唐 波，孟 荻，范文濤

（中國人民解放軍92578部隊(duì)，北京 100161）

0 引言

因輻射噪聲水平存在天然差距，水面艦艇編隊(duì)在反潛過程中通常處于“敵暗我明”的明顯劣勢(shì)，更可能的作戰(zhàn)樣式是編隊(duì)遭受魚雷攻擊后實(shí)施水下防御作戰(zhàn)，后續(xù)再發(fā)射魚雷進(jìn)行反擊，編隊(duì)核心艦艇的水下安全受到嚴(yán)重威脅[1]。

水面無人艇作為一種具有一定自主能力，可在不搭載操作人員情況下自主航行并完成一定作戰(zhàn)或作業(yè)任務(wù)的水上平臺(tái)[2-3]，具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：1）無需搭乘操作人員、不受人類生理?xiàng)l件限制，能在更為惡劣或高威脅條件下代替有人裝備執(zhí)行任務(wù)，可減少人員傷亡、降低人員工作強(qiáng)度和提升任務(wù)能力；2）無需考慮載人保障，更易小型化和提升隱蔽性，使用更為靈活；3）相比有人艦艇系統(tǒng)規(guī)模較小，集成化、模塊化程度高，經(jīng)濟(jì)性好。另外，根據(jù)任務(wù)載荷的不同配置，可配合主力艦艇完成戰(zhàn)場偵察、情報(bào)收集、預(yù)警巡邏、反水雷、反潛等多種任務(wù)，在軍事領(lǐng)域運(yùn)用前景非常廣闊[4-6]。因此，水面無人艇的發(fā)展與應(yīng)用將對(duì)未來的海上作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生深遠(yuǎn)乃至革命性的影響，也是扭轉(zhuǎn)目前水面艦艇編隊(duì)反潛作戰(zhàn)被動(dòng)局面的可行途徑之一。

本文通過總結(jié)國內(nèi)外水面無人艇的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，分析其發(fā)展必要性，以水面艦艇編隊(duì)防御魚雷攻擊為典型應(yīng)用場景，開展水面無人艇作戰(zhàn)使用方法研究，并對(duì)其對(duì)抗效能進(jìn)行仿真分析評(píng)估，為提升水面艦艇編隊(duì)水下防御能力提供支撐，同時(shí)，還可牽引水面無人艇在水下信息對(duì)抗領(lǐng)域的發(fā)展與應(yīng)用。

1 國內(nèi)外水面無人艇現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

1.1 國外水面無人艇發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

隨著精確化、遠(yuǎn)程化、智能化武器的廣泛應(yīng)用，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭“零傷亡”目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，世界各軍事強(qiáng)國高度重視無人裝備發(fā)展。其中，在海軍裝備領(lǐng)域方面，美國等世界海軍強(qiáng)國正在大力發(fā)展水面無人艇裝備，相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展十分活躍。據(jù)目前掌握，美國、以色列研制的8型無人艇已交付各國軍方，使命任務(wù)包括警戒巡邏、情報(bào)偵察、反水雷、反潛等。

1）美國。

美國在2007年制定了“海軍水面無人艇主計(jì)劃”，確定了圍繞“確定”級(jí)、“港口”級(jí)、“通氣管”級(jí)、“艦隊(duì)”級(jí)等4級(jí)不同尺度的無人艇平臺(tái)（見表 1），以模塊化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)功能的發(fā)展路線。根據(jù)任務(wù)需求搭載反潛模塊時(shí)，即為反潛型無人艇，可供水面艦艇及其編隊(duì)執(zhí)行周邊海域的反潛工作，配置的反潛設(shè)備包括拖曳線列陣聲吶、吊放聲吶以及多基地舷外聲源，實(shí)現(xiàn)對(duì)潛艇的主被動(dòng)探測、多基地協(xié)同探測，一旦發(fā)現(xiàn)敵方潛艇后可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)跟蹤，并通過衛(wèi)通數(shù)據(jù)鏈引導(dǎo)水面艦艇實(shí)施攻擊。相比有人艦艇平臺(tái)具有明顯優(yōu)勢(shì)：①隱蔽性較高，艇體主體水下10 m處潛行，只有通氣管桅桿露出水面；②使用效費(fèi)比高，建造成本為潛艇的十分之一，但同樣可達(dá)到消除敵潛艇威脅的目的，可改變美軍傳統(tǒng)反潛兵力的組成，減輕己方潛艇反潛作戰(zhàn)的負(fù)擔(dān)。

表1 美國無人艇主計(jì)劃中提出的4型無人艇Table 1 Four types of unmanned vehicles proposed in American unmanned vehicle master plan

在此基礎(chǔ)上，美國正進(jìn)一步發(fā)展“反潛持續(xù)跟蹤無人艇”等可長期部署自主執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)的大型無人艇，首艇“海上獵手”已于2016年初下水，在其中后部安裝了中頻主被動(dòng)聲吶，是SQS–56艦殼聲吶的改進(jìn)版本，稱為模塊化可擴(kuò)展聲吶系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)主被動(dòng)探潛、魚雷探測與報(bào)警、小目標(biāo)探測等能力，其前部還安裝了高頻聲吶，可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行近程精確跟蹤與識(shí)別[7-8]。為進(jìn)一步提升作戰(zhàn)效能，其技術(shù)發(fā)展重點(diǎn)還逐步轉(zhuǎn)向無人艇群以及無人艇與無人機(jī)、無人航行器等多無人平臺(tái)自主協(xié)同作戰(zhàn)領(lǐng)域[9-10]。

圖1 美國無人艇主計(jì)劃中提出的4型無人艇Fig.1 Four types of unmanned vehicles proposed in American unmanned vehicle master plan

2）以色列。

以色列主要發(fā)展執(zhí)行情報(bào)偵察和戰(zhàn)場監(jiān)視、警戒巡邏、反水雷、火力打擊等任務(wù)的無人艇，用于保護(hù)港口及海上設(shè)施安全。如“保護(hù)者”型無人艇采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)任務(wù)需要將不同的武器裝備像搭積木一樣快速安裝在艇上，執(zhí)行反恐、監(jiān)視偵察、水雷戰(zhàn)和電子戰(zhàn)等多種任務(wù)；“黃貂魚”、“海星”等無人艇在開發(fā)過程中采用了諸如陀螺穩(wěn)定攝像系統(tǒng)、模塊化集成框架和任務(wù)包等已在航空裝備大量使用的成熟技術(shù)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路[11]。近期完成研制的KATAN無人艇最大航速達(dá)60 kn，可在 6級(jí)海況下安全航行，可搭載使用模塊化機(jī)槍、小型導(dǎo)彈以及電子對(duì)抗等多種任務(wù)載荷；“海鷗”無人艇可配套使用吊放聲吶、拖曳聲吶、小型魚雷等多種模塊化載荷，具備擔(dān)負(fù)反潛和反水雷任務(wù)能力。

圖2 以色列主要水面無人艇型號(hào)Fig.2 Main types of unmanned surface vehicles in Israel

3）其它國家。

歐洲等國也在積極推進(jìn)研制軍用無人艇，發(fā)展設(shè)想已體現(xiàn)出極高的技術(shù)水平和良好的前瞻性[12]。如：英國“衛(wèi)兵”無人艇，采用隱身設(shè)計(jì)和噴水推進(jìn)技術(shù)，主要用于情報(bào)偵察和港口周邊警戒巡邏；法國“檢察員”無人艇，配備探雷聲吶和一次性滅雷具，主要承擔(dān)反水雷任務(wù)。

4）發(fā)展趨勢(shì)。

綜合國外發(fā)達(dá)國家海軍水面無人艇裝備發(fā)展情況，可總結(jié)出以下3方面發(fā)展趨勢(shì)。

① 使命任務(wù)由單一任務(wù)向多種兼容發(fā)展。借鑒利用無人機(jī)等無人裝備成熟技術(shù)及商用成熟技術(shù)，在同一船型平臺(tái)基礎(chǔ)上通過搭載不同任務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)多種任務(wù)功能已基本成為行業(yè)共識(shí)。

② 功能定位由保障裝備向主戰(zhàn)裝備發(fā)展。無人艇早期主要擔(dān)負(fù)警戒巡邏、情報(bào)偵察、反水雷等輔助性任務(wù)，隨著自主能力的水平提升，其任務(wù)功能正拓展至反潛、反艦、電子對(duì)抗等作戰(zhàn)領(lǐng)域。其中，智能化自主反潛是各國反潛型無人艇努力的方向，通過對(duì)潛自動(dòng)檢測識(shí)別和自行決策跟蹤，降低對(duì)無人艇的通信需求，以擴(kuò)大編隊(duì)作戰(zhàn)范圍來提升效能，并嘗試逐步擴(kuò)展魚雷報(bào)警等水下防御功能。

③ 作戰(zhàn)使用由獨(dú)立作戰(zhàn)向體系協(xié)同發(fā)展。各國無人艇提出多類無人裝備協(xié)同發(fā)展、協(xié)同使用的長遠(yuǎn)目標(biāo)，與布放回收平臺(tái)、訓(xùn)練與后勤保障等配套裝備同步發(fā)展，并正在推動(dòng)軍事力量體系的發(fā)展變革。

1.2 國內(nèi)水面無人艇發(fā)展現(xiàn)狀

國內(nèi)水面無人艇技術(shù)研究起步相對(duì)較晚，據(jù)目前了解，國內(nèi)已在無人艇總體技術(shù)、環(huán)境感知技術(shù)、自主決策與控制技術(shù)等方面已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，部分民用無人艇產(chǎn)品在海洋環(huán)境監(jiān)測、水下地形測繪等領(lǐng)域已投入使用（見表2）。但總體而言，相比國外先進(jìn)水平還仍存在明顯差距，主要表現(xiàn)在以下幾方面：1）缺乏需求牽引，業(yè)內(nèi)單位自行發(fā)展，現(xiàn)有產(chǎn)品與應(yīng)用需求存在差距；2）未建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，產(chǎn)品種類多、差異大，無法相互兼容，難以融入現(xiàn)有體系；3）仍有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)沒有突破，總體任務(wù)集成設(shè)計(jì)水平較低，任務(wù)載荷尚未形成系列產(chǎn)品。

表2 國內(nèi)典型水面無人艇情況表Table 2 Typical domestic unmanned surface vehicles

2 水面艦艇編隊(duì)水下防御無人艇需求分析

水面艦艇編隊(duì)面臨的水下威脅主要是潛艇發(fā)射的重型魚雷，潛艇憑借其優(yōu)良的隱身和探測性能，可在中遠(yuǎn)距離下（20～30 km）發(fā)射魚雷對(duì)編隊(duì)核心艦艇實(shí)施隱蔽攻擊，導(dǎo)致編隊(duì)反潛過程中更可能的作戰(zhàn)樣式是遭受魚雷攻擊后進(jìn)行水下防御，后續(xù)再發(fā)射魚雷進(jìn)行反擊。由于潛用魚雷制導(dǎo)方式多樣，可根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢(shì)適時(shí)互相轉(zhuǎn)換，且隨著人在回路的線導(dǎo)導(dǎo)引、寬帶聲自導(dǎo)、多目標(biāo)處理、目標(biāo)尺度識(shí)別等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，魚雷的突防能力大幅提升，水面艦艇編隊(duì)的水下安全受到嚴(yán)重威脅。

為提升編隊(duì)核心艦艇遭受魚雷攻擊時(shí)的生存能力，世界各國都在加快編隊(duì)水聲對(duì)抗系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用。在該系統(tǒng)的支持下，編隊(duì)內(nèi)各艦利用自身魚雷報(bào)警聲吶進(jìn)行水下警戒，通過跨平臺(tái)數(shù)據(jù)連接，可實(shí)現(xiàn)編隊(duì)內(nèi)的信息互聯(lián)。當(dāng)編隊(duì)內(nèi)任意艦艇發(fā)現(xiàn)魚雷目標(biāo)后，進(jìn)行跟蹤、識(shí)別并自動(dòng)報(bào)警，同步將目標(biāo)信息傳遞給編隊(duì)指揮艦，在其綜合顯控上形成水下防御統(tǒng)一態(tài)勢(shì)，判斷魚雷攻擊的目標(biāo)，制定水聲對(duì)抗方案并報(bào)請(qǐng)編隊(duì)指揮員決策，將方案下發(fā)至編隊(duì)內(nèi)各艦艇執(zhí)行，通常包括噪聲干擾器、聲誘餌組合使用以及各艦機(jī)動(dòng)規(guī)避方案。

然而，水面艦艇編隊(duì)遂行作戰(zhàn)任務(wù)過程中，在進(jìn)行隊(duì)形設(shè)置時(shí)，需綜合考慮防空、反潛以及魚雷防御等多種任務(wù)需求，在無法兼顧的情況下，通常選擇盡可能擴(kuò)大整個(gè)編隊(duì)的警戒范圍。在此條件下，作為對(duì)編隊(duì)隊(duì)形要求最為緊密的魚雷防御作戰(zhàn)將可能會(huì)出現(xiàn)探測、對(duì)抗的空隙，使得編隊(duì)核心艦艇被魚雷從空隙中抵近而不自知，進(jìn)而面臨單艦自防御的嚴(yán)峻形勢(shì)。

針對(duì)水面艦艇編隊(duì)存在對(duì)來襲魚雷探測、對(duì)抗間隙的問題，可利用水面無人艇機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)、載荷配置多樣等優(yōu)勢(shì)，將配置有對(duì)抗載荷的水面無人艇布放在間隙處，在威脅情況發(fā)生時(shí)快速響應(yīng)，作為編隊(duì)補(bǔ)充手段實(shí)施水下防御，保護(hù)編隊(duì)核心艦艇安全：1）可作為編隊(duì)新增的探測平臺(tái)和信息節(jié)點(diǎn)，彌補(bǔ)編隊(duì)目前的探測間隙，有效提前編隊(duì)水聲對(duì)抗的起始時(shí)刻，可在魚雷距離核心艦艇更遠(yuǎn)距離條件下實(shí)施對(duì)抗，充分發(fā)揮層次對(duì)抗的防御效果；2）可作為編隊(duì)的快速移動(dòng)對(duì)抗節(jié)點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)魚雷目標(biāo)后，對(duì)潛艇平臺(tái)聲吶實(shí)施抵近干擾，持續(xù)阻斷其線導(dǎo)導(dǎo)引，對(duì)魚雷聲自導(dǎo)實(shí)施機(jī)動(dòng)尺度誘騙，牽制其偏離核心艦艇機(jī)動(dòng)規(guī)避方向。

對(duì)于潛用魚雷來說，通常采用線導(dǎo)導(dǎo)引低航速隱蔽抵近艦艇編隊(duì)，以降低其航行噪聲、縮短被魚雷報(bào)警聲吶發(fā)現(xiàn)的距離，待接近核心艦艇后轉(zhuǎn)為高速實(shí)施目標(biāo)跟蹤、識(shí)別與攻擊。因此，為保證魚雷低速時(shí)可達(dá)到抵近編隊(duì)的目的，采用小舷角迎擊態(tài)勢(shì)實(shí)施攻擊更為合適，且此時(shí)艦艇進(jìn)行大角度機(jī)動(dòng)轉(zhuǎn)向的耗時(shí)也相對(duì)較長。

綜上所述，水面無人艇應(yīng)布置在核心艦艇前方的左右兩側(cè)，彌補(bǔ)魚雷探測空隙，輔助編隊(duì)防御威脅程度更大、來襲概率更高的小舷角魚雷。并且，應(yīng)在護(hù)航艦艇與核心艦艇之間，在編隊(duì)內(nèi)部形成遠(yuǎn)、中、近多層防御圈，通過多次對(duì)抗來提升對(duì)魚雷的綜合防御成功概率，水面無人艇的具體布置使用方式如圖3所示。

圖3 水面無人艇輔助水面艦艇編隊(duì)防御魚雷攻擊示意圖Fig.3 Schematic diagram of unmanned surface vehicle assisting surface ship formation to defend against torpedo attack

3 水面艦艇編隊(duì)水下防御無人艇對(duì)抗效能仿真分析

基于水面無人艇水下信息對(duì)抗系統(tǒng)效能評(píng)估仿真系統(tǒng)，構(gòu)建水面無人艇輔助水面艦艇編隊(duì)防御來襲魚雷攻擊典型作戰(zhàn)場景，并開展大樣本仿真分析，通過對(duì)比有無水面無人艇條件下，水面艦艇編隊(duì)防御魚雷成功概率的提升程度來分析評(píng)估水面無人艇的對(duì)抗效能。

水面艦艇編隊(duì)初始態(tài)勢(shì)如圖4所示，護(hù)航艦艇1、2、3均勻分布在以核心艦艇為圓心，半徑為15 km的右半圓上，護(hù)航艦艇 4位于核心艦艇后5 km處，水面無人艇分布在以核心艦艇為圓心，半徑為10 km的右半圓上；來襲魚雷與核心艦艇初始距離為20 km，來襲方位采用小舷角攻擊，即核心艦艇的0～90°舷角。對(duì)于上述對(duì)抗態(tài)勢(shì)，利用效能評(píng)估仿真系統(tǒng)對(duì)有無水面無人艇條件下、不同數(shù)量水面無人艇布放在不同舷角、魚雷來襲舷角0～90°（間隔15°）時(shí)，進(jìn)行5 000次蒙特卡洛仿真，具體結(jié)果如表3所示。

圖4 水面艦艇編隊(duì)防御魚雷攻擊初始態(tài)勢(shì)圖Fig.4 Initial situation diagram of surface ship formation to defend against torpedo attack

表3 有無水面無人艇條件下、不同布放舷角水面艦艇編隊(duì)防御魚雷攻擊成功率Table 3 Success rate of surface ship formation to defend against torpedo attack with or without unmanned surface vehicle %

由表3仿真結(jié)果可知：當(dāng)編隊(duì)單舷加入的水面無人艇數(shù)量為1艘時(shí)，在45°來襲舷角附近，可顯著提升水面艦艇編隊(duì)防御魚雷成功率，平均值由66.94%提升至 88.66%；而在其它來襲舷角情況下的變化不明顯。主要原因是45°舷角附近正好是編隊(duì)探測魚雷的盲區(qū)，來襲魚雷可隱蔽穿越護(hù)航艦艇防御圈并抵近核心艦艇，整個(gè)編隊(duì)將面臨核心艦艇單艦自防御的嚴(yán)峻態(tài)勢(shì)。因此在該舷角附近布放水面無人艇，可有效彌補(bǔ)編隊(duì)探測盲區(qū)，提前防御實(shí)施起點(diǎn)，并對(duì)來襲魚雷實(shí)施誘騙，牽制其跟蹤，進(jìn)而顯著提升防御成功率。而在其他舷角上，因護(hù)航艦艇可自行探測到來襲魚雷并由編隊(duì)統(tǒng)一決策、實(shí)施對(duì)抗，水面無人艇的作用體現(xiàn)不明顯。

當(dāng)編隊(duì)單舷加入的水面無人艇數(shù)量增加至 2艘時(shí)，可進(jìn)一步提升水面艦艇編隊(duì)在15°、30°等小舷角魚雷來襲情況下的防御成功率，平均值由44.12%～42.39%提升至83.26%～89.38%，主要原因是該態(tài)勢(shì)下編隊(duì)核心艦艇需進(jìn)行轉(zhuǎn)向機(jī)動(dòng)規(guī)避的角度大、耗時(shí)長，單艘無人艇攜帶聲學(xué)誘騙載荷對(duì)魚雷的牽制時(shí)間不足以讓核心艦艇逃出魚雷的自導(dǎo)作用距離。因此，在 45°舷角配置 1艘無人艇保證彌補(bǔ)編隊(duì)探測盲區(qū)的基礎(chǔ)上，通過增加無人艇的配置數(shù)量，對(duì)來襲魚雷實(shí)施接力誘騙，可進(jìn)一步拉大魚雷與核心艦艇之間的距離，從而提升成功概率。

4 結(jié)束語

考慮到水面無人艇相比有人艦艇平臺(tái)展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在水面艦艇編隊(duì)水下防御等軍事領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文結(jié)合國內(nèi)外水面無人艇的發(fā)展情況，開展無人艇輔助水面艦艇編隊(duì)防御魚雷攻擊的作戰(zhàn)使用方法研究，并進(jìn)行了對(duì)抗效能仿真評(píng)估，可有效牽引水面無人艇在水下信息對(duì)抗領(lǐng)域的發(fā)展。并且，隨著輕型拖曳式魚雷報(bào)警聲吶、爆炸式聲學(xué)干擾、機(jī)動(dòng)式尺度誘騙、人工智能等新技術(shù)的快速發(fā)展，將為后續(xù)編隊(duì)水下防御無人艇的工程化研制提供技術(shù)支撐。