王 強

（中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

美國海軍于2004年發(fā)布了新的《無人潛航器主計劃》，要求無人潛航器（unmanned underwater vehicle，UUV）能夠執(zhí)行9項基本任務，即情報、監(jiān)視和偵察、反水雷、反潛戰(zhàn)、探察/識別、海洋調查、通信/導航網絡節(jié)點、有效負載運送、信息作戰(zhàn)、時敏打擊[1]。經過十多年的發(fā)展，UUV各項關鍵技術得到突破，其中能量密度提高7倍、導航精度提高100倍、水聲通信數據率提高30倍、通信距離提高2倍、聲信號特征降低75%、電磁特征縮小 10倍，UUV能力的大幅提升意味著其將肩負更多使命[2]。美國海軍研究辦公室（office of naval research，ONR）于2016年1月首次測試大型無人潛航器（large displacement unmanned underwater vehicle，LDUUV），要求其在自持力、載荷量、多功能和自主性上均有跨越式提升[3]。2017年9月，美國著名智庫發(fā)布《恢復美國海權》報告，要求海軍未來裝備LDUUV，其要具備執(zhí)行察打一體和集群戰(zhàn)核心節(jié)點 2項關鍵使命任務的能力。2019年6月，美國國會研究處（congressional research service，CRS）發(fā)布《海軍大型水面無人艇和水下無人潛航器背景和相關問題》報告，報告指出，美海軍希望在2020財年及之后，研發(fā)和采購超大型無人潛航器（extra large displacement unmanned underwater vehicle，XLUUV），旨在響應美國太平洋司令部的聯合緊急行動需求（joint emergent operational need，JEON）。2018年3月，俄羅斯在國情咨文中首次披露“波塞冬”無人潛航器，為世界首款具備戰(zhàn)略核打擊能力的水下無人平臺，旨在占據美國反導系統(tǒng)無法觸及的“空白”作戰(zhàn)空間。

LDUUV載荷攜帶能力突出，排水量一般不小于 5 t，自持能力超強，能夠靈活配置傳感器和任務模塊，自主化程度高，具備載荷投送、情報搜集、水雷對抗、水聲誘騙、警戒監(jiān)視、反潛跟蹤、保障支援、智能打擊等先進作戰(zhàn)能力。其使用模式多樣化，不僅可獨立運作，還可作為潛艇的任務搭載模塊，是未來新概念水下戰(zhàn)的核心節(jié)點。LDUUV發(fā)展迅速，成果豐碩，美、俄等國均已進入實質性的采辦階段[4-6]。

1 國外LDUUV發(fā)展現狀

1.1 美國

1.1.1 “海馬”（Sea Horse）

“海馬”UUV是美國國防高級研究設計局于1997年基于核潛艇攜帶與使用為主導研制，主要用于軍事海底測繪，旨在執(zhí)行情報／監(jiān)視／偵察（ISR）任務，可由潛艇彈道導彈發(fā)射管投放，是美軍LDUUV的早期雛形，美國海軍總共訂購3艘?！昂ｑR”長度為8.69 m，直徑為0.97 m，任務距離1 000 km，最大工作潛深300 m，有效載荷280 kg，排水量4.5 t。

1.1.2 “黑魚”（Black Fish）

“黑魚”基于“海馬”重新研發(fā)，技術參數也與其類似，使命任務主要包括2個方面，首先為情報、監(jiān)視與偵察，其次為擴展作戰(zhàn)空間。“黑魚”基于模塊化的開放式架構可允許美海軍根據任務需要配置任務組件。美海軍核潛艇可攜載“黑魚”來拓展其作戰(zhàn)范圍，在“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇的設計方案中，就為其預留了接口，使得水下有人-無人協同作戰(zhàn)成為可能[7]。

1.1.3 “大直徑創(chuàng)新原理樣機”（LDUUV-INP）

“大直徑創(chuàng)新原理樣機”由美國海軍研究局研制，直徑約1.5 m（截面為正方型），采用新型燃料電池使得續(xù)航能力從30 d大幅提升至70 d，能夠模塊化集成反水雷UUV、反潛跟蹤UUV和攻擊載荷。“大直徑創(chuàng)新原理樣機”有3種使用模式，即潛載模式、艦載模式、自主模式。在潛載模式下，“大直徑創(chuàng)新原理樣機”可由“俄亥俄”級潛艇垂發(fā)單元、加裝干式遮蔽艙或“弗吉尼亞”級潛艇艇艏發(fā)射管發(fā)射；在艦載模式下，“大直徑創(chuàng)新原理樣機”可由瀕海戰(zhàn)斗艦（LCS）或登陸艦船塢進行布放?！按笾睆絼?chuàng)新原理樣機”作為美國海軍研究局的創(chuàng)新項目，要完成多項關鍵技術驗證，包括水下充電站、新型燃料電池、復雜海域自主避碰，以及水下數據傳輸網絡等。2016年，“大直徑創(chuàng)新原理樣機”通過了2 037.2 km長航時試驗，驗證了平臺集成有效載荷在水下持久作業(yè)的可行性。美國海軍研究局計劃于2019年進行“大直徑創(chuàng)新原理樣機”的最終測試，并于2020年交付首批“大直徑創(chuàng)新原理樣機”至美海軍無人系統(tǒng)中隊。

1.1.4 “海神”（Proteus）

“海神”由美國亨廷頓·英格爾斯工業(yè)集團、巴特爾公司及藍鰭機器人公司聯合研制，是世界首款有人/無人通用型雙模LDUUV，長7.823 m，寬1.613 m，高1.626 m，潛航器空載重量3.74 t，有效載荷重量1.63 t，最大潛深46 m，具備249 kg的可變壓載能力，續(xù)航力50 h，最大航速可達10 kn，兩側可攜帶圓筒狀載荷容器，單側最大攜載能力可達750 kg，滿載情況下最大續(xù)航力可達1 296.4 km，電池能源可根據任務需求在148～296 kWh之間擴展?！昂Ｉ瘛辈捎昧颂胤N作戰(zhàn)蛙人運載器（SDV）相關技術，在有人模式下，能夠同時支持6名蛙人持續(xù)維生8 h。

“海神”可執(zhí)行多種任務：從預定水域巡邏到隱蔽跟蹤敵方核潛艇；配置貨艙可搭載180 kg載荷，包括各種傳感器、通信設備、爆炸裝置等；投送海豹突擊隊員；攜帶 MK67水下機動水雷或MK54魚雷實施打擊任務，因此“海神”有望成為未來水下的“捕食者無人機”。

2017年 8月 17日，“海神”在美國海軍水面作戰(zhàn)中心（巴拿馬城分部）舉行的“2017年高級海軍技術演習”期間，成功完成了對抗性戰(zhàn)斗空間的無人任務測試。

圖1 “海神”樣機及攜帶載荷Fig.1 Proteus prototype and its loads

1.1.5 “魔鬼魚”（Manta）

美國海軍水下戰(zhàn)中心于1996年首次提出“魔鬼魚”概念航行器，于 2002年完成樣機研制[8]。Manta采用共形凹槽的形式列裝弗吉尼亞級核潛艇。“魔鬼魚”計劃包含2種型號。第1種名“Proud conformal”，長15 m，裝備2臺主發(fā)動機，4臺輔舵裝置，以及其他控制和動力裝備，有效載荷將達到 8 t。主要組成部分包括：水聲、無線電及光電偵察設備；6～8枚小型魚雷、2枚輕型魚雷及2枚重型魚雷；用于發(fā)射155 mm無控導彈的8導軌裝置。第 2種為“Integrated conformal”，設計長度25 m，排水量90 t，有效載荷14 t。“魔鬼魚”演示樣機MTV（Manta Test Vehicle）呈扁平型，殼體為鋁制，重7.5 t，長11 m，最大續(xù)航時間13 h，最大航速10 kn，耐壓殼體由3段533 mm圓柱形殼體構成。有效載荷位于艏部，艉部承載蓄電池組、控制裝置、直流電動機和泵式推進器。導航系統(tǒng)包括慣性導航系統(tǒng)、多普勒聲吶和NAVSTAR系統(tǒng)。MTV的水平鰭頂端可掛載Remus100型AUV。

圖2 “魔鬼魚”布放入水Fig.2 Manta is deployed into water

1.1.6 “回聲旅行者”（Echo Voyager）

波音公司的“回聲旅行者”XLUUV長15.5 m，截面為邊長2.59 m的正方形，重50 t，潛深3 300 m，最高航速8 kn，可加載1個長10.36 m的模塊負載艙，額外提供約56.63 m3的內部負載空間[9]?！盎芈暵眯姓摺庇?017年完成海試，重點考核了其通信系統(tǒng)、自主控制系統(tǒng)、推進系統(tǒng)，以及系統(tǒng)集成性能。

“回聲旅行者”裝有1個可折疊桅桿，上面集成了自動識別海上船只的自適應信息系統(tǒng)及 1根通氣管，具有衛(wèi)星通信和軍用衛(wèi)星通信的能力。當航行體浸沒水下時，桅桿放倒與外殼共形；當航行體浮至水面時，桅桿升至4.8 m，并有約2.4 m露出水面。該桅桿還作為柴油發(fā)電機提供新鮮空氣的通氣管，可為航行器電池進行充電，當電池充電、數據下載完成后，桅桿可收回。

“回聲旅行者”采用鋰電池供電，水下可航行2～3 d，無需上浮水面充電，航程約為277.8 km。當采用單燃料模式時，“回聲旅行者”航程可達12 038 km，如果改裝其有效載荷空間作為燃料儲罐，續(xù)航力可翻倍，水下運行時長可達90～180 d。此外，“回聲旅行者”還可實現水下錨泊值守，保持靜默狀態(tài)。

圖3 “回聲旅行者”樣機展示效果Fig.3 Demonstration of Echo Voyager prototype

1.1.7 “虎鯨”（Orca）

2017年，美國海軍與洛克希德馬丁公司簽署“虎鯨”XLUUV的設計階段合同。“虎鯨”以“回聲旅行者”為原型升級研制，是一種裝備可靈活配置有效載荷艙的多用途水下無人潛航器。它可執(zhí)行布雷任務，可利用電磁輻射天線偵察敵方艦隊或海岸線情報，同時它還能與潛艇協同，充當前置誘餌，讓潛艇實施伏擊。

“虎鯨”長24 m，直徑為2.5 m，重量約63 t，航速最大10 kn。當采用化學能電池時，“虎鯨”能夠以7.5 kn航速航行926 km。當采用柴電混合動力時，“虎鯨”的累積航程最大可達11 112 km。“虎鯨”無人潛航器的特色在于它配置了1個重構負載艙，可額外提供約9.1 m3的載荷空間，能夠容納包括2條“馬林”UUV、60枚反艦導彈、16枚魚雷、多單元水聽器陣列、錨泊坐底裝置、反水雷任務包或通信網關裝置等多型任務模塊。

1.1.8 “割喉者”（LSV 2 Cutthroat）

“割喉者”是由美國海軍海上系統(tǒng)司令部1997年授權Newport News造船廠和通用動力電船部聯合設計和建造，于 2001年交付給潛艇聲學研究所。

“割喉者”按“弗吉尼亞”級核潛艇1∶4縮比制造，長 33.8 m，寬 10 m，高 10 m，直徑 3.5 m，輕載排水量185.5 t，滿載排水量205 t，裝有 1 524塊電池，配置2 200 kW的永磁電機。“割喉者”可攜帶多型測試設備，例如它的聲學錄入通道達到1 536個，是傳統(tǒng)聲學研究模型的2倍，能夠精準地測試潛艇的各方面性能。此外，“割喉者”擁有良好的靜音性能和機動性能，有利于模擬真實的潛艇。

圖4 “割喉者”車間吊裝轉運Fig.4 LSV 2 Cutthroat is hoisted and transported in workshop

美軍通過對“割喉者”開展測試，為“弗吉尼亞”級潛艇的設計積累了大量寶貴經驗。

1.1.9 “反潛訓練靶”（MASTT）

“反潛訓練靶”長24 m，直徑2.5 m，重63 t，載荷搭載能力為10 t，最大航速10 kn[10]。MASTT采用拔插式模塊化結構，便于快速擴展載荷，研制周期短，維護成本低，其尺度和噪聲特性能夠逼真模擬各類潛艇。

圖5 “反潛訓練靶”原理樣機Fig.5 MASTT principle prototype

1.2 俄羅斯

1.2.1 “替身”（Replacer）

俄羅斯紅寶石設計局于2017年研制了“替身”XLUUV，其排水量60 t，長度約17 m，5 kn航速下續(xù)航力為 960 km，最大航速 24 kn，最大潛深600 m。“替身”可在水下持續(xù)機動潛航15～16 h，能夠逼真地模擬潛艇的機動行為。此外，還可在艉段配置拖曳線列陣聲吶，用于測試新型被動聲吶的性能。

圖6 “替身”誘騙作戰(zhàn)示意圖Fig.6 Schematic diagram of decoy operation by Replacer

1.2.2 “大琴鍵”（Klavesin）

“大琴鍵”-1R由俄羅斯科學院遠東分院海洋技術項目研究所研制和生產，配有自動化控制系統(tǒng)可從外部控制臺通過水聲通信頻道接收命令。重2.5 t，直徑約0.9 m，長約5.8 m，安裝有4部電動螺旋槳，最大航速2.9 kn，最大潛深6 083 m、續(xù)航力 300 km?？稍诘皖l和高頻模式下作業(yè)，配有數字視頻攝像機、電磁探測器、聲學分析器、溫度傳感器和海水導電性傳感器。該潛航器于2007年在日本海和北極開始試驗，曾潛入千島-堪察加海溝，參與搜索鄂霍茨克海的放射源。2008年順利通過國家試驗，交付海軍，之后在韃靼海峽和彼得大帝灣完成各類任務。

2018年5月，俄羅斯最新的“大琴鍵”-2R UUV開始在克里米亞的海域進行海試?！按笄冁I”-2R長7 m，直徑約1 m，重量接近4 t，航程達50 km，下潛深度可達6 000 m?！按笄冁I”-2是一種能夠為海軍執(zhí)行多項任務的多用途潛航器，由949AM改進型核潛艇“貝爾戈羅德”號或改裝成特種用途核潛艇的“莫斯科郊外”號掛載運送到作戰(zhàn)區(qū)域然后分離，主要用于海床監(jiān)測、沉物搜索和采集以及水下救援任務。

1.2.3 “波塞冬”（Kanyon）

2018年 3月，俄總統(tǒng)普京在發(fā)表國情咨文時首次提到了“波塞冬”核動力無人潛航器?！安ㄈ庇蓱?zhàn)斗部、核動力系統(tǒng)、推進器、電子設備等艙段組成，直徑約1.6 m，長約24 m，載重量不小于1.5 t，航速超過60 kn，最大潛深1 000 m，最大航程可達18 520 km以上，采用泵噴推進、大幅度擺舵以及艇艏3D聲吶等多項先進技術，可配備常規(guī)彈藥或核彈藥，能夠摧毀敵方基礎設施以及航空母艦群?！安ㄈ钡膽?zhàn)略意義在于將有可能挫敗美國在全球導彈防御系統(tǒng)的所有努力。“波塞冬”被列入俄羅斯2018-2027年國家武器計劃，第1艘預計將在21世紀20年代末交付給俄羅斯海軍。

1.3 其他

英國國防部為了探索《海洋自主系統(tǒng)》項目，即發(fā)展與有人裝備尺度和能力相當的全自主水下無人系統(tǒng)，也于2019年6月發(fā)布了LDUUV招標書，此次招標要求驗證XLUUV可獨立運行至少3個月，航程超過 5 556 km，搭載、投送體積大于2 m3，重量大于2 t的載荷，提供廣域情報搜集、反潛作戰(zhàn)支持等多項關鍵能力。

2 LDUUV關鍵技術分析

1）模塊化總體技術。

LDUUV攜帶的載荷種類多，數量大，需具備更具開放性和普適性的模塊化構架，逐步虛化裝備的功能與形態(tài)邊界，因此系統(tǒng)不僅具有現有模塊化構架組織的優(yōu)點，還應具備良好的功能及形態(tài)擴展條件，即更好地包容硬件組件包或軟件功能包，保證系統(tǒng)功能容量的靈活增刪。硬件組件包擴展標準與規(guī)范包括功能載荷的接入位置全局規(guī)劃，標準接插、水密或夾持裝置設計，以及電氣和通信接口標準。軟件功能包擴展應借鑒任務解算虛擬容器與軟件即插即用型刀片資源思想，支持熱拔插，隨時根據任務需求進行便捷的擴展升級。

2）先進能源技術。

LDUUV的最大特點即航程遠，值守作業(yè)時間長，這對系統(tǒng)能源設計提出了更高的要求，將新型鋰電池、斯特林AIP、燃料電池AIP以及核動力等能源技術應用于LDUUV，是最具前景的發(fā)展方向。此外，LDUUV對有效載荷的充電補給技術，也應受到重視，諸如有線充電、非接觸感應式充電等技術方向。

3）生命維持技術。

從 LDUUV的發(fā)展趨勢來看，有人/無人雙模和特戰(zhàn)隊員輸送將是它的重大應用方向，因此針對作戰(zhàn)人員的運載艙和生命維持系統(tǒng)研發(fā)顯得尤為重要，其中運載艙分為干式和濕式2類，生命維持系統(tǒng)包括呼吸系統(tǒng)、減壓艙、生命參數監(jiān)測裝置以及醫(yī)療設備等。

4）水下適應性技術。

水下環(huán)境是個極其復雜的腐蝕環(huán)境，其中溶解氧含量是水下環(huán)境中金屬及合金材料腐蝕的最主要因素。在較高壓力下，氯離子活性增加，更容易滲透入金屬材料的鈍化膜，從而形成點腐蝕誘發(fā)源，密封平臺受到腐蝕會出現進水造成系統(tǒng)失效。此外，海洋生物附著也會對潛航器產生嚴重的危害。由于 LDUUV常駐水下的特點，應采用金屬鈍化處理、防腐涂覆層、犧牲陽極等多種水下適應性技術，以增強系統(tǒng)水下長時作業(yè)的可靠性。

5）自主控制與決策技術。

LDUUV需要自主協調更多的載荷實施集群作業(yè)，因此對自主性有著更高的要求。自主技術能夠降低LDUUV對指控人員和通信寬帶的需求，同時擴展任務范圍。例如，在海上安全、反潛戰(zhàn)和反水雷戰(zhàn)等領域，需要 LDUUV長期、獨立地運行，并執(zhí)行長距離航行、探測、評估、危險規(guī)避和信息收集等任務。此外，通過自主技術，LDUUV可與子載荷協同作業(yè)，符合未來水下集群對抗的軍事需求。

3 LDUUV的軍事用途

LDUUV裝備典型的軍事應用主要是基于其超長的續(xù)航力和自持力、極強的載荷搭載能力以及先進的智能控制能力和自主能力，可分為以下幾類。

1）水雷對抗。

LDUUV可以執(zhí)行自主遠距隱蔽布雷任務，使攻勢布雷更加可控、隱蔽。LDUUV布雷作戰(zhàn)的優(yōu)勢還體現在可以方便開啟或關閉雷區(qū)，或改變雷區(qū)范圍，也可以攜帶一定數量的水雷在敵方重要海域巡航，并根據作戰(zhàn)態(tài)勢隨時生成雷陣。

在反水雷方面，LDUUV可作為有人平臺的重要延伸，即提前航渡到目標水域實施水雷目標探測，將感知數據回傳有人平臺，并根據指揮人員的評估結果接收水雷目標處置指令。LDUUV還可作為反水雷的母艇，攜帶探測型UUV或處置型UUV快速突破水雷屏障，確保艦隊從海上安全進入戰(zhàn)區(qū)，大大降低了反水雷的戰(zhàn)損風險，同時縮短了艦隊的行進時間。

2）情報、監(jiān)視與偵察。

做好戰(zhàn)場空間情報準備、提高戰(zhàn)場環(huán)境感知能力是實現全域作戰(zhàn)的基礎能力。LDUUV的水下自持力長，1次任務的時間可達數月，攜帶探測傳感器種類繁多，可展開構建分布式、網絡化、廣域和跨域的情報、監(jiān)視與偵察水下傳感器網絡，故而能夠形成隱蔽而持久的軍事存在。LDUUV的具體任務包括海洋環(huán)境觀測、聲紋情報搜集、水面/水下目標監(jiān)視、海底地形探查等。

3）反潛戰(zhàn)。

反潛戰(zhàn)當下主流是聯合體制,即偵察衛(wèi)星、水聲監(jiān)視網絡、攻擊型潛艇、水面艦船和海上巡邏飛機共享信息，各司其職，從發(fā)現跟蹤潛艇，整個反潛流程無縫銜接。由于 LDUUV潛深大，載荷多，航程遠，因此可根據其性能特點衍生出更多的反潛戰(zhàn)法，提升反潛作戰(zhàn)的效費比。例如，LDUUV可潛行到敵軍港口潛伏，于源頭發(fā)現敵潛艇出港并持續(xù)跟蹤；可在敵潛艇可能出沒的海域實施隱蔽巡航或潛伏監(jiān)視，作為先期預警的有效手段。

4）特種作戰(zhàn)。

LDUUV航速高、續(xù)航時間長、噪聲較低，同時還能夠模塊化換裝載人艙，配置生命維持系統(tǒng)，護送特戰(zhàn)人員突襲抵近敵方要害區(qū)域，執(zhí)行特種任務，例如水下偵察、切割、爆破、埋設傳感器等對隱蔽性要求較高的特殊任務。LDUUV還可作為物資裝備的投送平臺，攜帶武器裝備或補給物資潛航到任務區(qū)域，然后自主開艙分離物資載荷，是一種安全高效的戰(zhàn)場保障手段。

5）誘餌信息戰(zhàn)。

LDUUV可搭載潛艇噪聲模擬器、回聲模擬器和磁場模擬裝置等，構成復合的潛艇模擬裝置，滿足信息對抗戰(zhàn)對遠程、長時間、多物理場模擬、區(qū)域誘騙和偽裝的要求。LDUUV在近?；蜻h海海域，模擬我方潛艇作戰(zhàn)行動，掩護我潛艇突破島鏈或實施其他作戰(zhàn)行動，也可協同使用，組織大規(guī)模水下軍團佯動，迷惑敵方航母和潛艇，進行虛虛實實的戰(zhàn)術動作，同樣可以起到保護我方潛艇的目的。

6）水下攻擊作戰(zhàn)。

LDUUV憑借攜載量多、潛深大的特點，可攜帶魚雷、導彈或深彈等武器從水下對敵目標進行攻擊，以深水部署實現占位優(yōu)勢，以深制淺、以深制面甚至以深制空提升殺傷效能，攻擊過程隱蔽且突然，敵方兵力很難作出反應。例如在面對敵方航母戰(zhàn)斗群時，LDUUV可利用自身良好的靜音性能，深水潛航，逐步逼近敵航母艦隊外、中、內防御圈，占據有利的反射陣位，利用魚雷或導彈等戰(zhàn)斗載荷，響應迅速，能夠出其不意對目標進行有效打擊。

4 結束語

LDUUV作為一種新型水下裝備，在軍事應用上有巨大的潛力與廣闊的前景，必將在未來戰(zhàn)爭中發(fā)揮重要作用，深刻改變甚至顛覆未來海洋戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)模式。我國應從以下方面謀劃 LDUUV的發(fā)展。

1）在對國內外大型及超大型 UUV研發(fā)現狀進行分析的基礎上，結合具體國情和海軍需求，盡早編制LDUUV發(fā)展規(guī)劃。

2）逐步突破模塊化設計、高密度能源、多功能載荷等相關關鍵技術，為研制LDUUV奠定技術基礎。

3）加強與 LDUUV項目相關的設計、裝配、加工、測試條件建設，全力保障LDUUV的研制。

4）以 LDUUV的發(fā)展為契機，全面促進我國海洋技術和裝備的發(fā)展。