劉海曉,李 恒,馮 煒,趙 江,唐嘉鈺

(海軍研究院,北京 100161)

隨著現(xiàn)代超空泡、人工智能等高新技術(shù)不斷進步,魚雷技術(shù)逐步向遠程化、隱身化、高速化、智能化方向發(fā)展。著名的俄羅斯“暴風(fēng)”二代超空泡高速魚雷速度可達到200 kn[1]。魚雷技術(shù)的高速發(fā)展,為艦艇及潛艇的水下魚雷防御帶來了更大的挑戰(zhàn)。本文對魚雷防御技術(shù)的現(xiàn)狀進行歸納總結(jié),并對反魚雷技術(shù)的發(fā)展趨勢進行了分析。

1 典型反魚雷技術(shù)

1.1 機動規(guī)避策略

機動規(guī)避即水面艦艇在監(jiān)測到魚雷來襲時,通過改變航向,提高航速,脫離來襲魚雷的感知范圍,達到避開魚雷的目的。對于聲自導(dǎo)魚雷,只要避開其自導(dǎo)接收扇面,拉開與來襲魚雷之間的距離,即可等其航行耗盡[2]。對于尾流自導(dǎo)魚雷,艦艇采用高速機動規(guī)避未必能擺脫魚雷的攻擊,但可以消耗魚雷的航程,同時延緩被命中的時間,為其他軟硬對抗措施爭取時間[3]。對于線導(dǎo)魚雷,除非確認本艦已走出潛艇聲吶探測范圍,同樣只是延緩魚雷的命中時間[4]。

因此,該方法只有在應(yīng)對直航魚雷或感知范圍較小的聲自導(dǎo)魚雷時有一定效果,隨著尾流自導(dǎo)魚雷、線導(dǎo)魚雷、智能魚雷的發(fā)展,魚雷機動性能、探測范圍、航行速度不斷提升,單獨依靠艦船機動規(guī)避防御魚雷的效果越來越差,通常作為其他防御方法的補充手段。

1.2 軟對抗技術(shù)

對于來襲的聲自導(dǎo)魚雷,通過釋放聲波干擾源,使聲自導(dǎo)魚雷產(chǎn)生誤判,跟蹤誘餌或擊中誘餌,從而起到保護艦船的目的。常用的誘餌有拖曳式聲誘餌、懸浮式聲誘餌和自航式誘餌。

拖曳式聲誘餌是拖在艦艇后面幾百米處,發(fā)出艦艇模擬噪聲,這勢必會影響艦艇的機動性能,并且其將魚雷吸引到距艦艇幾百米處,距離較近,有一定風(fēng)險。懸浮式聲誘餌發(fā)射后懸浮在水中,可向外輻射艦艇噪聲模擬樣本,通過檢測、應(yīng)答聲吶或聲自導(dǎo)魚雷發(fā)射的主動聲脈沖信號,實現(xiàn)對來襲魚雷的誘導(dǎo)[5]。相比拖曳式聲誘餌,懸浮式聲誘餌可以發(fā)射的距離更遠,但是模擬的是靜止目標,容易被魚雷識別。自航式誘餌不僅模擬目標的聲學(xué)特性,還可以模擬目標的運動特性、磁場特性,對抗措施更加多元、智能。

對于尾流自導(dǎo)的來襲魚雷,可以采用氣泡發(fā)生器模擬艦船尾部氣流方式進行誘導(dǎo)。通過發(fā)射攜帶氣泡發(fā)生器的火箭彈,將來襲魚雷引至其他方向。

1.3 硬殺傷技術(shù)

1.3.1 懸浮式深彈

深水炸彈可分為普通深彈及懸浮式深彈。普通深彈是當發(fā)現(xiàn)來襲魚雷后,發(fā)射到距魚雷幾十米范圍以內(nèi)爆炸,可破壞魚雷的自導(dǎo)和控制系統(tǒng),同時,爆炸產(chǎn)生的氣泡以及聲音也會對魚雷的聲自導(dǎo)、尾流自導(dǎo)產(chǎn)生干擾。

懸浮式深彈是在普通深彈的基礎(chǔ)上,添加了聲探測聲吶、空中減速裝置以及懸浮裝置,可懸浮在水中。水面艦艇發(fā)現(xiàn)來襲魚雷時,快速完成懸浮式深彈陣的鋪設(shè),懸浮在水中的深彈通過聲吶探測周邊環(huán)境,當探測到魚雷經(jīng)過時自行引爆[6]。懸浮式深彈是一種行之有效的反魚雷手段,并且具有操作性強、成本低廉的優(yōu)點。徐梁等[7]進行了懸浮式深彈攔截方法的研究,田恒斗等[8]進行了懸浮式深彈有效攔截域的研究,周杰等[9]進行了懸浮式深彈毀傷半徑的研究。隨著懸浮式深彈研究的深入,因其較反魚雷魚雷(Anti-Torpedo Torpedo, ATT)操作更加簡單、成本低廉,在艦艇或潛艇靜止情況下具有十分優(yōu)秀的作戰(zhàn)效能,今后較長時間都會保留該反魚雷方式。

值得一提的是,由于懸浮式深彈與懸浮式聲誘餌的作戰(zhàn)方式存在一定的相似性,有人嘗試將這兩種器材聯(lián)合使用以期達到更好的作戰(zhàn)效能。大連艦艇學(xué)院賈躍、任磊等人2011年進行了這兩種器材綜合使用的研究,對兩種器材的發(fā)射順序、布放方案、對抗效果、作戰(zhàn)模型、模擬仿真等各方面進行了細致的研究[10-13]。

1.3.2 反魚雷魚雷

反魚雷魚雷(Anti-torpedo Torpedo, ATT)防御是水面艦艇或潛艇發(fā)現(xiàn)來襲魚雷后,發(fā)射專用魚雷直接毀傷來襲魚雷,使來襲魚雷自導(dǎo)控制系統(tǒng)破壞或毀滅。因反魚雷魚雷的目標為來襲魚雷,屬于高速移動的小目標,所以其較普通魚雷要有更好的制導(dǎo)能力、目標捕獲能力、速度和機動性能?，F(xiàn)各國報道的主要反魚雷魚雷型號及主要參數(shù)如表1所示。

表1 主要反魚雷魚雷型號及主要參數(shù)Tab.1 Main ATT models and parameters

從表1可以看出,目前國外ATT多數(shù)處于研發(fā)階段,俄羅斯小包已有列裝部隊的報道,海蜘蛛于2022年進行了多項海試試驗,計劃在2025年實現(xiàn)批量生產(chǎn)[15]。以上研制的ATT口徑都屬于小口徑,ATT航速均不高于50 kn。

各國的反魚雷魚雷研制分為兩種途徑,一是基于現(xiàn)有的輕型魚雷改裝,例如美國曾將Mk-46輕型魚雷改裝為反魚雷魚雷,俄羅斯的小包-E/NK系統(tǒng)配備的M-15反魚雷魚雷與MTT魚雷外形參數(shù)極為相似,法國和意大利的MU90 HK 反魚雷魚雷是在MU90輕型反潛魚雷的基礎(chǔ)上研制的。二是直接研制更小口徑的ATT,例如美國SMART、德國海蜘蛛等。反魚雷魚雷的目標為魚雷,魚雷的目標為艦艇或潛艇,因此,反魚雷魚雷的裝藥量不需要像魚雷那么大,采用更小口徑有助于減小水阻力,節(jié)省動力,提高水中航行速度,進而提高作戰(zhàn)能力。

除上述四種反魚雷魚雷以外,還有一種超空泡反魚雷魚雷,例如德國的“梭魚”超空泡ATT正在研發(fā)中,據(jù)報道航速可達240 kn[16];俄羅斯在第一代超高速魚雷基礎(chǔ)上成功研制了巡航速度達300 kn的反魚雷攔截超高速魚雷[17]。但是超空泡ATT與超空泡魚雷一樣,有兩個弊端需要克服。一是超空泡ATT因其空化器及火箭動力的噪聲很大,會在前進過程中在周圍形成一個空氣屏障,造成超空泡ATT的聲吶探測功能受損,在航行過程中無法及時探測目標動向。因此早期的超空泡魚雷沒有自導(dǎo),只有直射,常采用兩雷或三雷齊射的方式增加命中率。因超空泡ATT直航的特性,將超空泡ATT用于應(yīng)對尾流自導(dǎo)魚雷,但后來尾流自導(dǎo)魚雷在跟蹤到尾流后都采用蛇形路線前進,大大降低了命中率,因此早期的超空泡魚雷雖然速度上讓人驚艷,但是實際作戰(zhàn)使用上實屬雞肋。后來,俄羅斯成功研制出裝有制導(dǎo)系統(tǒng)的超空泡魚雷,這種魚雷航程和速度都有較大提高,可以根據(jù)需要減速航行進行目標搜索和捕獲,發(fā)現(xiàn)目標再高速攻擊[17]。而德國“梭魚”超空泡ATT將開式超空泡、頭部錐形空化器、控制舵和自導(dǎo)頭集成為一體,空化器位于雷頭稍后的位置,雷頭布置小型聲吶,始終與水接觸,可進行機動,自導(dǎo)發(fā)現(xiàn)重型魚雷距離大于 200 m[18]。二是超空泡ATT因其速度極快,相對的航程較短,機動性能較差,在追蹤目標過程中無法及時轉(zhuǎn)向追蹤目標?，F(xiàn)“梭魚”超空泡ATT明確可以機動,國內(nèi)也進行了大量超空泡航行體轉(zhuǎn)彎或機動的研究。中船705所宋書龍等人設(shè)計了超空泡航行器深度和橫滾通道的比例-積分-微分控制器,建立了一種基于主動傾斜轉(zhuǎn)彎控制策略的橫滾-航向協(xié)調(diào)控制的機動控制方法,并通過數(shù)學(xué)仿真證明該控制器動態(tài)性能良好,可滿足超空泡航向航行器的機動需求[19]。哈爾濱工業(yè)大學(xué)王威等人基于有限體積法和VOF多相流模型,采用動態(tài)網(wǎng)格技術(shù)對航行體轉(zhuǎn)彎運動空泡形態(tài)特性進行了非定常數(shù)值模擬研究,提出了超空泡航行體轉(zhuǎn)彎運動過程中,在給定偏航角條件下避免出現(xiàn)沾濕區(qū)域的側(cè)滑角和側(cè)滑角速度的適用范圍[20]。超空泡反魚雷魚雷技術(shù)在不停地技術(shù)革新,彌補自身缺陷,也逐漸向世人展示了其實際作戰(zhàn)應(yīng)用上的潛力。

1.3.3 超空泡射彈

隨著超空泡技術(shù)的發(fā)展,出現(xiàn)了嘗試利用超空泡射彈進行水下魚雷防御的相關(guān)研究。北京理工大學(xué)蔣文祿等對水中子彈群反魚雷可行性進行了分析,認為采用子彈群反魚雷能夠有效提高毀傷效能,在原理上是可行的[21]。江蘇自動化研究所洪浩等人[22]進行了小口徑超空泡射彈打擊魚雷研究,提出當超空泡射彈入水初速大于1 000 m/s,雷彈交匯時射彈存速大于150 m/s時可毀傷來襲魚雷。中北大學(xué)黃鴻鑫等人[23]進行了130 mm大口徑射彈入水、外彈道以及水下爆炸研究。隨著該方向研究的進一步深入,未來超空泡射彈或超空泡雷彈直射可以作為魚雷末端防御的補充手段。

2 反魚雷技術(shù)發(fā)展趨勢

2.1 反魚雷魚雷技術(shù)全面向智能化發(fā)展

反魚雷魚雷與魚雷是一對相輔相成的矛與盾,但同時反魚雷魚雷又是魚雷的一種,很多反魚雷魚雷都是在魚雷的基礎(chǔ)上改裝的,它們具有基本相同的結(jié)構(gòu)設(shè)計、作戰(zhàn)方式,因此,各國的反魚雷魚雷與魚雷的技術(shù)發(fā)展水平基本保持在同一個水平線。若想成功消滅敵方魚雷,就要求我方反魚雷魚雷指標性能更優(yōu)。目前魚雷關(guān)鍵技術(shù)主要包括水聲探測技術(shù)、水聲對抗技術(shù)、制導(dǎo)與控制技術(shù)等。其中決定最終勝利的應(yīng)是各種技術(shù)智能化運用程度。例如,水聲探測技術(shù)能否精準識別對方的誘餌,合理避開對方的懸浮式深彈陣;水聲對抗技術(shù)能否精確干擾;制導(dǎo)控制技術(shù)能否合理規(guī)劃路線、攔截對方魚雷,技術(shù)的智能化水平起決定作用。在智能化技術(shù)高速發(fā)展的今天,是反魚雷魚雷最終擊中魚雷,還是魚雷靠著高超的探測技術(shù)、靈活的機動性能、高速的航行避開反魚雷魚雷的攔截和追擊,可以說是AI與AI的博弈。

2.2 超空泡技術(shù)將會成為發(fā)展重點,探測預(yù)警技術(shù)是決勝關(guān)鍵

超空泡技術(shù)是一個劃時代的技術(shù),通過其在水下射彈、魚雷及潛艇等方面的應(yīng)用,水下航行器的速度得到大幅提升。普通魚雷速度50 kn即為高速,而超空泡魚雷速度可達200 kn。若為超空泡魚雷攻擊,留給對手的反應(yīng)時間都會變?yōu)槠胀~雷的四分之一,若超空泡魚雷偽裝潛伏到對方附近再加速,對方幾乎沒有防御的可能。因此,超空泡ATT未必能攔截超空泡魚雷。為避免這種情況的發(fā)生,首要是防止超空泡魚雷靠近。因此在發(fā)展超空泡技術(shù)補齊自身短板,緊跟國際水平的同時,一定要大力發(fā)展探測預(yù)警技術(shù),爭取盡早發(fā)現(xiàn)來襲的魚雷。提高探測預(yù)警技術(shù),一方面是提高單個探測器的精度和距離,另一方面可以利用水下通信技術(shù)形成水下網(wǎng)絡(luò),擴大探測距離?，F(xiàn)在除了聲探測以外,電磁探測、光電探測、電場探測等非聲探測技術(shù)[24],結(jié)合人工智能領(lǐng)域研究成果,正在大力發(fā)展。

2.3 發(fā)展指揮控制決策技術(shù),實現(xiàn)多元防御方式協(xié)作互補是必然發(fā)展趨勢

當前各種防御魚雷技術(shù)已形成較為完備的技術(shù),如何綜合運用好這些防御技術(shù)是需要研究的課題。根據(jù)文獻[25]所述,水面艦艇對來襲魚雷的報警距離一般在3～7 km范圍內(nèi),但在聲學(xué)環(huán)境復(fù)雜的淺海,或是對艦尾方向的來襲魚雷,其報警距離更近,若來襲魚雷速度50 kn,距離3 km時發(fā)現(xiàn),留給艦艇的發(fā)射時間窗口只有60 s[25]。在這么短的時間內(nèi),必須快速反應(yīng)確定當前的最佳防御組合方式,因此需要研究發(fā)展指揮控制決策技術(shù)。指揮控制決策技術(shù),一是確定在未發(fā)現(xiàn)魚雷時應(yīng)采取什么樣的常規(guī)防御手段,更重要的是在發(fā)現(xiàn)魚雷后幫助指揮人員快速確定最佳防御組合方式。這需要綜合考慮艦船的當前靜止/行駛狀態(tài)、周邊的環(huán)境、當前的速度、自身的機動能力等,發(fā)現(xiàn)魚雷時的舷角、魚雷距離、來襲速度、來襲魚雷的型號、制導(dǎo)方式、運動特性等,艦船當前具備的軟殺傷或硬殺傷器材的裝載情況等。隨著人工智能技術(shù)的興起,指揮控制決策技術(shù)也向著智能化發(fā)展[26],但是還需要進一步的探索。

3 結(jié)束語

綜上所述,當前反魚雷技術(shù)已形成多種較為完備的技術(shù),美、俄、德等國家具有一定的技術(shù)優(yōu)勢,我國應(yīng)結(jié)合自身,找準目標,確定反魚雷技術(shù)發(fā)展主線,促進多種反魚雷技術(shù)協(xié)同發(fā)展,提高反魚雷技術(shù)總體水平。