國外UUV發展現狀分析

海軍駐宜昌地區軍事代表室 帥高山

國外UUV發展現狀分析

海軍駐宜昌地區軍事代表室 帥高山

UUV目前已經是一個發展非常迅速的行業。UUV不論是大型的還是小型的都有著其特殊的用途。本文探討了國外UUV行業的最新發展現狀，列舉了國外目前最新的一些UUV。對于UUV的一些特殊用途進行了分析探討。

UUV；發展現狀；分析

0　引言

目前，國外有很多水下航行器（UUV）的共同特征是具有較長的圓柱狀流線型魚雷外形。而由于標準的潛艇魚雷發射管的直徑為533 mm，因此，很多打算用潛艇來載運UUV的系統會受到此直徑的限制。最大為533 mm的航行器直徑會對其載荷和能量存儲帶來一些不可避免的限制因素。雖然當今有很多可供海軍使用的UUV是具有魚雷的外形和直徑，但是也有一些尺寸相當大的新系統。模塊化和開放式結構則意味著基本平臺既可以配置成民用用途也可以配置成軍事用途。

1　高端解決方案

現代UUV具有不同的能力、應用和角色。它能夠攜帶先進的導航系統和傳感器負載，像“藍鰭金槍魚”UUV系統的航行體能夠采集海洋學數據，執行廣泛的情報、偵察和監視任務，同時能夠探測和滅除確定的水下水雷威脅。

在上世紀90年代，每一個主要的UUV業內參與者運行的都是較大的航行器，這是因為當時條件下別無選擇，當時需要UUV的空間來裝配電池和電子設備。越大的系統其能量需求越大，從而引發了意義重大的對性能更佳、更安全和更便宜的電池的研究。 已經有一項重要的研究是從海水中提取氧，這樣就不必在航行器上攜帶氧。溶解在海水中氧的濃度會限制航行器所能到達的地方，但這種方案應用于淺水似乎是可行的。

但主要的推動力是朝向更小和更廉價的航行器方向發展，以便于它們應用于各種戰術平臺—即潛艇和水面艦艇上。因此，關鍵的問題就是將各種電子設備安裝到航行器中。現代電子技術的發展可以使得UUV的尺寸更小而能力更強，目前一些國家已經在解決此問題方面取得了顯著的進步。

有很多諸如應用于石油及天然氣工業的商業系統，將是有纜的和完全人工控制的。總是會存在這樣一種需求，即需要人出現在深海中。ROVs（遙控作業潛水器）在垂直的環境中表現出色，即距離支持母船航行不太遠的距離上時。而AUVs在需要較大的水平距離上工作的水域中則表現優異（如海底管線和海洋學勘測）。

自主性在減少對船員和支持船的要求方面總是重要的。對于長期運行的海洋學項目來說，世界各國已經轉向由浮力或熱機驅動的水下滑翔器。水下滑翔器能夠提供各種海洋學數據，如海流、鹽度、溶解氧或溫度等。市場正朝著更小和更廉價系統的方向發展。迄今為止主要的市場一直是在海洋學研究領域，而主要的客戶則是各個大學。在這個領域，低成本是主要的驅動因素。沒有哪個研究人員想在一艘潛水器上花費其大量的研究經費，然后將其扔到一邊并希望以后能夠再次派上用場。

2　用于更大任務的小型航行器

水下研究中心的科學家們在驗證不斷成熟的UUVs應用概念方面已經取得成功。這些應用概念就是自主地應用UUVs來完成各種任務級的工作。其中正在不斷完善的部分就是我們正在用來對自主水下航行器進行指揮和控制的各種算法，這些算法在仿真訓練中工作極其出色。我們剛剛處于這一過程的開端，但目前已經能夠對控制回路中無人參與的水下航行器的某些任務進行模擬。

隨著AUVs變得不斷成熟，又會出現一些新的可能性。按照水下研究中心的科學家約翰·波特的說法，挑戰是來源于定義準確的各種風險威脅—由此可以設計各種平臺來應對這種挑戰—以解決那些需要更多樣、更能適應和更加靈活的響應。這就導致了一種將注意力從平臺—因為平臺通常具有數十年的壽命周期—轉移到各種能力上的變化。目前正在建造的各種平臺能夠支持很多不同種類的能力。你只需要根據特定的任務運行對應的平臺即可，而這將會強調更多的有關全局的設計方法學。

一些平臺具有很長的續航力—它們從不疲倦，從不暈船，而且也不需要吃任何東西。但你不需要它們時，你可以將它們束之高閣，而對海員來說，你就不能這樣做。這些平臺與船舶相比要小得多且廉價得多，而且是水面平臺的一種補充。這樣就打開了一條全新的商業道路。既然自主航行器和機器人技術是相對成熟的，那么挑戰就已經轉向它們的智能行為。波特認為：使系統能夠自主是一回事，而使其具有智能則是另一回事。

為了達到此目的，需要在水下自主航行器上開發大量的決策程序，這樣，在相當長的時間段內沒有通信的情況下，航行器也能夠進行明智的工作。而這就意味著必須關注分布式傳感及分布式控制方面的問題，這是一個非常豐富的理論領域。關鍵是如何使一系列自主的、智能的控制組件作為一個整體對它們自身進行控制以產生比各組件的總和要更多的功能。這仍然是個沒有解決的問題。

3　UUV未來市場的加速發展

工業界可提供各種類型的小型和靈巧的水下航行器，相關公司包括阿特拉斯電子公司（ATLAS Elektronik）、法國艦船建造局（DCNS）、蓋馬林公司（Gaymarine）、康斯伯格海事公司（Kongsberg Maritime）和薩博水下系統公司（Saab Underwater Systems）。其中一個例子就是阿特拉斯電子公司的海獺MK II，海獺航行器具有設計上的靈活特性，這種特性基本上可使任何負載組件與系統相連。最近在英國的一次演示驗證中，海獺MK II水下航行器在航渡一段距離后進入到勘測水域，隨后以橫向航線進行勘測，隨后航渡一段距離后返回到布放點。另外一次演示驗證是由混合型“海狼”AUV完成的。此AUV進行同步勘測作業，利用一個旁掃聲納在深度為8 m的淺水中勘測海底。

阿特拉斯電子公司的“海貓”UUV最近被用來檢查一個位于德國西南部的斯瓦比亞侏羅山區的24 km長的飲水涵洞。作為一個表現良好的滅雷航行器，阿特拉斯電子公司的“長尾鯊”系統近期被泰國皇家海軍（RTN）訂購。阿特拉斯電子公司將提供3套機動型“長尾鯊”系統，其中包括用于觀察和訓練目的的3套長尾鯊I設備，以及用于滅雷的初始少量的長尾鯊C戰斗型裝置。在隨后的幾年中將交付其余的長尾鯊C戰斗型裝置。機動型長尾鯊系統是完全自主的系統，使得長尾鯊滅雷具的布放可與水面船上的裝置或設備無關。

法國艦船建造局（DCNS）則開發出了ASM-X UUV，法國艦船建造局是以其SeaKeeper半潛式系統而聞名，這種系統代表一種用于對最現代的水雷進行聲納探查的可行的解決方案。通過采集和傳輸戰術實時信息，該UUV將提高潛艇的作戰能力，該UUV可到達目標水域而不會暴露潛艇的蹤跡，從而為潛艇提供了額外的保護。ASM-X 航行器將利用潛艇上用于魚雷的設備，以降低系統集成的成本并使系統的效率和適應性最大化。根據其基本配置（能源、導引和導航），模塊化設計使該航行器能夠適應于各種不同類型的任務。

蓋馬林公司正在推廣一系列既可以配置成全自主的（AUV）也可以配置成半自主的小型遙控航行器（ROVs）。這類航行器可以按照預先設定的模式尋找海底上的目標，航行器接近目標，然后對目標進行識別，并能最終完成一些簡單的回收或處理作業（如果是水雷的情況下）。特別是在多年來已經獲得認可的獵雷領域中，這種航行器將起到極為重要的作用。

雙鷹系統可以有纜遙控操作，也可以無纜自主作業，因此它是一種混合型的系統（ROV/AUV）。這種航行器既可以有纜遙控操作，也可以無纜自主作業，因此它是一種混合型的系統（ROV/AUV）。該公司的AUV62自2002年以來主要在防衛領域作為水雷探測及監視航行器進行作業，但現在也被用作商業用途。這種航行器也可用于搜索和救生。用來進行地理位置跟蹤時，該航行器采用了多種信息源，如慣性測量系統、GPS、多普勒速度儀和地形輔助導航等。為給航行器提供能源，薩博公司采用了鋰聚合物電池、鋰離子電池和鉛酸電池。安裝在AUV62載荷模塊上的典型傳感器系統包括有：用于探測海底和水體中物體的旁視聲納、合成孔徑聲納（SAS）、用于探測沉積物掩埋物體的淺地層剖面儀、多波束回波測高儀（MBES）以及用于探測海底及水體中和掩埋在沉積物中的鐵磁物體的磁場傳感器。

4　發展大直徑無人水下航行器（LDUUV）

推動美國海軍大直徑UUV（LDUUV）計劃的主要任務是情報、監視和偵察（ISR），執行這種任務的持續時間都相當長，一次任務的時間可達數月，故而能夠形成隱蔽而持久的軍事存在，或服務于分布式水下傳感器網絡，或作為小型UUV的主平臺。大直徑UUV計劃將開發新的不依賴空氣的能源系統和各種核心航行體技術，以將UUV的作業續航時間擴展到數月之久。先進的自主性和感知能力使其可在濱海混雜的環境中作業， 海軍研究所正在研究新的能源以將目前的能量密度提高5到10倍，同時還考慮到快速充電或能量補給問題以能夠以可接受的成本進行作業，此外可對系統進行布放并使其具有數月的作業續航力。

5　UUV的長續航力問題

有關能源的另外一個方法就是只需要消耗極少的能源。滑翔器利用浮力進行下潛和上浮，利用其機翼的升力可將垂直速度轉換為水平速度。其結果就是以鋸齒型航線在水中航行。滑翔器的速度較慢，但有極大的續航能力，因此特別適合進行長期海洋學數據取樣。羅格斯大學編輯了所有的海洋滑翔器的數據并使其可資使用。海洋滑翔器構成了AUV的最大一個種類，而美國海軍計劃采購150個滑翔器用于此目的。