鄧 鵬，李 偉，王新華

(海軍潛艇學(xué)院 戰(zhàn)略導(dǎo)彈與水中兵器系， 山東 青島 266199)

隨著技術(shù)進(jìn)步，水下無人平臺(UUV)已經(jīng)從單一的水下航行器發(fā)展為可以攜帶多種傳感器、專用設(shè)備和武器，執(zhí)行特定的使命和任務(wù)的無人平臺。UUV作為現(xiàn)代海軍的“力量倍增器”，受到世界許多國家的重視[1-2]。但由于體積載荷受到限制，水下無人平臺與有人潛艇相比各項戰(zhàn)技性能均不占優(yōu)勢。然而其制造難度小、生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短，相比于有人潛艇，UUV更易于大批量制造和使用。

Lanchester平方律表明，作戰(zhàn)單元數(shù)量的線性增加將帶來作戰(zhàn)能力的指數(shù)級提升，從而揭示出，兵力數(shù)量和兵力質(zhì)量同等重要，數(shù)量和質(zhì)量之間是相互彌補和相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。隨著無人平臺、自主系統(tǒng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、通信網(wǎng)絡(luò)等前沿科技的迅猛發(fā)展，使得在戰(zhàn)爭中使用無人平臺成為可能，近年來美軍在多次軍事行動中廣泛使用無人機也表明：在戰(zhàn)爭中投入大量無人平臺，并由無人平臺組成編隊集群完成作戰(zhàn)任務(wù)將是未來戰(zhàn)爭形態(tài)的重要發(fā)展趨勢。水下作戰(zhàn)相比陸地和空中作戰(zhàn)更加復(fù)雜，本文就以“蜂群”戰(zhàn)術(shù)為基礎(chǔ)，對水下無人平臺集群作戰(zhàn)方式進(jìn)行研究。

1 “蜂群”戰(zhàn)術(shù)

蜂群由眾多功能各異，具有態(tài)勢感知能力，能夠完全自主和自行組織作戰(zhàn)的無人平臺組成，蜂群規(guī)?？筛哌_(dá)成千上萬。蜂群通過自行組織、自主決策，實現(xiàn)整體的作戰(zhàn)行動?！胺淙骸睉?zhàn)術(shù)在網(wǎng)絡(luò)化作戰(zhàn)模式的基礎(chǔ)上，整合無人技術(shù)優(yōu)勢和系統(tǒng)族群優(yōu)勢，實現(xiàn)無人作戰(zhàn)的彈性和多樣性，在保持自身作戰(zhàn)能力的同時，向敵方施予壓力。相對于功能全面，技術(shù)復(fù)雜的有人潛艇，水下無人平臺在作戰(zhàn)時使用“蜂群”戰(zhàn)術(shù)具備以下優(yōu)勢：

1) 數(shù)量優(yōu)勢

將原本造價高昂，性能完備的單個潛艇所具備的各項功能如偵查監(jiān)視、搜索跟蹤、判斷決策、打擊評估等作戰(zhàn)能力分配到大量低成本、功能單一的水下無人作戰(zhàn)平臺上，通過大量異型的個體基于任務(wù)層面的自我管理和多系統(tǒng)的自我控制實現(xiàn)原本復(fù)雜的系統(tǒng)功能，形成規(guī)模作戰(zhàn)能力。通過大量廣泛的使用，在戰(zhàn)場的時間域和空間域內(nèi)形成數(shù)量優(yōu)勢，其倍增效益使水下無人集群具備遠(yuǎn)超單一潛艇的作戰(zhàn)能力。

2) 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢

水下無人平臺集群具有“網(wǎng)絡(luò)化”和“自主化”的特點，整個集群的指揮結(jié)構(gòu)具有扁平化、多中心的特點，集群個體的運行并不依賴于某個實際存在的特定節(jié)點。在對抗過程中，當(dāng)部分個體失去作戰(zhàn)能力時，整個集群仍然具有一定的完整性，可以繼續(xù)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)，避免了單一潛艇能力損失無法彌補的風(fēng)險，提高了集群的抗打擊能力。

3) 成本優(yōu)勢

“蜂群”戰(zhàn)術(shù)所依托的是大量低成本、次復(fù)雜子平臺，便于開展大規(guī)模生產(chǎn)和使用，其生產(chǎn)開發(fā)成本和使用損耗成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一個多任務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng)。在進(jìn)行作戰(zhàn)時，敵方需要應(yīng)對數(shù)量眾多的集群個體，消耗比單個多任務(wù)復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)十倍甚至上百倍的人力和物力成本來防御對抗，從而直接提高敵方的作戰(zhàn)成本而獲得自身的成本優(yōu)勢。

此外，由于具有成本優(yōu)勢且沒有人員傷亡，水下無人集群可以無需考慮裝備人員損耗而部署到高風(fēng)險的前沿區(qū)域執(zhí)行危險性高損耗率大的作戰(zhàn)任務(wù)，因而具有更廣泛的作戰(zhàn)優(yōu)勢。

4) 時敏優(yōu)勢

“蜂群”戰(zhàn)術(shù)的基本原則是大范圍分散使用低成本的無人平臺，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)集群對作戰(zhàn)區(qū)域的廣泛覆蓋和占領(lǐng)，減少“觀察”、“定位”的耗時，而集群協(xié)同以及定位算法將確保目標(biāo)信息的準(zhǔn)確性和持續(xù)性，以及攻擊過程中的精確性，提高了偵察與攻擊行動的可靠性和持續(xù)性，也降低了原有的犧牲成本。

2 水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系

2.1 水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)

由于空間載荷限制，水下無人平臺不能像有人潛艇一樣做到功能全面，性能強大，但可以利用有限載荷，通過攜帶專用設(shè)備，專注某些性能指標(biāo)，而降低其他功能。在同一戰(zhàn)場上，利用“蜂群”技術(shù)將各種數(shù)量眾多、功能不同的水下無人平臺協(xié)調(diào)使用，即可形成水下無人平臺“蜂群”體系。通過標(biāo)準(zhǔn)化集成化設(shè)計，水下無人平臺“蜂群”體系由指揮節(jié)點型水下無人平臺、攻擊型水下無人平臺、偵察型水下無人平臺等組成。其理論思想為依靠數(shù)量優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為質(zhì)量優(yōu)勢，將個體的性能劣勢轉(zhuǎn)化為集群的整體優(yōu)勢。作戰(zhàn)時由大型平臺(比如有人潛艇、水面艦艇)搭載釋放，編成戰(zhàn)斗集群，集群個體自主決策，實現(xiàn)航行控制、態(tài)勢感知、目標(biāo)分配和智能識別，集群個體間相互協(xié)同、分工配合，實現(xiàn)整體作戰(zhàn)能力以應(yīng)對復(fù)雜、強對抗性和高度不確定性的水下戰(zhàn)場環(huán)境。

由于水下戰(zhàn)場環(huán)境復(fù)雜，水下通信難度大、距離近[3]，水下無人平臺空間載荷的大小受到限制，水下無人平臺“蜂群”體系具有以下結(jié)構(gòu)：

1) 指揮節(jié)點型水下無人平臺

水下無人平臺“蜂群”體系的指揮控制、通信中繼單元，承擔(dān)整個體系平臺與平臺間、平臺與后方指揮員間實時或近實時的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建、傳感器數(shù)據(jù)融合、集群協(xié)同以及行動決策。

2) 偵察型水下無人平臺

以聲探測為主，其他探測方式為輔，利用較強的探測能力和機動能力對作戰(zhàn)海區(qū)實現(xiàn)大范圍偵查。

3) 攻擊型水下無人平臺

攜帶戰(zhàn)斗部，用以攻擊水下或水面目標(biāo)以及水下固定設(shè)施，具有一定的探測能力，是察打一體化水下無人平臺。

在體系構(gòu)建時應(yīng)注重指揮節(jié)點型水下無人平臺和偵查型水下無人平臺的數(shù)量搭配，以平臺的數(shù)量優(yōu)勢彌補通信能力的不足，實現(xiàn)戰(zhàn)場掌控。

水下無人平臺“蜂群”體系指揮層次如圖1所示。

2.2 水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系運用

作戰(zhàn)體系對抗是指雙方作戰(zhàn)體系通過壓制、摧毀對方體系的作戰(zhàn)單元，擾亂、切斷體系內(nèi)部聯(lián)系等方法，降低、破壞對方體系功能的作戰(zhàn)行動[4]。由體系對抗形成的交戰(zhàn)系統(tǒng)包括紅藍(lán)作戰(zhàn)體系和交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)三部分，具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2。圖2中，☆表示指揮節(jié)點型水下無人平臺，○表示偵察型水下無人平臺，△表示攻擊型水下無人平臺。實線表示單元之間的信息聯(lián)系，箭頭方向為信息傳輸方向。虛線表示紅藍(lán)作戰(zhàn)體系之間的對抗關(guān)系，包括探測關(guān)系和打擊關(guān)系。體系對抗過程中，作戰(zhàn)體系的作戰(zhàn)單元數(shù)量、信息聯(lián)系關(guān)系是隨時變化的。作戰(zhàn)單元可能被毀傷，單元的作戰(zhàn)能力可能變化，單元間的通信和探測可能被干擾，作戰(zhàn)體系也可主動改變信息聯(lián)系重組作戰(zhàn)力量。

以作戰(zhàn)環(huán)(Operation Loop)理論描述作戰(zhàn)體系對目標(biāo)實施作戰(zhàn)行動，根據(jù)John R.Boyd提出的“觀察(Observe)、定位(Orient)、決策(Decide)、行動(Act)”(OODA)理論[5]。作戰(zhàn)環(huán)的行動過程可抽象為：傳感器單元發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，將信息傳給指揮控制單元進(jìn)行分析決策，而后火力打擊單元或信息對抗單元實施打擊行動，打擊行動使戰(zhàn)場態(tài)勢發(fā)生變化，傳感器單元重新感知藍(lán)方目標(biāo)毀傷情況，并傳給指揮控制單元，由指揮控制單元決策是否繼續(xù)實施后續(xù)行動[6-7]。在圖2中，單元U1、U2、U3、B3形成了一個作戰(zhàn)環(huán)，描述了水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)環(huán)對藍(lán)方的打擊行動。“蜂群”的U2探測、發(fā)現(xiàn)B3目標(biāo)后，U1進(jìn)行指揮決策，U3對B3實施打擊，U2監(jiān)視打擊過程并進(jìn)行效果評估。

作戰(zhàn)環(huán)的作戰(zhàn)能力釋放過程為：在觀察、定位、決策階段，不存在對目標(biāo)實施物理打擊的行動，認(rèn)為沒有釋放作戰(zhàn)能力。在行動階段，作戰(zhàn)環(huán)通過打擊、干擾、壓制等方式對目標(biāo)實施打擊，認(rèn)為釋放了作戰(zhàn)能力。圖3中，p是作戰(zhàn)環(huán)一次行動周期T釋放的作戰(zhàn)能力，P是作戰(zhàn)環(huán)隨著作戰(zhàn)行動的持續(xù)開展，在t時間內(nèi)釋放的總作戰(zhàn)能力，假定p為定值，則P隨作戰(zhàn)環(huán)作戰(zhàn)行動次數(shù)n周期性增加。即

“蜂群”戰(zhàn)術(shù)是模仿蜂群攻擊目標(biāo)的形式，作戰(zhàn)體系利用作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量優(yōu)勢，各作戰(zhàn)環(huán)獨立地實施作戰(zhàn)行動，在一定時間內(nèi)形成對目標(biāo)多批次、持續(xù)打擊的態(tài)勢，以干擾、破壞對方作戰(zhàn)環(huán)的OODA過程?！胺淙骸睉?zhàn)術(shù)每次行動釋放的作戰(zhàn)能力p較小，雖然無法瞬間摧毀、破擊對方的作戰(zhàn)體系，但能夠連續(xù)不間斷的干擾、影響對方作戰(zhàn)體系實施行動。即

水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系的構(gòu)建，是基于水下無人平臺空間、載荷、航程等指標(biāo)限制，為規(guī)避其性能劣勢，利用作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量優(yōu)勢，充分發(fā)揮各作戰(zhàn)環(huán)的作戰(zhàn)效能，連續(xù)釋放作戰(zhàn)能力，相對獨立地對藍(lán)方作戰(zhàn)體系實施持續(xù)打擊和襲擾，每次行動釋放出作戰(zhàn)能力會增加藍(lán)方“OODA”時間，使其防御對抗系統(tǒng)始終處于飽和狀態(tài)，擾亂、破壞藍(lán)方作戰(zhàn)環(huán)過程，使其降低甚至喪失觀察、定位、決策、行動的能力，干擾、阻止藍(lán)方作戰(zhàn)環(huán)釋放作戰(zhàn)能力。水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系對抗如圖4所示。

在圖4中，水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系包括4個作戰(zhàn)環(huán)，各作戰(zhàn)環(huán)獨立分散開展作戰(zhàn)行動，戰(zhàn)場態(tài)勢實時發(fā)生變化，作戰(zhàn)能力連續(xù)釋放，擾亂了藍(lán)方作戰(zhàn)體系的觀察、定位、決策，使其不能順利有效地實施作戰(zhàn)行動。

而在實際作戰(zhàn)過程中，隨著水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)環(huán)作戰(zhàn)能力持續(xù)釋放，藍(lán)方作戰(zhàn)體系的觀察、定位、決策、行動能力將降低，每個環(huán)節(jié)實施將需要更多的時間，藍(lán)方單次OODA釋放的作戰(zhàn)能力也將降低。以觀察能力pOb為例，

POb=TOb·pOb

通常平臺的觀察能力是固定的，隨著觀察時間的增加，觀察效果POb會逐漸增加，當(dāng)POb達(dá)到一定值OODA會進(jìn)入定位環(huán)節(jié)。而如果pOb降低，就只有增加TOb才能達(dá)到觀察效果，一旦pOb將為零，OODA環(huán)節(jié)將被打破，作戰(zhàn)能力就無法釋放。

目前潛艇的OODA能力是集中式，設(shè)備冗余備份少，作戰(zhàn)中一旦毀傷，短時間難以恢復(fù)，作戰(zhàn)環(huán)比較脆弱。而水下無人平臺“蜂群”作戰(zhàn)體系的OODA能力是分布式，同類型平臺數(shù)量多，即使毀傷部分平臺，各能力只是降低，仍可以通過時間積累釋放作戰(zhàn)能力，作戰(zhàn)環(huán)比較牢固，不易打破。

3 結(jié)束語

本文初步探討了水下無人平臺集群化作戰(zhàn)的體系構(gòu)建和指揮層次，利用作戰(zhàn)環(huán)理論對水下無人平臺運用“蜂群”戰(zhàn)術(shù)開展集群體系作戰(zhàn)進(jìn)行了分析，研究了體系對抗中水下無人平臺“蜂群”戰(zhàn)術(shù)體系的作戰(zhàn)能力釋放。目前由于裝備技術(shù)限制，水下通信、自主識別等技術(shù)與實際使用仍有較大差距，集群作戰(zhàn)方法策略、人工智能控制將是下一步研究的重點。