李 亮，鄒金順

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094)

國(guó)外水下無人系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)淺析

李 亮，鄒金順

(中國(guó)船舶工業(yè)系統(tǒng)工程研究院，北京 100094)

無人系統(tǒng)由于其在降低平臺(tái)全壽命費(fèi)用、減少人員傷亡、高危環(huán)境作業(yè)等方面的先天優(yōu)勢(shì)，國(guó)外很早就開展了相關(guān)研究，尤其歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，都從國(guó)家層面提出了相關(guān)計(jì)劃，并取得了階段性的成果。本文在梳理國(guó)外無人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)其相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行梳理，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析，供相關(guān)研究人員參考。

無人系統(tǒng)；關(guān)鍵技術(shù)；發(fā)展趨勢(shì)

1 國(guó)外預(yù)置式無人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 美國(guó)“可升降有效載荷”（UFP）[1]

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）于2013年啟動(dòng)了“深海沉浮載荷”（Upw ard Falling Pay loads，UFP）項(xiàng)目，旨在研發(fā)一種深海作戰(zhàn)系統(tǒng)，以應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的前沿作戰(zhàn)環(huán)境和日益增長(zhǎng)的作戰(zhàn)成本。該系統(tǒng)可以在深海海底的特殊容器中休眠好幾年，一旦需要，美軍則可以從指揮中心遠(yuǎn)程遙控激活這些深海裝備，使其上浮到海面完成部署，這就是所謂的“先下沉再上浮”。該項(xiàng)目目前已經(jīng)開展了遠(yuǎn)程通信、深海高壓容器及有效載荷釋放的方法等技術(shù)研究，即將開始從目前的概念方案中進(jìn)行開發(fā)和研制演示原型系統(tǒng)。UFP的潛伏深度大于6 000 m，潛伏時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5年，可在接收到發(fā)射指令后2 h內(nèi)投入作戰(zhàn)。

深?！翱缮涤行лd荷”主要包括有效載荷、裝載平臺(tái)和通信設(shè)備3個(gè)子系統(tǒng)。深?！案〕凛d荷”可預(yù)先部署，潛伏于深海海底，一旦需要，就立即遙控激活，根據(jù)指令把內(nèi)部存儲(chǔ)的有效載荷釋放出來，上浮到水面或發(fā)送到空中執(zhí)行各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)。負(fù)載將包括相機(jī)、干擾發(fā)射器、低功率的激光攻擊系統(tǒng)、監(jiān)視傳感器，甚至是作為誘餌或提供情報(bào)和目標(biāo)信息的無人機(jī)和潛航器等。

1.2 美國(guó)海德拉[2]

“海德拉”是DARPA于2013年開始研制的一種新型無人水下作戰(zhàn)系統(tǒng)，可不浮出水面將無人機(jī)、無人潛航器、水中兵器和導(dǎo)彈前置部署，執(zhí)行對(duì)地攻擊，反潛反艦、反水雷、偵察、特種部隊(duì)保障等任務(wù)?！昂５吕辈捎脴?biāo)準(zhǔn)化外殼和模塊化載荷，內(nèi)部能容納數(shù)架小型無人機(jī)、數(shù)艘無人潛航器、數(shù)枚水中兵器和導(dǎo)彈等。“海德拉”可通過艦艇或大型運(yùn)輸機(jī)部署和回收，最長(zhǎng)可在水下連續(xù)潛伏數(shù)月甚至1年。在接受指令或自主探測(cè)后，可自主發(fā)起攻擊。

1.3 美國(guó)“長(zhǎng)蛇座”計(jì)劃[3]

美國(guó)軍方還有一個(gè)野心勃勃的“長(zhǎng)蛇座”計(jì)劃，它實(shí)際是一種能長(zhǎng)期潛伏水下，并可隨時(shí)發(fā)射多種海空無人作戰(zhàn)工具的作戰(zhàn)平臺(tái)，其最大特點(diǎn)是“靈活機(jī)動(dòng)，出其不意”。

按照作戰(zhàn)設(shè)想，美軍可在平時(shí)通過核潛艇、船塢登陸艦或大型運(yùn)輸機(jī)將“長(zhǎng)蛇座”投送至某處，隨后“長(zhǎng)蛇座”既能沉至海底一動(dòng)不動(dòng)，也可在海下機(jī)動(dòng)巡邏，但無論是否活動(dòng)，其搭載的傳感器始終運(yùn)作。一旦發(fā)現(xiàn)周圍有敵方艦艇駛過，“長(zhǎng)蛇座”將自動(dòng)激活，隨后根據(jù)需要發(fā)射無人裝備打擊或跟蹤敵方目標(biāo)。

值得一提的是，為了最大程度地延長(zhǎng)自主工作時(shí)間，“長(zhǎng)蛇座”還配有太陽(yáng)能發(fā)電裝置，可自行浮到海面上利用太陽(yáng)能充電。“長(zhǎng)蛇座”不僅能充當(dāng)無人機(jī)或無人潛航器的水下搭載母體，它還能用作水下指揮樞紐——該平臺(tái)內(nèi)置智能指揮系統(tǒng)，能對(duì)其發(fā)射的無人機(jī)或無人潛航器進(jìn)行統(tǒng)一指揮。而無人機(jī)或無人潛航器獲取的情報(bào)資料也必須先傳回“長(zhǎng)蛇座”，然后再由“長(zhǎng)蛇座”轉(zhuǎn)發(fā)至美軍指揮機(jī)構(gòu)。

“長(zhǎng)蛇座”的項(xiàng)目主管斯科特表示：“過去美軍也曾開發(fā)能沉至海底、內(nèi)置無人快艇或其他偵察裝備的‘水下集裝箱’，但‘水下集裝箱’沒有動(dòng)力系統(tǒng)，它只能在投放點(diǎn)上浮或下沉，‘長(zhǎng)蛇座’則自身具備動(dòng)力，能在水下自由轉(zhuǎn)移。由于‘長(zhǎng)蛇座’能在水下發(fā)射無人機(jī)，也可以將其視為‘水下航母’?！贝送?，“長(zhǎng)蛇座”可能有多個(gè)版本，其搭載的無人機(jī)或無人潛艇并非僅能用于偵察，它們還能執(zhí)行攻擊任務(wù)。由于能抵近目標(biāo)突襲，敵方將無法獲得預(yù)警，從而實(shí)現(xiàn)“無預(yù)警空海一體戰(zhàn)”。

1.4 俄羅斯的“賽艇”計(jì)劃[4]

俄羅斯2013年6月在白海開始試驗(yàn)一種全新概念的“賽艇”彈道導(dǎo)彈。

“賽艇”由圣彼得堡紅寶石中央設(shè)計(jì)局與馬克耶夫國(guó)家導(dǎo)彈中心聯(lián)合研制。為了實(shí)現(xiàn)隱蔽發(fā)射，“賽艇”彈道導(dǎo)彈容器將安置于海底。彈道導(dǎo)彈裝于集儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、發(fā)射等功能一體化的容器中。裝彈時(shí)，由小型潛艇秘密將其運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定海域布放。整個(gè)導(dǎo)彈系統(tǒng)將在海底潛伏，戰(zhàn)時(shí)根據(jù)特殊指令激活容器上浮并發(fā)射升空，以摧毀地面和水面目標(biāo)。2005年生產(chǎn)出原型，2008年進(jìn)行了水下測(cè)試，2013年6月在白令海進(jìn)行了試驗(yàn)。

俄軍方稱：“核潛艇在海底極易被敵方反潛系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，因此戰(zhàn)時(shí)潛艇發(fā)射導(dǎo)彈容易受到干擾。而部署在海底的‘賽艇’導(dǎo)彈對(duì)敵人來說幾乎無法發(fā)現(xiàn)，可以無需動(dòng)用戰(zhàn)略潛艇而打擊敵人的戰(zhàn)略目標(biāo)，相比于彈道導(dǎo)彈核潛艇，優(yōu)勢(shì)非常明顯”。

1.5 印度的水下導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)[5]

印度也對(duì)水下預(yù)置武器充滿熱情。2001年，印度國(guó)防研究與發(fā)展組織就搞出代號(hào)“78工程”的水下導(dǎo)彈發(fā)射平臺(tái)，它其實(shí)是1艘能沉入水下的大型駁船，船上的控制室可容納8～10人，能監(jiān)控水下發(fā)射的巡航導(dǎo)彈和彈道導(dǎo)彈。2008年2月，印度在距海岸8 km處，利用位于水下50 m的“78工程”試射K-15彈道導(dǎo)彈。據(jù)軍事專家稱，由于印度國(guó)產(chǎn)核潛艇離正式戰(zhàn)斗值班還有很長(zhǎng)的路要走，急于掌握水下核打擊能力的新德里有可能選擇“水下預(yù)置導(dǎo)彈平臺(tái)”作為戰(zhàn)略核潛艇的替補(bǔ)方案。

1.6 國(guó)外深水潛器發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)是世界上最早進(jìn)行深海研究和開發(fā)的國(guó)家。1934年，美國(guó)潛水器潛入914 m深度，是人類第一次在深海對(duì)生物進(jìn)行觀察。1960年，美國(guó)的“迪里雅斯特”號(hào)潛水器首次潛入世界大洋中最深的海溝——馬里亞納海溝，最大潛水深度為10 916 m。為了得到整個(gè)洋殼6 000 m的剖面結(jié)構(gòu)，從而獲取地殼、地幔之間物質(zhì)交換的第一手資料，美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)從1966年開始籌備“深海鉆探”計(jì)劃。在此后于1985年開始的“大洋鉆探計(jì)劃”和2003年開始的“綜合大洋鉆探計(jì)劃”這兩大國(guó)際合作計(jì)劃中，美國(guó)也以其先進(jìn)的技術(shù)處于領(lǐng)導(dǎo)地位。進(jìn)入21世界，美國(guó)在海洋技術(shù)方面，繼續(xù)保持在海洋探測(cè)、水下聲通信和深海礦產(chǎn)資源勘探、開發(fā)技術(shù)方面的領(lǐng)先地位[6]。

美國(guó)“阿爾文”號(hào)潛艇于1964年正式建成，至今仍在服役，被稱作“歷史上最成功的潛艇”?！鞍栁摹睗撏е亓繛?7 400 lb，長(zhǎng)度為23.4 ft，高11.1 ft，寬8.6 ft，航行半徑為6 n m ile，航速可達(dá)到1 kn，最高航速為2 kn，該潛艇可以搭載3人（1位駕駛員、2位觀察員），下潛到海平面以下4 500 m處[7]。

美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所研制的“海神”號(hào)潛器2009年5月31日下潛6.8 n m ile（約11 000 m），成功抵達(dá)馬里亞納海溝最深處的“挑戰(zhàn)者深淵”，“海神”號(hào)也是有史以來抵達(dá)海洋最深處的第1個(gè)自動(dòng)工具，并著手展開對(duì)世界最深海溝的研究[8]。

在深水作業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，國(guó)外很多國(guó)家均開展了深入研發(fā)，產(chǎn)品種類繁多，各生產(chǎn)廠商設(shè)計(jì)制造的深海無人作業(yè)系統(tǒng)在作業(yè)水深、推進(jìn)馬力等方面具有相近的能力。其中包括美國(guó)的Schilling Robotics的工業(yè)級(jí)深海無人系統(tǒng)、Oceaneering International公司的Millennium型ROV；英國(guó)SM D公司的A tom，Quasar，Quan tum等ROV系列產(chǎn)品，加拿大ISE公司的HYSUB和TrailBlazer等，工作水深均可達(dá)3 000～6 000 m；日本具備了10 000 米級(jí)深海無人探測(cè)器。這些深海無人平臺(tái)主要用于商業(yè)和科研用途，可以進(jìn)行鉆井支持、管道檢查、電纜維護(hù)、海洋研究、地圖測(cè)繪等。配備液壓或電動(dòng)推進(jìn)器，1～2個(gè)多功能機(jī)械臂，能進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)控。SAAB公司也研制了一系列軍用水下無人平臺(tái)，用于執(zhí)行掃雷等任務(wù)，有300 m，500 m，1 500 m的工作水深等不同等級(jí)，目前的產(chǎn)品服役于加拿大海軍[9–10]。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

在對(duì)國(guó)外武器系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，梳理出需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 作戰(zhàn)總體技術(shù)

1）作戰(zhàn)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃

2）作戰(zhàn)系統(tǒng)指標(biāo)體系及評(píng)估方法

3）作戰(zhàn)總體技術(shù)路線及技術(shù)方案

2.2 平臺(tái)技術(shù)

1）平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2）平臺(tái)定位控制技術(shù)

3）平臺(tái)耐久性設(shè)計(jì)

2.3 武器發(fā)射使用技術(shù)

1）安全可靠發(fā)射技術(shù)

2）運(yùn)載器（武器）水下彈道控制技術(shù)

3）攻擊效果預(yù)評(píng)估技術(shù)

2.4 通信技術(shù)

1）通過聲道遠(yuǎn)程信息傳輸和通信技術(shù)

2）浮標(biāo)通信技術(shù)

3）組網(wǎng)通信技術(shù)

4）跨介質(zhì)通信技術(shù)

2.5 安全技術(shù)

1）安全布放技術(shù)

2）通信安全技術(shù)

3）安全值守技術(shù)

4）安全回收/自毀技術(shù)

2.6 綜合保障技術(shù)

1）綜合保障技術(shù)方案研究

2）綜合保障模型與仿真技術(shù)

3）快速、精準(zhǔn)、有效保障技術(shù)

3 國(guó)外發(fā)展趨勢(shì)淺析

早在二戰(zhàn)期間，納粹德國(guó)為了攻擊美國(guó)，就設(shè)想過將導(dǎo)彈放到特制的浮筒中，用艦船運(yùn)到大西洋中發(fā)射，用于攻擊紐約等大城市。冷戰(zhàn)高峰時(shí)期，美蘇軍方不約而同地提出利用浮筒發(fā)射技術(shù)研發(fā)海底彈道導(dǎo)彈的設(shè)想。早在20世紀(jì)60年代，美國(guó)就提出在美國(guó)和加拿大交界的五大湖湖底部署裝載水柜內(nèi)的戰(zhàn)略導(dǎo)彈，平時(shí)由偽裝商船拖曳機(jī)動(dòng)，一旦有需要，偽裝商船可以將多個(gè)導(dǎo)彈水柜經(jīng)運(yùn)河拖到海里，并進(jìn)入臨戰(zhàn)發(fā)射狀態(tài)。

近年來，由于成本和復(fù)雜性的限制，美俄海軍擁有的武器系統(tǒng)和平臺(tái)也在逐步壓縮，因此在關(guān)鍵的海域執(zhí)行任務(wù)時(shí)，資源越來越緊張，美俄重新將注意力集中到這種“預(yù)置式武器”，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局在聲明中說，“無人系統(tǒng)和傳感器將用來彌補(bǔ)缺口，并可遠(yuǎn)距離投送行動(dòng)力量?！蹦壳埃蓝磲槍?duì)這些未來的武器也在開展水下通信、高壓的環(huán)境適應(yīng)性以及更智能化的無人控制等技術(shù)研究。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文在分析國(guó)外無人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，梳理出了需解決的關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了淺析，對(duì)我國(guó)從事相關(guān)研究的科研人員有一定的參考意義。

[ 1 ]陳強(qiáng), 張林根. 美國(guó)軍用UUV現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析[J]. 艦船科學(xué)技術(shù), 2010, 32(7): 129–134.CHEN Qiang, ZHANG Lin-gen. Analysis of current situational development trend of US m ilitary UUV[J]. Ship Science and Technology, 2010, 32(7): 129–134.

[ 2 ]國(guó)外艦船裝備與技術(shù)發(fā)展報(bào)告編寫組. 國(guó)外艦船裝備與技術(shù)發(fā)展報(bào)告2016: 海上無人系統(tǒng)(無人潛航器)[G]. 北京: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司, 2017.

[ 3 ]國(guó)防科技信息網(wǎng). 國(guó)外自主式水下航行體(AUV)研發(fā)現(xiàn)狀比較[E B/O L]. (2 0 0 9-1 2-1 8)[2 0 1 7-0 3-0 1].http://www.dsti.net/Special/NewsView/136.

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[ 5 ]General Dynamics Knifefish Unmanned Undersea Vehicle Successfully Completes Mine-hunting Evaluation[EB/OL].(2017-03-20)[2017-07-11]. https://gdm issionsystem s.com/Articles/2017/03/20/news-release-3-20-2017-gd-knifefishumann-ed-undersea-vehicle-successfully-com pletes-minehunting-ev.

[ 6 ]鐘宏偉. 武器級(jí)UUV發(fā)展趨勢(shì)及關(guān)鍵技術(shù)研究[R]. 北京:中國(guó)國(guó)防科學(xué)技術(shù)報(bào)告管理辦公室, 2011(12).

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[10]歐洲制定海上無人系統(tǒng)的路線圖和方法論[EB/OL]. (2012-01-18)[2017-06-01]. http://new s.xinhuanet.com/m il/2012-01/18/c_122600858.htm.

Technical development and trend of underwater unmanned system s abroad

LI Liang, ZOU Jin-shun
(Systems Engineering Research Institute, Beijing 100094, China)

Unmanned systems due to its inherent advantages in reducing platform lifecycle costs, reduce casualties,high-risk operation environment, early abroad has carried out research, especially in Europe and other developed countries,all plans are put forward from the national level, and achieved significant results. On the basis of combing the development of unmanned systems in foreign countries, this paper combs the related key technologies, and analyzes its development trend for reference by relevant researchers.

unmanned systems；key technologies；development trend

TJ01

A

1672–7649(2017)12–0006–04

10.3404/j.issn.1672–7649.2017.12.002

2017–06–22；

2017–10–10

李亮(1983–)，男，高級(jí)工程師，主要從事系統(tǒng)工程方面研究。