蔣榮華

(92730部隊(duì)裝備部 上海 200000)

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潛載UUV的作戰(zhàn)使用分析*

蔣榮華

(92730部隊(duì)裝備部 上海 200000)

潛載UUV能夠?qū)⒛竿Ш蚒UV的能力結(jié)合起來,使它們的能力得到增強(qiáng)。首先概要介紹了目前典型的潛載UUV系統(tǒng)和目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀,詳細(xì)分析了潛載UUV在戰(zhàn)場對(duì)抗中的使命任務(wù)和作戰(zhàn)使用,最后指出了發(fā)展?jié)撦dUUV的關(guān)鍵技術(shù)及面臨的技術(shù)難題。

水下無人航行器(UUV); 潛艇; 作戰(zhàn)使用; 水下戰(zhàn)

Class Number U674

1 引言

UUV(Unmanned Underwater Vehicle)也稱為無人水下航行器,是一類無人控制、自帶能源、自主導(dǎo)航與控制、自動(dòng)力推進(jìn)和自主作業(yè)的水下機(jī)器人,可廣泛應(yīng)用于偵察監(jiān)視、情報(bào)收集、跟蹤、預(yù)警、通信中繼、水下攻擊等各方面。UUV作為一種海上力量倍增器,在未來海戰(zhàn)中有不可替代的作用。UUV雖然可自主航行,但無論是人工實(shí)時(shí)遙控還是按預(yù)設(shè)程序自主航行工作,均需有一個(gè)基地或母船作為保障平臺(tái),完成對(duì)UUV的投放、控制、回收和維護(hù)等工作。相比水面布放,通過潛載UUV的布放與回收更具有隱蔽性。潛載UUV的布放方式主要有魚雷管發(fā)射型、水下發(fā)射管發(fā)射型、艇外垂直發(fā)射型等方式。水下回收方式主要包括牽引回收、機(jī)械臂回收、直接對(duì)接回收、附著在潛艇外側(cè)回收等?？傊?與水面回收相比,潛載UUV可水下回收,不容易受外界環(huán)境影響,可以保證回收時(shí)的隱蔽性,更適用于作戰(zhàn)使用。

2 典型潛載UUV系統(tǒng)

美海軍最早的UUV是用制式Mk-48重型魚雷改裝而成。而第一種實(shí)用潛載UUV為Mk-30型UUV,主要用于反潛戰(zhàn)中模擬潛艇的反射特征,進(jìn)行干擾和誘騙。目前美海軍正在研制的典型潛載UUV有以下幾種:

1) “烏賊”(Manta)UUV系統(tǒng)

“烏賊”是美海軍水下戰(zhàn)中心于1996年提出的一種UUV方案。該UUV呈扁平狀,長近15m,航速5kn,水下續(xù)航能力8小時(shí),航程50km,裝有模塊化的不同武器系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng),其主要的作戰(zhàn)應(yīng)用有:自行潛入危險(xiǎn)水域或地方海港,監(jiān)視水下動(dòng)態(tài),搜捕水下目標(biāo),偵察和情報(bào)收集;作為網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的一個(gè)節(jié)點(diǎn),通過聲學(xué)、無線電、衛(wèi)星通信等手段,發(fā)揮戰(zhàn)場前置傳感器的作用;尾隨已發(fā)現(xiàn)的目標(biāo),在適當(dāng)距離用自帶的武器發(fā)起攻擊?！盀踬\”UUV的特點(diǎn)是可更換不同有效載荷,可重復(fù)使用,在未來戰(zhàn)場使用價(jià)值不僅限于自身的攻擊作戰(zhàn)能力,而主要在于它與母艇、其他UUV和水面平臺(tái)的協(xié)同配合能力。“烏賊”UUV主要供“弗吉尼亞”級(jí)核潛艇使用。

2) 遠(yuǎn)程水雷偵察系統(tǒng)

遠(yuǎn)程水雷偵察系統(tǒng)是由近程水雷偵察系統(tǒng)改進(jìn)而成的UUV,主要用于雷區(qū)情報(bào)收集和水雷識(shí)別與定位。該系統(tǒng)裝有用于搜索和避障的前視聲吶、用于對(duì)目標(biāo)定位和分類的側(cè)掃聲吶等傳感器。導(dǎo)航精度高、虛警率低,對(duì)目標(biāo)定位誤差僅有十幾米,其獨(dú)特之處在于采用雙魚雷管發(fā)射和回收[7]。

3) “海馬”UUV系統(tǒng)

“海馬”UUV呈魚狀,長8.6m,直徑996mm,重4500kg,有效載荷280kg,最大航速6kn,可在半徑90km的范圍連續(xù)工作125小時(shí)以上。作戰(zhàn)使用時(shí)由潛艇的彈道導(dǎo)彈發(fā)射管投放,由瞄準(zhǔn)線射頻系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)和水聲裝置與潛艇保持通信聯(lián)絡(luò)。為美海軍執(zhí)行深海探測,在水下完成遠(yuǎn)程情報(bào)、監(jiān)視和偵察任務(wù),還可以完成反水雷和跟蹤潛艇的監(jiān)視任務(wù)[5]。

其他國家研制的典型UUV系統(tǒng)還包括:英國的“護(hù)身符”UUV、“阿里斯特”中型UUV、德國的“海獺”UUV、澳大利亞的“海龜”UUV、“休金”-1型UUV[6]。根據(jù)美軍的預(yù)計(jì),UUV將在2025年左右形成全面戰(zhàn)斗能力,屆時(shí),無人潛航器將成為奪取水下戰(zhàn)場優(yōu)勢(shì)“制高點(diǎn)”的利器,為全面獲取水下戰(zhàn)場的主動(dòng)權(quán)發(fā)揮重要作用。

3 潛載UUV的作戰(zhàn)使用

目前發(fā)展和裝備UUV部隊(duì)已經(jīng)是世界各主要海軍國家的共同認(rèn)識(shí),潛載UUV已經(jīng)成為當(dāng)前各國發(fā)展水下力量的一個(gè)重要方向。我國在UUV方面的研究已取得了不少成果,但在作戰(zhàn)應(yīng)用方面尚在理論研究階段,因此,我國應(yīng)積極開展?jié)撦dUUV在作戰(zhàn)使用方面的相關(guān)研究。

UUV目標(biāo)小、續(xù)航時(shí)間長、使用方式更靈活,功能更強(qiáng),外形更多樣化,而且潛艇布放保證了其隱蔽性,多數(shù)情況下可以反復(fù)使用,在搜索偵察、遠(yuǎn)程攻擊、潛艇防御、自主作戰(zhàn)以及水下網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)等方面都可擔(dān)負(fù)更重要的任務(wù),并且能夠提高潛艇的作戰(zhàn)性能。潛載UUV在作戰(zhàn)中的作用主要包括以下幾個(gè)主要方面。

1) 潛載UUV的搜索與偵察

搜索和偵察功能主要是指收集和傳送多種形式的數(shù)據(jù),在敏感區(qū)域或潛艇難以到達(dá)的區(qū)域,UUV可自主完成水下搜索任務(wù),它可作為一個(gè)艇外傳感器或獨(dú)立武器平臺(tái),在不增加母艇危險(xiǎn)的前提下擴(kuò)大探測范圍。在危險(xiǎn)海域,我方潛艇可以使自己保持在安全海域,由攜帶先進(jìn)探測系統(tǒng)的UUV在前方長時(shí)間地執(zhí)行偵察警戒任務(wù),該區(qū)域可以是敵方艦艇經(jīng)常出入的潛艇基地、港口和重要運(yùn)輸線附近的海域,一旦發(fā)現(xiàn)敵方艦艇,則及時(shí)與指揮中心通信,并根據(jù)指揮中心的命令執(zhí)行跟蹤或攻擊使命。多艘偵察型UUV可以組成一個(gè)移動(dòng)的水下偵察、監(jiān)視網(wǎng)絡(luò),該網(wǎng)絡(luò)可以布放于某一固定海域執(zhí)行任務(wù),可以根據(jù)作戰(zhàn)需求前往某一敏感海域布放,執(zhí)行偵察和監(jiān)視任務(wù)。

2) 反水雷作戰(zhàn)

由于受到海洋探測技術(shù)的制約或地方海上力量的組織,水下平臺(tái)可能是在沖突早期唯一適合的作戰(zhàn)資源,也是在防御階段對(duì)抗敵方水雷的唯一力量,而潛載UUV作為自主控制的無人水下平臺(tái),使其成為執(zhí)行危險(xiǎn)任務(wù)的最佳裝備。在執(zhí)行反水雷作戰(zhàn)任務(wù)時(shí),由潛艇在敵方海岸外的安全位置發(fā)射一艘或多艘UUV,UUV自主航行或操作人員通過光(電)纜控制隱蔽搜索敵區(qū)水雷或潛艇,將偵察信號(hào)發(fā)回潛艇或依靠自身的軟件系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。通過分析主動(dòng)聲吶探測到的信息,可以得到精確地水雷分布位置數(shù)據(jù),繪制出雷區(qū)圖,如圖1所示。然后通過自身攜帶的己方掃雷反潛兵力實(shí)施精確滅雷彈藥和反潛等方式為水下或海上特遣編隊(duì)開辟安全巷道提供保障。這樣UUV可以在有效清除敵方水雷和潛艇威脅的同時(shí)保護(hù)己方有生作戰(zhàn)力量免受損失。

圖1 潛載UUV搜索水雷示意圖

3) 反潛作戰(zhàn)

潛載UUV在反潛作戰(zhàn)中的作用主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:首先,在敵港口、基地或敵潛艇水域附近執(zhí)行監(jiān)視、搜索、跟蹤任務(wù)的難度非常大,其它平臺(tái)難以開展工作,而UUV可由潛艇在安全區(qū)域布放,自主航行到指定區(qū)域,因此UUV可以作為己方潛艇的外部水聲傳感器平臺(tái),進(jìn)行區(qū)域性搜索和偵察,或部署在敵方潛艇水域,進(jìn)行水下監(jiān)視和跟蹤,收集情報(bào),提供給其他反潛平臺(tái);其次可以作為誘餌把敵潛艇引入己方火力范圍,然后在其他兵力的協(xié)同下圍殲敵艇;UUV還可以作為大型潛艇遠(yuǎn)距離航渡時(shí)的通信中繼站,使?jié)撏Р辉贋橥ㄐ怕?lián)絡(luò)而浮出海面,從而提高潛艇的隱蔽性。

圖2 潛載UUV反潛作戰(zhàn)示意圖

4) 水下潛伏式自主作戰(zhàn)平臺(tái)

UUV可作為自主水雷布放平臺(tái),也可用于發(fā)射遠(yuǎn)程魚類、發(fā)射遠(yuǎn)程導(dǎo)彈、發(fā)射攻擊UUV和布放水雷防御裝置等。潛載UUV因此可以作為水下潛伏式自主作戰(zhàn)平臺(tái)。根據(jù)戰(zhàn)術(shù)需要,由潛艇將UUV進(jìn)行遠(yuǎn)程布放,長期隱蔽的潛伏在預(yù)定海域。由于其自身背景噪音低,有利于探測安靜型潛艇或航母編隊(duì),一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo),可以實(shí)施近距離偷襲。與水雷相比,UUV作為自主作戰(zhàn)平臺(tái),具有智能性、長期性、隱蔽性和可回收的優(yōu)點(diǎn)。還可利用UUV的隱蔽性,由潛艇將UUV布放在敵預(yù)警機(jī)的巡航區(qū)域,UUV接收外部指揮信息,發(fā)射導(dǎo)彈對(duì)敵預(yù)警機(jī)進(jìn)行突襲。

5) 水下防御作戰(zhàn)

大航程、隱蔽性使得UUV成為一種有效的信息或武器平臺(tái),可以隱蔽接近偵察、干擾甚至攻擊毀傷,近距離發(fā)射武器等。因此,UUV的特點(diǎn)非常適合于潛艇的防御作戰(zhàn),它可以作為欺騙目標(biāo)、壓制設(shè)備或佯動(dòng)目標(biāo),掩護(hù)潛艇的行動(dòng)。作為聲誘餌、聲干擾器也是UUV的一種功能,可以模擬潛艇的聲學(xué)特性,接近敵方主動(dòng)聲吶信號(hào),并復(fù)制模擬欺騙信號(hào),或直接產(chǎn)生潛艇的模擬聲信號(hào),達(dá)到混淆敵方探測設(shè)備,保護(hù)我方潛艇的目的,見圖3。UUV同傳統(tǒng)誘餌區(qū)別在于它可以不受發(fā)射平臺(tái)的限制,體積更大,功能更強(qiáng),工作時(shí)間也更長,可以模擬潛艇的運(yùn)動(dòng)特性,同時(shí)可以回收重復(fù)使用,UUV在防御作戰(zhàn)中使用,可以改變現(xiàn)有防御系統(tǒng)在受到威脅時(shí)才進(jìn)行被動(dòng)防御的模式,轉(zhuǎn)而成為更為積極的主動(dòng)防御模式,掩護(hù)并輔助潛艇完成攻擊、偵察或通過威脅海域的任務(wù)[8]。

圖3 潛載UUV模擬欺騙信號(hào)示意圖

6) 戰(zhàn)斗支援功能

UUV可以作為戰(zhàn)斗支援平臺(tái),參與水下作戰(zhàn),提高水下作戰(zhàn)效能,保障我方重要作戰(zhàn)目標(biāo)的安全性。利用其隱蔽性和智能化的特點(diǎn),UUV在水下可以完成攻擊目標(biāo)指示、通信中繼、輔助導(dǎo)航、信息中轉(zhuǎn)等輔助作戰(zhàn)功能。當(dāng)被攻擊目標(biāo)有著強(qiáng)大的反潛能力時(shí),我方潛艇難以接近對(duì)方目標(biāo),就需要對(duì)目標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)程攻擊,UUV能夠?yàn)轸~雷提供目標(biāo)指示;在輔助作戰(zhàn)過程中,UUV主要用于不同平臺(tái)之間,海上、岸上甚至是空中的重要通信及導(dǎo)航連接。如UUV可以作為一個(gè)水下平臺(tái)和艦隊(duì)之間的信息中轉(zhuǎn)站,或是可以隱蔽地浮到水面展開天線,進(jìn)行通信和導(dǎo)航。如果敷設(shè)了水下通信網(wǎng)絡(luò),作為未來海戰(zhàn)的偵察、通信網(wǎng)絡(luò)。則UUV既可以通過該水下通信網(wǎng)絡(luò)與指揮中心進(jìn)行雙向通信,及時(shí)傳輸偵察信息;也可以作為該水下通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn),作為通信中繼裝置。作為導(dǎo)航的輔助,UUV可以為臨時(shí)浮標(biāo)布置到指定的區(qū)域,或者迅速浮到水面為軍事行動(dòng)提供信息或通信服務(wù);UUV也可以在水下平臺(tái)與GPS或其他導(dǎo)航工具之間提供連接,避免水下平臺(tái)的暴露危險(xiǎn)[1]。

圖4 潛載UUV的通信中繼功能示意圖

4 潛載UUV的關(guān)鍵技術(shù)

1) 潛載UUV的布放與回收技術(shù)

目前對(duì)UUV水下回收裝置的設(shè)計(jì)與回收方法的研究進(jìn)展緩慢,尤其是潛載對(duì)UUV的回收技術(shù)。潛艇回收UUV系統(tǒng)既涉及UUV載體的設(shè)計(jì)又涉及到潛艇結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),UUV的發(fā)射回收裝置應(yīng)降低對(duì)潛艇動(dòng)力性能和隱蔽性的影響。潛艇的回收系統(tǒng)必須能夠精確引導(dǎo)UUV到達(dá)母艇,同時(shí)不能危及母艇的隱蔽性和安全,與母艇融為一體,便于保養(yǎng)。在潛用UUV的回收過程中,必須盡量減少聲納通訊,保證隱蔽性;提高導(dǎo)引精度,減少導(dǎo)引時(shí)間;降低UUV與潛艇的相對(duì)速度,潛艇與水流的相對(duì)速度,以減少潛艇運(yùn)動(dòng)對(duì)UUV的水動(dòng)力擾動(dòng)。為了潛艇回收UUV技術(shù)的成熟應(yīng)用,還有許多方面的工作要做[2]。

2) 水下通信技術(shù)

潛艇與UUV的水下通信是UUV開發(fā)中遇到的一個(gè)至關(guān)重要的難題。潛艇對(duì)UUV的監(jiān)測、重新規(guī)劃、傳輸數(shù)據(jù)、回收和多體協(xié)同等都要依賴水下通信技術(shù)。水聲通信對(duì)UUV是一種比較理想的方式,是目前水下中遠(yuǎn)距離通信的唯一方法。實(shí)現(xiàn)潛艇與UUV水聲通信的最主要障礙是隨機(jī)多途干擾問題,為了實(shí)現(xiàn)各種海洋環(huán)境下的中遠(yuǎn)距離高數(shù)據(jù)率通信,需要解決多項(xiàng)技術(shù)難題,如研究新型的新航處理方法。迄今為止,只有極少數(shù)國家在水聲通信領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展,達(dá)到使用的程度。

3) UUV的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)

UUV的運(yùn)動(dòng)具有明顯的非線性與交叉耦合性。為了完成不同的任務(wù),要求UUV在多個(gè)自由度上有較高的控制精度。所以,需要建立完善的集成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),同時(shí)將信息融合、故障診斷、容錯(cuò)控制策略集成。復(fù)雜的海洋環(huán)境對(duì)智能規(guī)劃與決策系統(tǒng)、潛載UUV的布放回收控制提出了較高的要求。海洋中海流的大小與方向不僅與實(shí)踐有關(guān),而且隨著地點(diǎn)的不同而變化[3]。對(duì)UUV的智能規(guī)劃與決策技術(shù)和布放回收技術(shù)來說,海流的影響是必須考慮的干擾因素。

4) 水下精確導(dǎo)航技術(shù)

UUV的導(dǎo)航系統(tǒng)必須提供遠(yuǎn)距離及長時(shí)間范圍內(nèi)的精確位置、速度和姿態(tài)信息,目前國外的UUV均采用小型慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。由于受到國外技術(shù)限制,往往無法采用這種系統(tǒng)作為UUV的導(dǎo)航系統(tǒng)。而采用光纖陀螺與多普勒速度計(jì)或相關(guān)速度儀組成船位推算系統(tǒng),并利用GPS系統(tǒng)定期修正,是UUV現(xiàn)實(shí)可用的導(dǎo)航技術(shù),在一定范圍內(nèi)能夠滿足任務(wù)要求,但導(dǎo)航精度還遠(yuǎn)不及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。為了完成某些任務(wù),UUV有時(shí)需要在較小的范圍實(shí)現(xiàn)精確定位。目前,通常的是水聲定位技術(shù),包括長基線、短基線和超短基線三種形式。為了滿足未來UUV對(duì)水下導(dǎo)航技術(shù)的需求,國內(nèi)外都在探索重力導(dǎo)航系統(tǒng)、海底地形導(dǎo)航系統(tǒng)、地磁場導(dǎo)航系統(tǒng)等新型導(dǎo)航系統(tǒng),但是這些系統(tǒng)的實(shí)用化還有待于一批關(guān)鍵技術(shù)的突破。

5) 能源動(dòng)力技術(shù)

針對(duì)自帶能源的UUV,其在水下的續(xù)航能力、航速和負(fù)載能力均受制于能源和動(dòng)力技術(shù)。因此能源動(dòng)力技術(shù)將是其向遠(yuǎn)程、大范圍、長時(shí)間作業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。高效的能源技術(shù)、低能耗的系統(tǒng)開銷以及能源的后續(xù)補(bǔ)充都是UUV系統(tǒng)持續(xù)工作的保障。目前面臨的兩大難點(diǎn)是,一是能量需求大,以滿足長時(shí)間遠(yuǎn)程作業(yè);二是電池重量和體積受限[4]。

6) 指揮控制技術(shù)

隨著UUV導(dǎo)航、通信、控制、傳感器技術(shù)已逐漸成熟,部分技術(shù)已經(jīng)開始走向?qū)嵱没?。然而?duì)潛載UUV的指揮控制技術(shù)的研究卻進(jìn)展緩慢,尚有許多工作要做,例如為指揮員建立多種作戰(zhàn)指揮模型和算法。亟需開展研究的有:潛載UUV的功能模型研究,確定能向UUV分配的任務(wù)范圍,UUV能做出回應(yīng)的基本的命令;執(zhí)行能力模型研究,確定UUV能以多快的速度移動(dòng),移動(dòng)范圍能有多遠(yuǎn),航路如何規(guī)劃,武器以及傳感器的作用范圍以及效能,在各種威脅下自我防衛(wèi)的能力,通信資源的連接性和有效性以及后勤保障支持需求;行為模型研究,確定下屬單元指揮員在訓(xùn)練和接收到特殊指令的基礎(chǔ)上如何對(duì)一系列范圍很廣的情況做出回應(yīng):如何使用機(jī)動(dòng)性,武器、傳感器和通信能力。

5 結(jié)語

目前包括美國海軍在內(nèi)的世界海軍強(qiáng)國正根據(jù)規(guī)劃加緊發(fā)展?jié)撦dUUV系統(tǒng),我國在潛載UUV方面的研究也正引起越來越多的關(guān)注?，F(xiàn)階段由于潛載UUV的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、自主控制、通信、動(dòng)力、布放回收等技術(shù)瓶頸尚未完全突破,限制了其在戰(zhàn)場作戰(zhàn)效能的有效發(fā)揮。盡管目前潛載UUV在海戰(zhàn)中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段,但隨著相關(guān)技術(shù)難題的突破,相信潛載UUV一定會(huì)在未來高科技信息化海戰(zhàn)中發(fā)揮更大作用。

[1] 王蓬.軍用UUV的發(fā)展與應(yīng)用前景展望[J].魚雷技術(shù),2009,17(1):5-9.

[2] 王穎(譯).常規(guī)潛艇上水下無人運(yùn)載器的綜合有效釋放和回收[J].潛艇技術(shù),2008(6):58-70.

[3] 徐玉如,蘇玉民.關(guān)于發(fā)展智能水下機(jī)器人技術(shù)的思考[J].艦船科學(xué)技術(shù),2008,30(4):17-21.

[4] 郭鳳水,袁思鳴,劉強(qiáng).軍用UUV使命任務(wù)和裝備性能分析[J].2007,2(5).

[5] Goodman, G. W. (Jr), “UUV Breakthrough”, SeaPower, 27th April 2006.

[6] Nick Brown. Navy League 2013: SSGNs to explore novel UUV operations. International Defence Review, 11-Apr-2013.

[7] Geoff Fein. Us Navy explores extreme-range UUV tethering, International Defence Review[J]. 23-Apr-2012.

[8] 黃振中,王春雷.美國海軍轉(zhuǎn)型中的無人潛航器[J].潛艇學(xué)術(shù)研究,2007,25(5):78-78.

Application Analysis of Submarine UUV

JIANG Ronghua

(Equipment Department, No. 92730 Troops of PLA, Shanghai 200000)

Submarine UUV combines parent submarine and UUV’s ability to enhance their capabilities. Firstly, an overview of the current status of research typical UUV systems and submarine at home and abroad is introduced, and a detailed analysis of the potential use of UUV is set out, and the key technique and problems for developing submarine UUV are pointed out.

UUV, submarine, combat use, undersea warfare

2015年4月8日,

2015年5月29日

蔣榮華,男,工程師,研究方向:潛艇武器裝備。

U674

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.005