大型无人潜航器研究现状及作战应用分析_刘彦伯.pdf

舰 船 电 子 工 程2022 年第 11 期1引言无人潜航器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）是一种可长期潜入水下，依靠自带能源、自推进、遥控或自主控制，通过配置任务载荷执行作战或作业任务，能回收和反复使用的海上无人潜航器1。随着 UUV在 20世纪 90年代后相关技术相对成熟，其在军事领域的重要价值逐渐凸显。根据美国海军提交国会的报告显示2，大型无人潜航器直径大于914mm，排水量可达9t；超大型UUV直径大于 2.134m，需要在码头布放。相对于轻型及便携性UUV，大型UUV载荷携带能力突出，自持力强，还可作为潜艇的任务搭载模块，具有诸多优势，是未来新概念水下战的核心节点。2大型UUV的主要特点2.1自持能力强UUV自持力主要指的是UUV出航后在不补给的情况下能维持的最多天数，当前各国主要采用银锌电池、锂离子电池、燃料电池和半燃料电池等为其主要动力源34。银锌电池作为传统电池，性能较落后且维护费用较高，限制了其进一步发展。相比传统电池，锂电池的电性能更好，但无法满足总第 341 期2022 年第 11 期舰 船 电 子 工 程Ship Electronic EngineeringVol.42 No.11收稿日期：2022年5月8日，修回日期：2022年6月20日作者简介：刘彦伯，男，硕士研究生，研究方向：潜艇攻防战术。刘志浩，男，博士，讲师，研究方向：水下无人系统运用。大型无人潜航器研究现状及作战应用分析刘彦伯刘志浩（海军潜艇学院青岛266199）摘要当前，无人潜航器（UUV）作为未来水下作战的重要一环，已成为世界各国海军争相研究的对象，并纷纷致力于大型UUV的研发。通过大量文献分析，针对大型UUV目前的技术水平和任务需求，首先从自持力、设计模式、作战能力等方面归纳出大型UUV的特点；其次介绍了“虎鲸”“大键琴”“波塞冬”等三型主要大型UUV的基本性能和主要领用领域；之后对大型UUV可以担负的作战任务进行分析；最后对大型UUV的未来趋势进行展望，以对日后装备发展提供参考思路。关键词无人潜航器；水下无人作战；应用分析中图分类号E273.2DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2022.11.001Research Status and Combat Application Analysis of LargeDisplacement UUVLIU YanboLIU Zhihao（Naval Submarine Academy，Qingdao266199）AbstractAt present，as an important part of future underwater operations，UUV has become the object of research by naviesaround the world，and has been committed to the research and development of large displacement UUV.Though a large number of literature analysis，in view of the current technical level and mission requirements of large displacement UUV，the characteristics oflarge displacement UUV are firstly summarized from the aspects of self-supportability，design mode，and combat capability.Secondly，the basic performance and main application areas of the three main types of large UUV such as Orca，Harpsichord，Poseidon areintroduced.The combat tasks that can be undertaken by large displacement UUV are analyzed.Finally，the future trend of largeUUV is prospected to provide reference ideas for future development.Key Wordsunmanned underwater vehicle，underwater unmanned combat，applied analysisClass NumberE273.21总第341期UUV 的长远需求。随着 UUV 在军事领域快速发展，对续航能力提出了更大的要求，美国海军在其无人航行器主计划 中建议大型UUV使用技术发展较为成熟、成本较低的高密度燃料电池或混合动力系统。燃料电池以及半燃料电池具有比能量高、功率范围广、转换效率高、低噪声、无污染等优势受到高度关注。德国的Deep C，美国的曼塔、海马，日本的Urashima等均使用燃料电池作为其动力源，美国海军研究局研制的大排量无人潜航器创新型原理样机（LDUUV-INP），采用燃料电池动力系统，最高续航可达30天。波音公司研发，使用油电混合动力系统的“回声旅行者”（Echo Voyager）可携带约3800L燃油，续航时间超过6个月5。2.2多采用模块化设计大型UUV大多采用标准的模块化设计，可根据不同任务加装不同的任务模块，使其具有可拓展性、低成本、维修保养简单的特点，以遂行多样化任务5。美国防高级研究计划局（DARPA）早在2013 年便正式发布旨在开发一种可在战场隐蔽运输并部署小型无人机、小型 UUV 的大型 UUV项目招标公告，该项目被称为“水螅计划”。“水螅”基地型UUV通过开放式标准模块化技术，可使母艇通过模块化载荷舱段组合快速具备情报、监视和侦察（Intelligence Surveillance and Reconaissance，ISR）、反水雷（Mine Counter Measures，MCM）等能力。2.3作战能力先进通信能力方面，由于电磁波在水中传播时将会造成严重衰减，水声通信由于隐蔽性要求和实际效果较差，几乎不用。这使得潜艇跨域通信和指控十分困难。为解决这一问题，美军曾在2016年8月的“先进海上技术演习”（ANTX）中试验由潜艇布放大型 UUV“蓝鳍金枪鱼-21”（Bluefin-21），再由大型UUV布放2艘小型UUV和1架无人机，通过无人机和小型 UUV 作为通信中继，成功验证无人潜航器的通信节点功能和大型UUV布放小型UUV的能力6。装载能力方面，相对于小型UUV，大型UUV强大的装载能力使得其可携带大量武器。处于时敏打击模式的“曼塔”（Manta）UUV可装载数枚重型鱼雷、导弹和水雷作为武器。同时大型UUV可以储存和携带各种物资和装备，为任务部队提供后勤保障，例如美国海德罗伊公司开发的LDUUV携带有一个大型有效载荷舱，可用于布放传感器、通信浮标、小型UUV和武器等7。3大型UUV发展现状3.1“虎鲸”（Orca）无人潜航器“虎鲸”无人潜航器作为美国海军无人系统装备体系建设的重要部分，是美国海军因应联合紧急作战需求（JEON）而开发的一种超大排水量长航程自主平台。“虎鲸”由美国波音公司“回音旅行者”（Echo Voyager）改进而来，增加了 12.1m 的中段。根据美海军发布的 2025年无人潜航器需求，布雷是“虎鲸”的首要任务，之后再进一步发展反水雷、反潜、反舰、电子战等相关任务能力。其正常排水量45.36t，最大工作深度3000m，最高航速8.0kn，最大航程可达12000km。采用模块化设计，从艏至艉可分为控制、有效载荷、平台、动力和推进五个模块，其核心运载器具备制导控制、导航、自主行动、态势感知、核心通信、动力分配、能源和动力、推进和机动以及任务传感器等功能。在尾部布置柴油机发电机组、蓄电池舱等能源、动力系统，并带有折倒式通气管和通信桅杆、X操纵面和泵喷推进器8。3.2“大键琴”（Harpsichord）无人潜航器“大键琴”无人潜航器可由水面舰艇或潜艇搭载。第一代的“大键琴-1R”在21世纪初由弗拉迪沃斯拓克的俄罗斯科学院远东分院海洋技术研究所研制，长度 5.8m，壳体直径 900mm，重 2.5t，实测下潜深度可达6083m，航速约3kn，作业时由运载舰船上的遥控台控制。第二代的“大键琴-2R-PM”专供海军特种部队使用，由“红宝石”海上装备中央设计局设计。壳体直径约1m，重量约3.7t，可由经过现代化改装的949M型核潜艇以及BS-64“莫斯科郊外”号和K-329“别尔哥德罗”号特种核潜艇搭载9。“大键琴”系列无人潜航器可进行海底探测、摄像，并向地面接收站传送高分辨率图像。俄罗斯曾多次将其用于北极地理考察，测定北极大陆架的高纬度边界。还可为石油和天然气公司提供地质勘探服务，或用于监视海底管道和通信线路的状态10。3.3“波塞冬”（Poseidon）无人潜航器“波塞冬”核动力无人潜航器与世界其他国家研发的无人潜航器相比，具有深度大、航程远、速度快、核常兼备的优势。该无人潜航器由红宝石中央海洋技术设计局和圣彼得堡孔雀石海洋机械制造设计局联合研制。核动力使其巡航距离超过10000km，最高巡航速度超过 60kn，最大潜深为1000m，既可搭载常规战斗部，也可搭载核战斗部，刘彦伯等：大型无人潜航器研究现状及作战应用分析2舰 船 电 子 工 程2022 年第 11 期可对航母编队、基地等多种目标实施打击1113。“波塞冬”的研制已纳入俄罗斯 2018-2027年俄联邦国家武器装备纲要 内，计划2027年-2030年间服役，首批装备数量为32艘。4大型UUV主要作战任务4.1时敏打击任务大型UUV携带弹药量大，可对目标实施时敏打击14。时敏打击是指在极短时间内完成从探测目标到打击目标的一系列过程，将弹药投向目标。大型无人潜航器可携带武器或装备武器发射舱，在敌方未察觉的情况下隐蔽接近，因此能以更快的反应时间消灭目标。可对航道、港口和基地的敌方水面舰艇、潜艇、辅助船等时敏目标进行监视、跟踪和攻击15。4.2负载投送任务由于水下运输物资可避免倍空天侦察设备探测，且不受海况和气候影响，大型无人潜航器可携带储存装备、燃料弹药以及耗材，为特种作战部队和时敏打击任务提供后勤支援保障16。也可为执行其它任务而携带传感器、部署或预置水雷武器等，将其运送至预定水域并布放，可对敌近岸海域的航道、港口和基地实施攻势布雷17。4.3情报、侦察和监视任务由有人兵力投放或从己方海域自行隐蔽抵近敌方海岸或重要目标附近，进行长期潜伏，收集重要的水声、电磁和光电情报数据，可大大增强己方的情报、侦察和监视能力。通过各型声纳、水下电视等可对敌方航道、港口和基地附近的水下防潜网、水声基阵等目标实施侦察；通过配置水声测量装置功能模块，可测量并收集敌方目标的辐射噪声、主动声纳信号以及海洋环境噪声数据18。美海军水下战中心开发的“曼塔”（Manta）巨型 UUV可携带热成像仪、雷达侦听接收机以及能够以11Gb/s的速度处理数据的无线以太网链路，并且还在其前端部署了“雷摩斯”（Remus）无人潜航器实现远程环境监测。4.4模拟潜艇任务模拟潜艇可作为信息战的一种方式，以达到欺骗、威慑、瓦解敌人的目的。当前出至敌方附近危险海域，可使用潜艇噪声模拟、回声模拟和磁场模拟等任务模块，以充当潜艇诱饵或对敌方兵力和兵器实施信息干扰。也可作为反潜战训练靶（Modular，Adaptive，Stimulator for Training&Test，MASTT），通过模拟各类潜艇目标性能参数，用于反潜作战训练以及潜艇传感器和指挥系统校准。具有设计时间短、费效比高、维护成本低的特点1819。5大型UUV未来发展趋势5.1向着巨大化方向发展更大体积和重量的大型U