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(wú)人平臺(tái)(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(wú)人平臺(tái)。UUV作為現(xiàn)代海軍的“力量倍增器”，受到世界許多國(guó)家的重視[1-2]。但由于體積載荷受到限制，水下無(wú)人平臺(tái)與有人潛艇相比各項(xiàng)戰(zhàn)技性能均不占優(yōu)勢(shì)。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(lái)作戰(zhàn)能力的指數(shù)級(jí)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(bǔ)和相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系。隨著無(wú)人平臺(tái)、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(zhēng)中使用無(wú)人平臺(tái)成為可能，近年來(lái)美軍在多次軍事行動(dòng)中廣泛使用無(wú)人機(jī)也表明：在戰(zhàn)爭(zhēng)中投入大量無(wú)人平臺(tái)，并由無(wú)人平臺(tái)組成編隊(duì)集群完成作戰(zhàn)任務(wù)將是未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的重要發(fā)展趨勢(shì)。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(duì)水下無(wú)人平臺(tái)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(shì)感知能力，能夠完全自主和自行組織作戰(zhàn)的無(wú)人平臺(tái)組成，蜂群規(guī)?？筛哌_(dá)成千上萬(wàn)。蜂群通過自行組織、自主決策，實(shí)現(xiàn)整體的作戰(zhàn)行動(dòng)?！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(wú)人技術(shù)優(yōu)勢(shì)和系統(tǒng)族群優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人作戰(zhàn)的彈性和多樣性，在保持自身作戰(zhàn)能力的同時(shí)，向敵方施予壓力。相對(duì)于功能全面，技術(shù)復(fù)雜的有人潛艇，水下無(wú)人平臺(tái)在作戰(zhàn)時(shí)使用“蜂群”戰(zhàn)術(shù)具備以下優(yōu)勢(shì)：

1) 數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)

將原本造價(jià)高昂，性能完備的單個(gè)潛艇所具備的各項(xiàng)功能如偵查監(jiān)視、搜索跟蹤、判斷決策、打擊評(píng)估等作戰(zhàn)能力分配到大量低成本、功能單一的水下無(wú)人作戰(zhàn)平臺(tái)上，通過大量異型的個(gè)體基于任務(wù)層面的自我管理和多系統(tǒng)的自我控制實(shí)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(chǎng)的時(shí)間域和空間域內(nèi)形成數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，其倍增效益使水下無(wú)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(shì)

水下無(wú)人平臺(tái)集群具有“網(wǎng)絡(luò)化”和“自主化”的特點(diǎn)，整個(gè)集群的指揮結(jié)構(gòu)具有扁平化、多中心的特點(diǎn)，集群個(gè)體的運(yùn)行并不依賴于某個(gè)實(shí)際存在的特定節(jié)點(diǎn)。在對(duì)抗過程中，當(dāng)部分個(gè)體失去作戰(zhàn)能力時(shí)，整個(gè)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(wú)法彌補(bǔ)的風(fēng)險(xiǎn)，提高了集群的抗打擊能力。

3) 成本優(yōu)勢(shì)

“蜂群”戰(zhàn)術(shù)所依托的是大量低成本、次復(fù)雜子平臺(tái)，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(gè)多任務(wù)的復(fù)雜系統(tǒng)。在進(jìn)行作戰(zhàn)時(shí)，敵方需要應(yīng)對(duì)數(shù)量眾多的集群個(gè)體，消耗比單個(gè)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(lái)防御對(duì)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(shì)。

此外，由于具有成本優(yōu)勢(shì)且沒有人員傷亡，水下無(wú)人集群可以無(wú)需考慮裝備人員損耗而部署到高風(fēng)險(xiǎn)的前沿區(qū)域執(zhí)行危險(xiǎn)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(shì)。

4) 時(shí)敏優(yōu)勢(shì)

“蜂群”戰(zhàn)術(shù)的基本原則是大范圍分散使用低成本的無(wú)人平臺(tái)，因此，能夠?qū)崿F(xiàn)集群對(duì)作戰(zhàn)區(qū)域的廣泛覆蓋和占領(lǐng)，減少“觀察”、“定位”的耗時(shí)，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(dòng)的可靠性和持續(xù)性，也降低了原有的犧牲成本。

2 水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系

2.1 水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)

由于空間載荷限制，水下無(wú)人平臺(tái)不能像有人潛艇一樣做到功能全面，性能強(qiáng)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(chǎng)上，利用“蜂群”技術(shù)將各種數(shù)量眾多、功能不同的水下無(wú)人平臺(tái)協(xié)調(diào)使用，即可形成水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”體系。通過標(biāo)準(zhǔn)化集成化設(shè)計(jì)，水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”體系由指揮節(jié)點(diǎn)型水下無(wú)人平臺(tái)、攻擊型水下無(wú)人平臺(tái)、偵察型水下無(wú)人平臺(tái)等組成。其理論思想為依靠數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量?jī)?yōu)勢(shì)，將個(gè)體的性能劣勢(shì)轉(zhuǎn)化為集群的整體優(yōu)勢(shì)。作戰(zhàn)時(shí)由大型平臺(tái)(比如有人潛艇、水面艦艇)搭載釋放，編成戰(zhàn)斗集群，集群個(gè)體自主決策，實(shí)現(xiàn)航行控制、態(tài)勢(shì)感知、目標(biāo)分配和智能識(shí)別，集群個(gè)體間相互協(xié)同、分工配合，實(shí)現(xiàn)整體作戰(zhàn)能力以應(yīng)對(duì)復(fù)雜、強(qiáng)對(duì)抗性和高度不確定性的水下戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。

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

1) 指揮節(jié)點(diǎn)型水下無(wú)人平臺(tái)

水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”體系的指揮控制、通信中繼單元，承擔(dān)整個(gè)體系平臺(tái)與平臺(tái)間、平臺(tái)與后方指揮員間實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)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(dòng)決策。

2) 偵察型水下無(wú)人平臺(tái)

以聲探測(cè)為主，其他探測(cè)方式為輔，利用較強(qiáng)的探測(cè)能力和機(jī)動(dòng)能力對(duì)作戰(zhàn)海區(qū)實(shí)現(xiàn)大范圍偵查。

3) 攻擊型水下無(wú)人平臺(tái)

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(cè)能力，是察打一體化水下無(wú)人平臺(tái)。

在體系構(gòu)建時(shí)應(yīng)注重指揮節(jié)點(diǎn)型水下無(wú)人平臺(tái)和偵查型水下無(wú)人平臺(tái)的數(shù)量搭配，以平臺(tái)的數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)彌補(bǔ)通信能力的不足，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場(chǎng)掌控。

水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”體系指揮層次如圖1所示。

2.2 水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系運(yùn)用

作戰(zhàn)體系對(duì)抗是指雙方作戰(zhàn)體系通過壓制、摧毀對(duì)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(duì)方體系功能的作戰(zhàn)行動(dòng)[4]。由體系對(duì)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(diǎn)型水下無(wú)人平臺(tái)，○表示偵察型水下無(wú)人平臺(tái)，△表示攻擊型水下無(wú)人平臺(tái)。實(shí)線表示單元之間的信息聯(lián)系，箭頭方向?yàn)樾畔鬏敺较?。虛線表示紅藍(lán)作戰(zhàn)體系之間的對(duì)抗關(guān)系，包括探測(cè)關(guān)系和打擊關(guān)系。體系對(duì)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(shí)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(cè)可能被干擾，作戰(zhàn)體系也可主動(dòng)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(duì)目標(biāo)實(shí)施作戰(zhàn)行動(dòng)，根據(jù)John R.Boyd提出的“觀察(Observe)、定位(Orient)、決策(Decide)、行動(dòng)(Act)”(OODA)理論[5]。作戰(zhàn)環(huán)的行動(dòng)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(duì)抗單元實(shí)施打擊行動(dòng)，打擊行動(dòng)使戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)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(shí)施后續(xù)行動(dòng)[6-7]。在圖2中，單元U1、U2、U3、B3形成了一個(gè)作戰(zhàn)環(huán)，描述了水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)環(huán)對(duì)藍(lán)方的打擊行動(dòng)?！胺淙骸钡腢2探測(cè)、發(fā)現(xiàn)B3目標(biāo)后，U1進(jìn)行指揮決策，U3對(duì)B3實(shí)施打擊，U2監(jiān)視打擊過程并進(jìn)行效果評(píng)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(duì)目標(biāo)實(shí)施物理打擊的行動(dòng)，認(rèn)為沒有釋放作戰(zhàn)能力。在行動(dòng)階段，作戰(zhàn)環(huán)通過打擊、干擾、壓制等方式對(duì)目標(biāo)實(shí)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(dòng)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(dòng)的持續(xù)開展，在t時(shí)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(dòng)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?jī)?yōu)勢(shì)，各作戰(zhàn)環(huán)獨(dú)立地實(shí)施作戰(zhàn)行動(dòng)，在一定時(shí)間內(nèi)形成對(duì)目標(biāo)多批次、持續(xù)打擊的態(tài)勢(shì)，以干擾、破壞對(duì)方作戰(zhàn)環(huán)的OODA過程?！胺淙骸睉?zhàn)術(shù)每次行動(dòng)釋放的作戰(zhàn)能力p較小，雖然無(wú)法瞬間摧毀、破擊對(duì)方的作戰(zhàn)體系，但能夠連續(xù)不間斷的干擾、影響對(duì)方作戰(zhàn)體系實(shí)施行動(dòng)。即

水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系的構(gòu)建，是基于水下無(wú)人平臺(tái)空間、載荷、航程等指標(biāo)限制，為規(guī)避其性能劣勢(shì)，利用作戰(zhàn)環(huán)數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，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(duì)獨(dú)立地對(duì)藍(lán)方作戰(zhàn)體系實(shí)施持續(xù)打擊和襲擾，每次行動(dòng)釋放出作戰(zhàn)能力會(huì)增加藍(lán)方“OODA”時(shí)間，使其防御對(duì)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(dòng)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(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系對(duì)抗如圖4所示。

在圖4中，水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系包括4個(gè)作戰(zhàn)環(huán)，各作戰(zhàn)環(huán)獨(dú)立分散開展作戰(zhàn)行動(dòng)，戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)實(shí)時(shí)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(shí)施作戰(zhàn)行動(dòng)。

而在實(shí)際作戰(zhàn)過程中，隨著水下無(wú)人平臺(tái)“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(dòng)能力將降低，每個(gè)環(huán)節(jié)實(shí)施將需要更多的時(shí)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(tái)的觀察能力是固定的，隨著觀察時(shí)間的增加，觀察效果POb會(huì)逐漸增加，當(dāng)POb達(dá)到一定值OODA會(huì)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(wú)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(shí)間難以恢復(fù)，作戰(zhàn)環(huán)比較脆弱。而水下無(wú)人平臺(tái)“蜂群”作戰(zhàn)體系的OODA能力是分布式，同類型平臺(tái)數(shù)量多，即使毀傷部分平臺(tái)，各能力只是降低，仍可以通過時(shí)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(yǔ)

本文初步探討了水下無(wú)人平臺(tái)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(duì)水下無(wú)人平臺(tái)運(yùn)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(duì)抗中水下無(wú)人平臺(tái)“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(shí)別等技術(shù)與實(shí)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(diǎn)。