备交付速度,以大型无人艇原型艇发射“标准-6”导弹为标志,充分验证美军无人装备能力生成情况。2022年1月,美海军发布《水面战:竞争利刃》报告,明确指出未来10年将向海军部队交付10种新型或改进型水面舰艇,中型和大型水面无人艇占据其中两席。

2.3 主要研发及试验单位

承担美军大中型无人艇发展的研究类机构均隶属美国国防部,主要为高级研究计划局、战略能力办公室和海军部。为推动大中型无人艇试验使用,美军随原型艇的交付,同步组建了水面无人艇试验部队。

1)高级研究计划局(DARPA)

美国国防部国防高级研究计划局(DARPA)下属的战术技术办公室(TTO)是负责构想、设计以及组织研发试验革命性技术的机构,致力于实现并保持美国压倒性技术优势,主要通过定期举办“提案者日”活动,广泛听取军地各方创新方案。该办公室组织研发的项目有反潜持续跟踪无人艇(ACTUV)、海上列车(Sea Train)、小精灵无人机项目、地面X战术无人车等。

2)战略能力办公室(SCO)

战略能力办公室(SCO)是美国国防部直属机构,负责推动无人系统、软件和大数据以及新技术的落地应用与集成创新,为美国争取“第三次抵消战略”时间窗口发挥重要作用。该办公室资助的项目周期通常不超过5年,典型项目包括幽灵舰队(Ghost Fleet)、海上蜂群(Sea Mob)、自主驾驶无人车、对海战斧导弹和标准-6导弹反舰能力改装等。其中,幽灵舰队以发展大型无人艇为主,海上蜂群以发展小型无人艇为主,该项目已更名为远距离无人艇(LRUSV),通过集群使用方式满足海军陆战队的作战需求。

3)海军部(DoN)

美国海军部下属部门中,牵头或与DARPA联合开展水面无人艇项目的机构主要为海军研究局(ONR)和海上系统司令部(NAVEA)。海军研究局主要通过投资高校、企业和研究机构为美国海军和海军陆战队提供完整的解决方案。该机构与DARPA的战术技术办公室联合组织了“海上猎手号”的建造与试验,并两次牵头海上水面无人艇集群演示验证。海上系统司令部主要负责美国海军舰艇装备的采办业务,具体包括五个计划执行办公室(PEO),其中,无人与小型舰船办公室(PEO USC)主要负责小型有人无人舰艇发展。该办公室下设七个项目办公室(PMS),其中,无人海上系统项目办公室(PM 406) 具体负责水面及水下无人装备发展,包括单平台研发以及愿景规划等。此外,PM 406办公室与DARPA的战略能力办公室联合推进幽灵舰队计划。

4)试验试用单位

2019年5月,美军成立水面无人发展中队(SURFDVRON),位于加利福尼亚圣地亚哥海军基地,主要负责大中型水面无人装备试验和验证,预计至2023年,该中队将配备7艘无人艇(4艘大型水面无人艇原型艇,1艘中型无人艇原型艇,“海上猎手”和“海鹰”号)。2021年9月,美军中央司令部宣布在位于中东地区的第五舰队组建第59特遣部队(Task Force 59),致力于开展海上无人作战系统新技术测试与综合集成,成为第一个远离美国本土的海上装备试验评估机构，正在开展小型和新概念水面无人平台验证工作,预计2023年将配置100艘以上各类水面无人艇。2022年5月,美军调整扩编水面无人发展中队为水面无人艇第一支队,预计配备约100人。

3 主要装备发展情况

美军的水面无人装备发展思路和模式主要为“岸上试验”与“海上原型平台验证”相结合的方式。其平台与子系统的研发遵循系统工程框架(Systems Engineering Framework),按6个关键赋能领域(可靠平台、船机电系统、自动化通信系统、集成化作战系统、通用控制系统、感知系统以及配套任务载荷)并行推进。

3.1 中型水面无人艇(MUSV)

1)使命任务与基本指标

中型水面无人艇将作为具有分布式和低成本特点的探测感知节点,主要执行侦监和电子战等任务,通过模块化换装载荷，形成一定的打击能力。预计目标艇艇长为13.7～57.9 m,排水量约为500 t,最大航速为20 kn,巡航速度为10 kn,任务载荷搭载能力不小于25 t,如图2所示。

图2 中型无人艇原型艇概念图

2)发展历程

美军最初未直接启动中型水面无人艇项目，而是于2010年由DARPA牵头“反潜持续跟踪无人艇”(ACTUV)项目作为前期探索。2016年，首艇“海上猎手”号下水,该艇艇长为40 m,排水量为135 t,最大航速为27 kn,主要用于执行反潜任务。2018年,DARPA将项目转交给海军研究局继续研发,国会同意在2019财年预算中启动中型水面无人艇项目。2019年,该艇完成了往返圣地亚哥至珍珠港测试,总里程达到2 000 n mile。2021年,交付“海上猎手”号的改进型“海鹰”号,并参加“无人系统综合问题”演习,如图3所示。

图3 “海上猎手”和“海鹰”号参加演习

同时,2020年，DARPA启动“海上列车”项目,研发并验证分布式中型水面无人艇编组的远海部署可行性，探索通过平台之间刚性或柔性编组,降低航行过程中的兴波阻力,实现6 500 n mile的续航力。

3.2 大型水面无人艇(LUSV)

1)使命任务与基本指标

大型水面无人艇具有低成本、高可靠和模块化特点,作为分布式打击节点,执行对海/陆作战任务。预计该艇艇长为60～90 m,满载排水量介于1 000～2 000 t,最大航速在27～30 kn之间,巡航速度为19 kn,持续工作时间不小于90天,可搭载16～32个 Mk-41型垂直发射单元,如图4所示。

图4 洛克希德·马丁公司公布的大型水面无人艇模型

2)发展历程

与中型水面无人艇发展类似,美军最初未直接启动大型水面无人艇项目,而是于2017年9月,由国防部战略能力办公室联合美海军无人海事无人系统计划办公室启动“幽灵舰队”计划,也称“霸主计划”(Overlord)。该计划分为两个阶段。第一阶段为2017年9月至2019年9月,主要工作为样艇建造。为提高经费使用效率,美军按照“优先改造民用商船,视情同步建造全新大型无人艇”的思路筹划,首先选择的改装平台为商用快速补给船,重点提升机电系统可靠性,加装智能任务系统,平台主尺度和任务载荷搭载能力远小于目标艇指标,排水量仅500 t,艇长约为62 m,可搭载4套集装箱式可倒Mk-41型垂直发射装置,垂直发射单元数量为16个。美军现已完成两艘平台改装,并命名为“游骑兵”和“游牧民”号,如图5所示。第二阶段为2019年10月至2022年3月,主要工作为海上试验试用。目前,两艘大型无人艇相继完成长距离航行测试,横跨墨西哥湾至美国西海岸,总里程达到6 500 km,其中,98%的航程处于自动驾驶状态,仅通过巴拿马运河期间存在人工介入,航行过程中的超视距指挥由隶属于海军无人第一发展中队的海军无人操控中心负责。在完成上述试验后,美国战略能力办公室于2022年3月向海军转交该项目的管理权以及两艘大型无人艇原型艇的所有权,后续将由海军组织试验工作。根据规划,另两艘大型无人艇原型艇“先锋”号和“水手”号正在同步建造,预计2024年前完成交付。

图5 “游牧民”和“流浪者”号原型艇

4 启示分析

4.1 加强体系设计,以构建精干谱系满足不同作战任务需求

一是美军强调以打造精干谱系为途径,满足多样化任务需求。回顾过去15年,自2007年发布水面无人艇主计划以来,美军水面无人装备谱系长期保持稳定,虽然部分项目进行了微调(见表1),但基本保持了四个级别的同步发展,兼顾侦察监视、反水雷、对海/对陆打击和信息对抗任务。二是规范软硬件基本框架。美军2019年提出了无人海上自主架构(UMAA),该架构规范了系统框架和接口协议,支撑实现美军海上无人系统之间的互操作能力,显著缩短了现役武器装备、探测载荷与大中型水面平台适配调试周期,与其现役的作战指挥系统无缝连接。此外,中型无人艇将采用大型无人艇研发的指挥与控制系统解决方案,实现核心共用模块的有效复用,具备实现“关键算法局部突破,成果广泛辐射升级”的目标。

表1 美海军大中型无人艇项目情况

4.2 强化能力建设,以验证核心作战概念牵引装备迭代发展

一是摒弃以平台建设为中心的思路,强调以能力为中心研发装备。传统建设思路通常以实现平台自身能力为落脚点,最终产品与支撑作战的概念差距较大,系统配套相对独立,适用性较弱。以能力为中心则更加注重核心关键指标的实现,依托软硬件架构拓宽任务适用范围,重点关注将装备融入不同典型作战场景后的要求,将平台放在杀伤链中进行优劣势评估。二是以核心作战概念为牵引进行统筹规划。根据规划,美军将于2022年9月封存7艘提康德罗加型巡洋舰,单艘122枚垂直发射装置计算,累计通垂缺口数量将达到854枚。按照分布式作战的思想,在利用水面无人装备补齐上述缺口总数的同时,应尽可能实现分散式部署。为此,美军在估算大型水面无人艇数量时,按照单艇搭载32枚垂直发射装置核算,提出了至少需要建造27艘的数量下限,并要求平台具备搭载MK 41型通用垂直发射装置以及平滑融入CISR的要求。三是积极探索新型作战样式。通常,空中无人装备是海战场情报获取与目标定位的重要节点,但由于其综合运用受到作战海域、气象条件等因素影响,美军持续探索利用无人装备前出至威胁区域以被动探测形式进行交叉定位,尽可能保持有人舰艇的静默时间。2021年4月,美军太平洋舰队组织“无人综合作战问题21”(IBP21)演习,演习过程中“约翰芬”号导弹驱逐舰(DDG-113)成功利用有人无人平台协同探测网络提供的目指信息,超视距发射标准-6导弹,并成功击中一艘靶船,同年9月,“游牧民”号大型水面无人平台原型艇搭载集装箱式发射装置,成功发射标准-6导弹。虽然公开报道暂未明确大型水面无人艇加装的载荷类型具体情况,但从披露的大型水面无人艇多媒体资料分析可知,其搭载的天线数量及类型显著增加,尾部集装箱式发射装置设计紧凑便捷,大型水面无人艇成为美军探索并验证新型作战概念的重要平台。

4.3 注重试验试用,务实分析任务适用性摸底可行应用样式

一是大力推动水面无人装备试验试用。据报道,仅2021年,“海上猎手”和“海鹰”号参加演习数量多达五次。同时,“流浪者”和“游牧民”号也参加了演习和演示验证,在“黎明闪电”演习中,单艇持续航行里程便达到4 700 n mile,两艘艇累计里程达到28 982 n mile,完成了多类任务载荷试验。由此可见,美军大中型水面无人装备试验强度和频次极高。二是及时反思、分析平台任务适用性。2021年下半年，美军第59特遣部队通过完成商用低成本、可消耗的水面无人平台试验试用发现:在电磁静默状态下,通过靠前部署多个水面无人平台,能够交叉定位实现目标位置解算,但由于随着反舰导弹能力提升，大中型平台生存威胁增加,以大中型无人艇为平台构建海上战术网络效费不高。2022年4月,美海军作战部长专门在一次公开研讨中提出,需谨慎评估发展中型水面无人艇的必要性,可能会根据进一步评估结果调整建造数量。同时,美国政府问责局(GAO)也在对美国海军无人装备发展进行调查分析后,发布了《海上无人系统:海军应及时改进实现早期投资效益最大化》报告,系统分析其无人装备发展概况,并建议美国海军评估不同使用样式下的装备综合开销,统筹装备性能和经费可承受度。

5 结束语

通过分析可见,过去五年中,美军以“分布式”作战概念为牵引,大力推进大中型水面无人艇发展,在完成装备交付后,持续组织高强度综合性试验验证,实现了对装备战技指标和应用样式的摸底,加快了装备能力生成,为后续迭代升级提供了有力支撑。分析美军大中型水面无人装备发展历程和特点对加快我国水面无人装备发展具有一定的借鉴意义。