李良儀 宋佳平

摘 要：現(xiàn)今水下無人科技迅猛發(fā)展，隨著無人潛航器的不斷改進(jìn)和應(yīng)用，美國海軍的作戰(zhàn)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，美軍的水下立體攻防體系也更加完善。

關(guān)鍵詞：美國海軍;無人潛航器;發(fā)展趨勢

中圖分類號：TJ67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0233-02

在海洋國土概念不斷被強(qiáng)化的情況下，美國在多國海軍中首先提出建立水面水下立體攻防體系的體系概念。美海軍力量的不斷強(qiáng)大，除了在發(fā)展新型潛艇外，也將發(fā)展的部分重心放在了無人潛航器的發(fā)展上。美國所研發(fā)的新型無人潛航器，除了可以進(jìn)行普通的電子探測和情報的傳遞之外，還可以用于水下水面通信監(jiān)聽。這種技術(shù)的發(fā)展讓無人潛航器由“海底偵查員”向著“全能戰(zhàn)士”發(fā)展。美國水下體系的建立，對于各國都會在未來水下作戰(zhàn)中帶來很大的威脅和挑戰(zhàn)。研究美國無人潛航器，對于我國已顯得尤為重要[1]。

1美國無人潛航器發(fā)展?fàn)顩r

美國最早于1957年開始研發(fā)最早的無人潛航器，當(dāng)時研制的無人潛航器可持續(xù)在水下進(jìn)行4h的作業(yè)。無人潛航器開始用于海底探測和研究，由于在海灣戰(zhàn)爭中，美國艦船收到水雷的嚴(yán)重威脅，美國開始確立無人潛航器解決水雷問題的課題，之后美國連續(xù)多年多次發(fā)布《無人潛航器計劃》，不斷建設(shè)由無人潛航器為主導(dǎo)的多層次，多方位水下立體攻防體系。隨著不斷研究，當(dāng)前海洋環(huán)境下，美國的無人潛航器家族不斷完善，大中小不同型號的潛航器在海洋情報監(jiān)測，數(shù)據(jù)采集，反潛攻防作戰(zhàn)，水雷戰(zhàn)不斷發(fā)揮著重大的作用。

2美國典型無人潛航器[2]

2.1“Remus600”

Remus600潛航器重500磅，長3.25m，由Hydroid公司研制，是一款在過去十幾年被多國海軍使用的便攜式無人潛航器。因為是一款低成本且高效率的裝備，所以被多國用于淺海航道的測量，水下多種水雷監(jiān)測以及對搜尋物體進(jìn)行探測的工作。因為采用的多模塊的設(shè)計，同時裝備著多種傳感器用于不同的環(huán)境。Remus600潛航器裝備著合成孔徑聲吶，雙拼側(cè)掃聲吶，聲學(xué)成像體系和GPS等。

2.2“藍(lán)鰭金槍魚-21”

Bluefin-21由于參加2014年馬航MH370搜救事件被大家關(guān)注，它是一款由美國藍(lán)鰭機(jī)器人公司設(shè)計并生產(chǎn)用于深海作業(yè)的無人潛航器。Bluefin-21具有很強(qiáng)的下潛能力，在不需要線纜拖拽的情況下，可達(dá)到4500m深的海底，并且可以根據(jù)作業(yè)需要進(jìn)行配置多個傳感器和載荷，也可攜帶高清相機(jī)對海洋物體進(jìn)行拍攝，對于發(fā)現(xiàn)目標(biāo)進(jìn)行精確定位。Bluefin-21在長航方便也具有很強(qiáng)的能力，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)載荷配置下的作業(yè)時，在航速控制在3節(jié)時可在水下長時間持續(xù)工作達(dá)到25個h，每天的作業(yè)可對40平方英里的海底進(jìn)行測繪。

2.3“黑魚”

各國海軍使用無人潛航器發(fā)展迅速，為了能夠更好地維持并且奪取水下軍事體系的優(yōu)勢地位，美國海軍開始著力于改進(jìn)發(fā)展大型水下無人潛航器（LDUUV）和超大型無人潛航器（LXUUV）。隨著發(fā)展，在2017年的4月代號為“黑魚”的大型水下無人潛航器被美國列入采購。Snakehead LDUUV的生產(chǎn)可以滿足于未來各種水下作業(yè)的操作要求，能夠有效地提高水下續(xù)航能力，對于航程和有效載荷托管能力也有很大的提高。美國海軍合理的利用大型水下無人潛航器在執(zhí)行多元化的情報收集、海洋環(huán)境監(jiān)測以及對于他國海軍的偵查有著很大的發(fā)展前景。長時間的續(xù)航能力可以更好地保障其在重要海域進(jìn)行巡邏，更好地收集水體以及岸邊的數(shù)據(jù)變化信息。

2.4“回聲號”

現(xiàn)今對于美國的工商業(yè)在無人潛航器的關(guān)注焦點上，仍然是由波音公司和美國的亨廷頓.英格蘭斯工業(yè)公司兩家聯(lián)合設(shè)計制造生產(chǎn)的“回聲號”無人潛航器。Echo Voyager采用了油電混合的動力系統(tǒng)，在日常作業(yè)中靠電力進(jìn)行驅(qū)動，但當(dāng)在航程中電力不足情況下時，則可進(jìn)行轉(zhuǎn)化燃油進(jìn)行發(fā)電。數(shù)據(jù)顯示它可以攜帶大約3800L的燃油，這些燃油的量可以供給其從美國舊金山行駛到中國香港，并且中途不需要進(jìn)行供給，也可以說Echo Voyager是一個可以橫跨太平洋作戰(zhàn)的兵器。它不僅具有長航能力，還有自帶的聲吶避障系統(tǒng)，以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

2.5“刀魚”

“刀魚”無人潛航器是2012年美國授權(quán)通用動力公司在“藍(lán)鰭金槍魚”的基礎(chǔ)上，歷時5年改造生產(chǎn)出的水下無人潛航器。是美國海軍在瀕海戰(zhàn)斗中涉及到水雷戰(zhàn)的重要組成部分，對于水下情況以及探測和識別水雷有著很好的性能?！暗遏~”無人潛航器不同于別的潛航器，采用了鋰電池進(jìn)行供電，數(shù)據(jù)顯示在完成一次充電之后可以在水下進(jìn)行大于16h的作業(yè)，并且可以利用發(fā)射低頻電磁波對目標(biāo)進(jìn)行掃描，然后把目標(biāo)圖像發(fā)回母艦進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。由于“刀魚”無人潛航器的產(chǎn)生，它獲取信息和態(tài)勢感知能力使得美國海軍現(xiàn)役的獵雷和探雷系統(tǒng)在作業(yè)的精確度和清晰度上都有著很大的改善。

3美國無人潛航器的研發(fā)趨勢

3.1構(gòu)建反潛體系形成變革

美國現(xiàn)在仍然以海洋監(jiān)測衛(wèi)星、反潛直升機(jī)、水面艦艇、潛艇以及聲吶為主要裝備進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測和信息反饋。在加入無人潛航器之后無論是從空間還是從數(shù)據(jù)的精確度都會對美國海軍所掌握的數(shù)據(jù)形成歷史性變革。通過多方位的數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)，美國海軍的反潛體系建設(shè)更加完善，層次也更加分明，裝備種類的加多可以在數(shù)據(jù)上更加豐富，也可以使得各裝備工作時間進(jìn)行互補(bǔ)，使得數(shù)據(jù)更加完善[1]。

3.2提高續(xù)航能力

在海洋作業(yè)或者海軍戰(zhàn)斗中，水下無人潛航器進(jìn)行頻繁的補(bǔ)給是一件致命的缺陷，會對戰(zhàn)場造成很大的困擾，并且使得海戰(zhàn)喪失原有的優(yōu)勢地位。2004年，美國在發(fā)布的《掌握無人潛航器計劃》中提到無人潛航器要適應(yīng)長期的情報監(jiān)測和作戰(zhàn)要求。美國立足于當(dāng)前科技，需要不斷研發(fā)生產(chǎn)出長續(xù)航能力和高可靠性的動力推進(jìn)系統(tǒng)，要將原有的幾十個小時提高到幾天甚至于幾周的航行時間。美國在能源電池上進(jìn)行改革，采用自身發(fā)展和國際合作的方式研發(fā)無人潛航器高性能燃料電池。

3.3提高機(jī)動性能

物理研究中流體力學(xué)表示，一倍速度的提高，需要高達(dá)8倍的耗能，所以根據(jù)無人潛航器的速度顯示，目前大多數(shù)在5節(jié)以內(nèi)。能源動力問題的無法解決大大限制了無人潛航器的速度和續(xù)航能力，使得水下滑翔機(jī)一再成為了無人潛航器的選擇。由于水下滑翔機(jī)在水下的航行軌跡控制和精度都難以滿足要求，尤其是在海洋環(huán)境復(fù)雜情況下，數(shù)據(jù)的采集和作業(yè)基本難以實現(xiàn)，面對威脅更是難以快速做出決定并主動應(yīng)對敵方策略，因此限制了水下滑翔機(jī)的應(yīng)用，也引出了發(fā)展無人潛航器機(jī)動性的必要性。解決機(jī)動問題根本在于解決能源動力問題，配置新的動力系統(tǒng)，例如采用核動力裝置可以有效地提高航速和機(jī)動性。除此之外美國海軍在海洋生物的啟發(fā)下，研究出了主動控制性曲狀機(jī)械鰭，可以更好地適應(yīng)海洋水流環(huán)境，提高無人潛航器在水下的機(jī)動和感知能力[3]。

3.4海底預(yù)置武器平臺升級方向

無人潛航器是美國2013年開展的海底預(yù)置武器專項研究的成果之一。在作業(yè)海域進(jìn)行預(yù)置無人潛航器可以代替潛艇進(jìn)行長時間的書數(shù)據(jù)信息采集，不但能夠滿足隱蔽性的要求還能長時間的待機(jī)。美國因此研制出了兩型預(yù)置裝備，一款是可以在深海待機(jī)的“上浮式有效載荷”，在需要使用時進(jìn)行遠(yuǎn)程操縱，可快速釋放無人機(jī)、傳感器進(jìn)行情報監(jiān)測和打擊作業(yè)。一款預(yù)置在近海，可同時搭載多個小型無人潛航器，可在水下需要使用時喚醒，自主執(zhí)行反潛作業(yè)。

4國外無人潛航器的前沿技術(shù)

4.1通信與導(dǎo)航技術(shù)

低成本并且高可靠性的廣域深水導(dǎo)航技術(shù)是當(dāng)今各國研究的主要方向。美英等國在水下精確授時技術(shù)上進(jìn)行了大量的研究，表明要將無人潛航器的行動導(dǎo)航設(shè)置為量子導(dǎo)航和深水導(dǎo)航定位系統(tǒng)。美國BAE公司計劃通過在海底海床安裝多個有分布的聲音源，來更好地采集數(shù)據(jù)信息來模擬GPS定位系統(tǒng)，從而來解決水上定位所造成的傳播距離遠(yuǎn)的問題，與此同時也避免了因為GPS信號被干擾而造成的定位精度不夠高的情況。

4.2自主無人系統(tǒng)在GPS拒止環(huán)境下的組隊和合作

這樣的目標(biāo)是2015年美國陸軍向工業(yè)界發(fā)布的資源尋求類公告，改善和提高無人潛航器在GPS拒止環(huán)境下的感知和應(yīng)用能力也被重視。該項目的解決可以在GPS拒止環(huán)境下的精確測繪，目標(biāo)定位，目標(biāo)搜索等能力上開辟出一條獨特的新的應(yīng)用前景。

4.3多方位多平臺合作技術(shù)

美軍近些年越來越重視多方位的協(xié)同作戰(zhàn)能力，在跨域作戰(zhàn)合作和信息共享上也做出了很多研究。無人潛航器的應(yīng)用，在2015年的美軍反潛演練中得到了很好的應(yīng)用，美軍就無人潛航器，無人機(jī)，無人艇之間的數(shù)據(jù)交互和信息共享在作戰(zhàn)作業(yè)方面有了很好地應(yīng)用驗證。無人潛航器負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)和識別水下環(huán)境數(shù)據(jù)信息，并將這些信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分享和傳遞，實現(xiàn)了多元合作共贏的局面[2]。

4.4多工能傳感技術(shù)的應(yīng)用

無人潛航器在民用也發(fā)揮著很大的效用，大多數(shù)情況下的海水溫度、鹽度、密度、以及海底環(huán)境都是科研單位通過無人潛航器的不同程度和不同深度的拖拽進(jìn)行的數(shù)據(jù)采集和測量。軍用的無人潛航器發(fā)揮的作用遠(yuǎn)不止數(shù)據(jù)信息采集，它可以作為武器進(jìn)行單獨作業(yè)和發(fā)起攻擊，并且對其他水下目標(biāo)進(jìn)行長時間的隱蔽監(jiān)控。無人潛航器發(fā)揮的各種效能和作用主要依靠著各種多元化的傳感器進(jìn)行的，發(fā)展多元傳感器的采集信息能力和合作能力也就變得很是重要。

4.5氫燃料電池的研究

無人潛航器的續(xù)航能力和速度的保障是其所攜帶的動力裝置系統(tǒng)，氫燃料電池的應(yīng)用或許會成為未來的選擇。氫燃料電池從使用的意義上來講更像是一種可以攜帶的發(fā)電裝置，是直接將電池內(nèi)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。美國也一直致力于將氫燃料電池應(yīng)用于無人潛航器的使用上，氫燃料電池的應(yīng)用可以更好地為裝備提供這種零排放能源。海軍研究的無人潛航器是一種能夠長時間在水下進(jìn)行作業(yè)的裝置，時間長達(dá)數(shù)月，未來氫燃料電池的應(yīng)用不僅會解決能源問題還會解決補(bǔ)給時間的問題[3]。

參考文獻(xiàn)

[1] 伍尚慧.國外無人潛航器的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢分析[J].軍事文摘，2018（5）：18-20.

[2] 孫碧嬌，何靜.美軍水下無人作戰(zhàn)系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].水下無人系統(tǒng)學(xué)報，2017（10）：310-318.

[3] 王建斌，王志敏.UUV發(fā)展、應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)[J].信息與電子工程，2007（6）：476-480.