孫盛智，苗壯，李楊，羅云，鄭衛(wèi)娟，盛碧琦

（1. 武警海警學院，浙江 寧波 315801；2. 軍事科學信息研究中心，北京 100142；3. 中國海警局，北京 100195）

0 引言

隨著全球地緣政治格局的演變，各軍事強國的利益觸角開始由傳統(tǒng)的陸地、海洋和天空向深海、太空等領域延伸，隨著太空和深海爭奪的日趨激烈，在一定程度上也為各軍事強國擴展了新型作戰(zhàn)領域［1］。海洋作為人類資源的主要聚集地，爭奪海洋和控制海洋已經(jīng)成為未來海上斗爭的主要目的，而隨著大型水面艦艇的快速發(fā)展，攻擊力、機動力等主要性能都有了大幅提升，已經(jīng)為各軍事強國海上激烈對抗提供堅實的物質基礎，嚴重擠壓了各國海洋利益的拓展空間。深海作為海洋利益爭奪的最后空白，各軍事強國開始強力布勢，海洋利益的爭奪也逐步由海面向水下延伸，而作為爭奪深海的利器，水下無人潛航器應運而生，并開始逐步運用于軍事領域［2］。無人潛航器作為代替潛水員或載人小型潛艇進行深海探測、水下救援、近距攻擊等行動的主要平臺，已經(jīng)得到美俄等軍事強國的重點關注，成為顛覆未來水下作戰(zhàn)模式的關鍵利器。2017年，美國國防科學委員會發(fā)布《下一步無人水下系統(tǒng)》，探索如何用水下作戰(zhàn)能力彌補其他領域作戰(zhàn)能力的不足，以及如何開發(fā)下一代無人水下作戰(zhàn)系統(tǒng)，明確未來無人水下系統(tǒng)的發(fā)展方向［3］。美國海軍在研超大型無人潛航器（LDUUV），具有自主執(zhí)行掃雷、跟蹤、情報偵察和智能化攻擊的能力，既可以單獨使用，也可以在核潛艇和水面艦艇上部署，LDUUV 作為未來水下作戰(zhàn)體系的核心節(jié)點，計劃2016 年進行巡航試驗，2017 年裝備美軍部隊，2020年形成完全水下作戰(zhàn)能力［4］。

1 無人潛航器作戰(zhàn)運用需求

隨著深度學習、數(shù)據(jù)挖掘等人工智能技術的進步，水下無人潛航器開始在現(xiàn)代海戰(zhàn)中嶄露頭腳，它的出現(xiàn)重組了海戰(zhàn)場的作戰(zhàn)力量體系，顛覆了現(xiàn)代海戰(zhàn)的制勝機理［5］。水下無人潛航器作為一種新型作戰(zhàn)裝備，能夠替代有生力量進行隱蔽跟蹤、突然襲擊和迷惑敵方，其水下作戰(zhàn)的高效運用不但有效降低了戰(zhàn)場的傷亡率，還極大提升了海上作戰(zhàn)效能。

1.1 實現(xiàn)隱蔽跟蹤的需要

偵察監(jiān)視是實現(xiàn)對敵方重要目標跟蹤的前提，也是實施水下作戰(zhàn)的基本保障。無人潛航器的下潛深度較大，具有良好的隱蔽性能，很難被敵方的各類傳感器探測感知，在一定程度上能夠滿足“先敵發(fā)現(xiàn)”的預期目的。隨著敵我雙方戰(zhàn)場偵察監(jiān)視體系的完善，跟蹤與反跟蹤成為支撐水下現(xiàn)代化戰(zhàn)爭的重要環(huán)節(jié)，敵方通常會利用各類傳感器從不同作戰(zhàn)域探測己方力量的戰(zhàn)場部署，而利用小型化、高深潛的無人潛航器進行隱蔽抵近跟蹤，是抵消敵方偵察優(yōu)勢，先敵發(fā)現(xiàn)目標的重要保障。從感知戰(zhàn)場態(tài)勢的角度出發(fā)，利用無人潛航器搭載的聲吶、磁異探測儀等多種傳感器，在保證己方生存的同時，從水下隱蔽跟蹤敵方動態(tài)目標，抵近識別與查證，剔除偵察情報的模糊信息，有效彌補戰(zhàn)場情報漏洞。

1.2 發(fā)動突然襲擊的需要

隨著現(xiàn)代防御體系的完善，海上作戰(zhàn)體系開始由點防御向區(qū)域防御轉變，而要完成對海上重要目標的致命性摧毀，這對進攻性武器的作戰(zhàn)效能提出很大挑戰(zhàn)。發(fā)展隱蔽性能強、攻擊威力大的水下大型無人潛航器，是對敵方重要目標發(fā)動突然襲擊，打擊敵作戰(zhàn)體系核心節(jié)點，實現(xiàn)海上非對稱作戰(zhàn)的重要保障。由于無軸泵推、消音瓦等靜音技術的突飛猛進，無人潛航器已經(jīng)成為真正的“大洋黑洞”，水下跟蹤監(jiān)視的難度愈來愈大，這就為突破敵方偵察監(jiān)視體系，抵近敵方動態(tài)目標實施近距離攻擊奠定重要基礎。無人潛航器作為低價值、高性能的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)，能夠自由出入危險區(qū)域，按照海上作戰(zhàn)需求，對多樣化攻擊性武器進行模塊化組合，從不同深度、不同角度對敵方重要目標發(fā)起突然襲擊。

1.3 迷惑敵方攻擊的需要

水下作戰(zhàn)力量作為海上作戰(zhàn)體系的重要組成部分，已經(jīng)成為敵方重點攻擊的目標，敵方可利用深水炸彈、魚雷等水下攻擊性武器，對水下作戰(zhàn)平臺實施毀滅性攻擊。大型攻擊性潛艇作為高價值武器裝備，自身防御性能較差，由于其水下潛航速度較慢，很容易被敵方發(fā)現(xiàn)、跟蹤和鎖定，遭受致命性攻擊，付出極大的戰(zhàn)爭代價，嚴重影響海上作戰(zhàn)體系的完整性和火力打擊的持續(xù)性。作為部署在大型潛艇上的無人潛航器，能夠在適當時機從適當位置發(fā)射出去，運用噪聲模擬裝置，模擬出近似水下母艇的噪音，干擾敵方傳感器水下目標的探測，迷惑敵方攻擊目標定位，以自殺式防御方式，吸引敵方的攻擊火力，在保障水下潛艇安全的基礎上，不斷消耗敵方攻擊彈藥，遲滯其海上高強度作戰(zhàn)。

2 無人潛航器作戰(zhàn)運用模式

無人潛航器作為重要的水下作戰(zhàn)平臺，開始在日趨激烈的海上斗爭中嶄露頭腳，其將海上作戰(zhàn)空間由海面拓展到深海，推進多元多域海上作戰(zhàn)模式的演化。無人潛航器作為一款水下作戰(zhàn)的利器，在人工智能技術的支持下，改變了無人潛航器被動參與的作戰(zhàn)運用模式，促使其朝著自主智能式的方向不斷演化，顛覆傳統(tǒng)的海上作戰(zhàn)制勝機理。

2.1 被動集中式作戰(zhàn)運用模式

被動集中式作戰(zhàn)運用模式是無人潛航器水下作戰(zhàn)運用的初級階段，該模式主要用于無人潛航器作戰(zhàn)運用的概念驗證，并未實際運用到水下作戰(zhàn)行動中。受信息技術發(fā)展的限制，水下作戰(zhàn)概念驗證階段的無人潛航器信息化水平較低，主要通過手工遙控的方式，使其單向、被動地參與水下作戰(zhàn)行動。無人潛航器作為隱蔽攻擊的水下利器，一般搭載在大型潛艇上，由水下母艇全程控制無人潛航器，規(guī)劃其水下作戰(zhàn)任務，完成攻擊火力配系，保證無人潛航器能夠順利完成偵察監(jiān)視、決策籌劃、火力打擊和效能評估等，實現(xiàn)水下作戰(zhàn)全要素全流程的閉合環(huán)路。被動集中式作戰(zhàn)運用模式基本上是用水下母艇全程控制無人潛航器的所有戰(zhàn)術行為，無人潛航器不存在獨立的作戰(zhàn)籌劃過程，只能通過水下通信系統(tǒng)接受水下母艇的作戰(zhàn)指令，并按照作戰(zhàn)指令具體實施水下作戰(zhàn)任務。通常情況下，被動集中式作戰(zhàn)運用過程中，一艘水下母艇能夠集中控制多艘無人潛航器，而無人潛航器之間并不存在控制與被控制的關系，全程接受水下母艇的指揮控制，受指揮控制鏈條長寬比例的限制和水下通信系統(tǒng)性能的制約，無人潛航器數(shù)量并不能無限制增加，一般4～5 艘為宜。被動集中式作戰(zhàn)運用模式如圖1所示。

圖1 被動集中式作戰(zhàn)運用模式Fig.1 Passive centralized combat application mode

被動集中式作戰(zhàn)運用模式是無人潛航器作戰(zhàn)運用的初級階段，受信息傳輸速率和容量的限制，水下通信系統(tǒng)難以保證語音、視頻等信息的高質量傳輸。同時，無人潛航器與水下母艇之間只能實現(xiàn)單向信息傳輸，這都嚴重降低了信息傳輸?shù)臅r效性，影響無人潛航器作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。水下攻擊目標一般包括固定目標、低速目標和時敏目標，而被動集中式作戰(zhàn)運用模式，受作戰(zhàn)時效性影響，無人潛航器通常只能實現(xiàn)對固定目標的水下攻擊，但是在現(xiàn)實水下作戰(zhàn)實際中，固定目標是很少存在的，因此，被動集中式作戰(zhàn)運用模式僅僅是從理論上驗證無人潛航器的水下作戰(zhàn)運用，尚未應用到實際的水下激烈對抗中，只是用于無人潛航器作戰(zhàn)運用概念的驗證，為無人潛航器的發(fā)展奠定重要理論基礎。

2.2 半主動分布式作戰(zhàn)運用模式

半主動分布式作戰(zhàn)運用模式是無人潛航器水下作戰(zhàn)運用的中級階段，該模式已經(jīng)在現(xiàn)行水下作戰(zhàn)行動中得到驗證。隨著傳輸速率、傳輸容量等信息技術的進步，水下通信系統(tǒng)由小容量、低速率向大容量、高速率的方向轉變，提高了信息傳輸?shù)臅r效性，提升了無人潛航器水下作戰(zhàn)效能的發(fā)揮。無人潛航器信息化水平的提高，使無人潛航器之間以及無人潛航器與水下母艇之間的信息傳輸能夠實現(xiàn)雙向交互。半主動分布式作戰(zhàn)運用模式將水下母艇控制無人潛航器個體變?yōu)榭刂茻o人潛航器編隊的模式，水下母艇全程控制無人潛航器編隊的主要作戰(zhàn)進程，但并不控制單一無人潛航器的具體戰(zhàn)術行為。從優(yōu)化水下攻擊角度出發(fā)，無人潛航器編隊在水下局部作戰(zhàn)中，可以脫離水下母艇指揮，自主完成水下攻擊閉合環(huán)路，這就是與被動集中式作戰(zhàn)運用模式的主要區(qū)別。通常情況下，半主動分布式作戰(zhàn)運用過程中，一艘水下母艇能夠全程控制多個無人潛航器編隊，而每個編隊能夠控制多艘無人潛航器，但是編隊數(shù)量和個體數(shù)量并不能無限制增加。從作戰(zhàn)能力發(fā)揮的角度出發(fā)，水下母艇控制2～3 個編隊，每個編隊2～3 艘為宜。半主動分布式作戰(zhàn)運用模式如圖2 所示。

圖2 半自主分布式作戰(zhàn)運用模式Fig.2 Semi-autonomous distributed combat application mode

半自主分布式作戰(zhàn)運用模式與被動集中式作戰(zhàn)運用模式相比，基本能夠完成對水下低速目標設定的作戰(zhàn)任務，這也是目前水下作戰(zhàn)實際中運用的主要作戰(zhàn)模式。受武器裝備發(fā)展制約，現(xiàn)行水下作戰(zhàn)平臺的運行速度普遍較低，很少出現(xiàn)高速度、高機動的時敏目標，而隨著無人潛航器信息化水平提高，基本上能夠實現(xiàn)對水下低速目標的跟蹤監(jiān)視和火力打擊。半自主分布式作戰(zhàn)運用模式是基于信息技術的進步而逐步發(fā)展起來的，從而使無人潛航器編隊能夠高效捕捉低速目標，自主發(fā)起水下攻擊，完成作戰(zhàn)效能評估，因此，半自主分布式作戰(zhàn)運用模式從實戰(zhàn)化的角度深化和豐富了無人潛航器的水下作戰(zhàn)運用。

2.3 駐地分布式作戰(zhàn)運用模式

駐地分布式作戰(zhàn)運用模式是無人潛航器水下作戰(zhàn)運用的高級階段，該模式提出了未來無人潛航器水下智能化作戰(zhàn)的概念，為未來水下作戰(zhàn)趨勢提供可能的發(fā)展方向。隨著6G 等核心技術的突破，水下即時通信即將成為現(xiàn)實，為無人潛航器智能化發(fā)展提供關鍵支撐，同時，隨著圖像識別、機器學習等智能技術群的發(fā)展，未來無人潛航器水下作戰(zhàn)的智能化水平將越來越高，實現(xiàn)了無人潛航器和有人潛艇水下作戰(zhàn)的同等地位。隨著智能水平的提高，使無人潛航器和水下母艇之間實現(xiàn)網(wǎng)狀彈性互聯(lián)，無人潛航器通過分布式全自主交互的方式，全自主智能參與水下作戰(zhàn)行動。駐地分布式作戰(zhàn)運用模式將改變現(xiàn)行的半主動分布式作戰(zhàn)運用模式，使水下母艇和無人潛航器作為同等地位的作戰(zhàn)節(jié)點出現(xiàn)，不再存在控制與被控制的關系，而是按照水下作戰(zhàn)需求，智能科學設置作戰(zhàn)指揮節(jié)點，這就為無人潛航器作為指控核心節(jié)點提供可能。駐地分布式作戰(zhàn)運用過程中，無人潛航器數(shù)量不再受各類技術體制的限制，基于模塊化組合原則，無人潛航器能夠自由粘性接入和脫離水下作戰(zhàn)體系，任一作戰(zhàn)節(jié)點的毀傷都不會對水下作戰(zhàn)能力的發(fā)揮造成致命性影響，構建起粘性鉸鏈、柔性分布的，具有攻防一體特征的智能化作戰(zhàn)體系。駐地分布式作戰(zhàn)運用模式如圖3 所示。

圖3 駐地分布式作戰(zhàn)運用模式Fig.3 Stationary distributed combat application mode

駐地分布式作戰(zhàn)運用模式是未來水下作戰(zhàn)將運用的主要模式。隨著隱身技術、靜音技術和推進技術的突破，水下無人潛航器的隱蔽性和機動性將得到空前提高，駐地分布式作戰(zhàn)運用模式可以使無人潛航器智能規(guī)劃路徑，有效避開敵方防御區(qū)，從隱蔽區(qū)域伺機攻擊，以靈活應對水下時敏的威脅。駐地分布式作戰(zhàn)運用模式以人工智能技術群為支撐，無人潛航器利用搭載的各類傳感器，智能高效地捕獲時隱時現(xiàn)、高速機動的水下時敏目標，智能籌劃作戰(zhàn)決策、智能規(guī)劃攻擊火力、智能自主效能評估，保障無人潛航器能夠快速實現(xiàn)對水下時敏目標的毀滅性攻擊，因此，駐地分布式作戰(zhàn)運用模式是未來智能化時代水下作戰(zhàn)的重要方向，也是水下實戰(zhàn)化運用的優(yōu)化結果。

3 無人潛航器關鍵技術

隨著智能化技術發(fā)展，無人潛航器逐漸趨向于發(fā)展成為功能完備的現(xiàn)代化武器平臺，在未來水下作戰(zhàn)中發(fā)揮越來越大的作用［6］。為適應水下高強度作戰(zhàn)節(jié)奏，從提升水下作戰(zhàn)能力的角度出發(fā)，無人潛航器將朝著下潛深度大、自主控制準和布放回收快的方向發(fā)展，以滿足水下隱身突擊的戰(zhàn)場需求。

3.1 深潛通信技術

無人潛航器深潛執(zhí)行水下作戰(zhàn)任務時，與水下母艇以及相互之間都存在大量指令傳輸，這對無人潛航器的深潛通信能力提出很高要求，無人潛航器深潛通信的基礎技術就是水聲通信技術［7-8］。目前，水聲通信已經(jīng)實現(xiàn)了較高的數(shù)據(jù)傳輸率和很低的誤碼率，其中主要應用了2 種主要關鍵技術：一種技術是通信內容在傳送前，對其進行壓縮和處理；另一種更核心的技術是將信號的傳送速率從1 000 提高 到 30 000 bit/s［3］。 美 國 Benthos 有 限 公 司 的 ATM系列水聲通信系統(tǒng)，在下潛深度1 000 m 以上時，具有 4 800～9 600 bit/s 的通信速率［9］。此外，世界各國還在尋求水聲通信技術的新突破，美國DARPA 研發(fā)新一代寬帶、高速率水下通信技術，實現(xiàn)陸?？仗烊蚓W(wǎng)絡化通信，支持有人/無人系統(tǒng)的聯(lián)合作戰(zhàn)［10］。

3.2 自主控制技術

自主控制技術是無人潛航器適應未來水下智能化作戰(zhàn)的核心技術，為滿足無人潛航器水下智能化控制要求，提高其水下自主作戰(zhàn)能力，需要發(fā)展的關鍵技術主要包括路徑規(guī)劃與自主避障技術和作戰(zhàn)任務規(guī)劃技術［11］。運用路徑規(guī)劃與自主避障技術，發(fā)現(xiàn)水下障礙物時，支持無人潛航器能夠重新規(guī)劃水下航行路徑，促使其自主智能避開水下障礙物［12］。美國海軍的 LMRS 和 MRUUV 均成功運用了路徑規(guī)劃與自主避障技術［13］。發(fā)展作戰(zhàn)任務規(guī)劃技術，可以使無人潛航器單獨參與水下作戰(zhàn)任務，也可以使多個艦（艇）載無人潛航器進行編隊作業(yè)，自主規(guī)劃編隊戰(zhàn)術隊形，提高無人潛航器編隊的水下作戰(zhàn)效能。在該方面取得良好效果的無人潛航器，主要包括挪威的Hugin 1000 和德國的DeepC 兩大類［14］。

3.3 水下布放與回收技術

水下布放與回收技術是無人潛航器快速實施戰(zhàn)場部署的關鍵技術。作為目前最為普遍仿魚雷外形的無人潛航器，最常用的水下布放與回收技術是魚雷發(fā)射管和導彈發(fā)射管2 種方式，攻擊核潛艇搭載無人潛航器實施水下布放與回收時，一般會采用魚雷發(fā)射管方式，該方式也是無人潛航器水下潛艇布放與回收的主要方式，美國AN/BLQ-11 無人潛航器水下布放與回收就是采用魚雷發(fā)射管方式［15］。經(jīng)過改裝的導彈發(fā)射管也可以作為無人潛航器的布放與回收模塊，從水下作戰(zhàn)需求的角度出發(fā)，完成導彈發(fā)射管內無人潛航器的快速發(fā)射與回收。一個導彈發(fā)射管構成的布放回收模塊，根據(jù)不同需求可以存儲不同種類的無人潛航器，美國的Seahorse、BPAUV 和 SeaGlider 均可以使用此種布放與回收技術［16］。

4 結束語

本文通過分析無人潛航器的作戰(zhàn)需求，研究了3 種無人潛航器作戰(zhàn)運用模式，提出了支撐無人潛航器實施水下作戰(zhàn)的關鍵技術。但是并未研究關鍵技術的成熟度，下一步，要科學論證關鍵技術的攻克時間，制定關鍵技術發(fā)展路線圖，為無人潛航器參與水下作戰(zhàn)行動提供重要支撐。