國外水下無人系統技術發展現狀與趨勢淺析

李 亮，鄒金順

(中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094)

國外水下無人系統技術發展現狀與趨勢淺析

李 亮，鄒金順

(中國船舶工業系統工程研究院，北京 100094)

無人系統由于其在降低平臺全壽命費用、減少人員傷亡、高危環境作業等方面的先天優勢，國外很早就開展了相關研究，尤其歐美等發達國家，都從國家層面提出了相關計劃，并取得了階段性的成果。本文在梳理國外無人系統發展現狀的基礎上，對其相關關鍵技術進行梳理，并對其發展趨勢進行分析，供相關研究人員參考。

無人系統；關鍵技術；發展趨勢

1 國外預置式無人系統發展現狀

1.1 美國“可升降有效載荷”（UFP）[1]

美國國防高級研究計劃局（DARPA）于2013年啟動了“深海沉浮載荷”（Upw ard Falling Pay loads，UFP）項目，旨在研發一種深海作戰系統，以應對日益復雜的前沿作戰環境和日益增長的作戰成本。該系統可以在深海海底的特殊容器中休眠好幾年，一旦需要，美軍則可以從指揮中心遠程遙控激活這些深海裝備，使其上浮到海面完成部署，這就是所謂的“先下沉再上浮”。該項目目前已經開展了遠程通信、深海高壓容器及有效載荷釋放的方法等技術研究，即將開始從目前的概念方案中進行開發和研制演示原型系統。UFP的潛伏深度大于6 000 m，潛伏時間長達5年，可在接收到發射指令后2 h內投入作戰。

深海“可升降有效載荷”主要包括有效載荷、裝載平臺和通信設備3個子系統。深海“浮沉載荷”可預先部署，潛伏于深海海底，一旦需要，就立即遙控激活，根據指令把內部存儲的有效載荷釋放出來，上浮到水面或發送到空中執行各項作戰任務。負載將包括相機、干擾發射器、低功率的激光攻擊系統、監視傳感器，甚至是作為誘餌或提供情報和目標信息的無人機和潛航器等。

1.2 美國海德拉[2]

“海德拉”是DARPA于2013年開始研制的一種新型無人水下作戰系統，可不浮出水面將無人機、無人潛航器、水中兵器和導彈前置部署，執行對地攻擊，反潛反艦、反水雷、偵察、特種部隊保障等任務。“海德拉”采用標準化外殼和模塊化載荷，內部能容納數架小型無人機、數艘無人潛航器、數枚水中兵器和導彈等。“海德拉”可通過艦艇或大型運輸機部署和回收，最長可在水下連續潛伏數月甚至1年。在接受指令或自主探測后，可自主發起攻擊。

1.3 美國“長蛇座”計劃[3]

美國軍方還有一個野心勃勃的“長蛇座”計劃，它實際是一種能長期潛伏水下，并可隨時發射多種海空無人作戰工具的作戰平臺，其最大特點是“靈活機動，出其不意”。

按照作戰設想，美軍可在平時通過核潛艇、船塢登陸艦或大型運輸機將“長蛇座”投送至某處，隨后“長蛇座”既能沉至海底一動不動，也可在海下機動巡邏，但無論是否活動，其搭載的傳感器始終運作。一旦發現周圍有敵方艦艇駛過，“長蛇座”將自動激活，隨后根據需要發射無人裝備打擊或跟蹤敵方目標。

值得一提的是，為了最大程度地延長自主工作時間，“長蛇座”還配有太陽能發電裝置，可自行浮到海面上利用太陽能充電。“長蛇座”不僅能充當無人機或無人潛航器的水下搭載母體，它還能用作水下指揮樞紐——該平臺內置智能指揮系統，能對其發射的無人機或無人潛航器進行統一指揮。而無人機或無人潛航器獲取的情報資料也必須先傳回“長蛇座”，然后再由“長蛇座”轉發至美軍指揮機構。

“長蛇座”的項目主管斯科特表示：“過去美軍也曾開發能沉至海底、內置無人快艇或其他偵察裝備的‘水下集裝箱’，但‘水下集裝箱’沒有動力系統，它只能在投放點上浮或下沉，‘長蛇座’則自身具備動力，能在水下自由轉移。由于‘長蛇座’能在水下發射無人機，也可以將其視為‘水下航母’。”此外，“長蛇座”可能有多個版本，其搭載的無人機或無人潛艇并非僅能用于偵察，它們還能執行攻擊任務。由于能抵近目標突襲，敵方將無法獲得預警，從而實現“無預警空海一體戰”。

1.4 俄羅斯的“賽艇”計劃[4]

俄羅斯2013年6月在白海開始試驗一種全新概念的“賽艇”彈道導彈。

“賽艇”由圣彼得堡紅寶石中央設計局與馬克耶夫國家導彈中心聯合研制。為了實現隱蔽發射，“賽艇”彈道導彈容器將安置于海底。彈道導彈裝于集儲藏、運輸、發射等功能一體化的容器中。裝彈時，由小型潛艇秘密將其運輸到預定海域布放。整個導彈系統將在海底潛伏，戰時根據特殊指令激活容器上浮并發射升空，以摧毀地面和水面目標。2005年生產出原型，2008年進行了水下測試，2013年6月在白令海進行了試驗。

俄軍方稱：“核潛艇在海底極易被敵方反潛系統發現，因此戰時潛艇發射導彈容易受到干擾。而部署在海底的‘賽艇’導彈對敵人來說幾乎無法發現，可以無需動用戰略潛艇而打擊敵人的戰略目標，相比于彈道導彈核潛艇，優勢非常明顯”。

1.5 印度的水下導彈發射平臺[5]

印度也對水下預置武器充滿熱情。2001年，印度國防研究與發展組織就搞出代號“78工程”的水下導彈發射平臺，它其實是1艘能沉入水下的大型駁船，船上的控制室可容納8～10人，能監控水下發射的巡航導彈和彈道導彈。2008年2月，印度在距海岸8 km處，利用位于水下50 m的“78工程”試射K-15彈道導彈。據軍事專家稱，由于印度國產核潛艇離正式戰斗值班還有很長的路要走，急于掌握水下核打擊能力的新德里有可能選擇“水下預置導彈平臺”作為戰略核潛艇的替補方案。

1.6 國外深水潛器發展現狀

美國是世界上最早進行深海研究和開發的國家。1934年，美國潛水器潛入914 m深度，是人類第一次在深海對生物進行觀察。1960年，美國的“迪里雅斯特”號潛水器首次潛入世界大洋中最深的海溝——馬里亞納海溝，最大潛水深度為10 916 m。為了得到整個洋殼6 000 m的剖面結構，從而獲取地殼、地幔之間物質交換的第一手資料，美國自然科學基金會從1966年開始籌備“深海鉆探”計劃。在此后于1985年開始的“大洋鉆探計劃”和2003年開始的“綜合大洋鉆探計劃”這兩大國際合作計劃中，美國也以其先進的技術處于領導地位。進入21世界，美國在海洋技術方面，繼續保持在海洋探測、水下聲通信和深海礦產資源勘探、開發技術方面的領先地位[6]。

美國“阿爾文”號潛艇于1964年正式建成，至今仍在服役，被稱作“歷史上最成功的潛艇”。“阿爾文”潛艇重量為37 400 lb，長度為23.4 ft，高11.1 ft，寬8.6 ft，航行半徑為6 n m ile，航速可達到1 kn，最高航速為2 kn，該潛艇可以搭載3人（1位駕駛員、2位觀察員），下潛到海平面以下4 500 m處[7]。

美國伍茲霍爾海洋研究所研制的“海神”號潛器2009年5月31日下潛6.8 n m ile（約11 000 m），成功抵達馬里亞納海溝最深處的“挑戰者深淵”，“海神”號也是有史以來抵達海洋最深處的第1個自動工具，并著手展開對世界最深海溝的研究[8]。

在深水作業機器人領域，國外很多國家均開展了深入研發，產品種類繁多，各生產廠商設計制造的深海無人作業系統在作業水深、推進馬力等方面具有相近的能力。其中包括美國的Schilling Robotics的工業級深海無人系統、Oceaneering International公司的Millennium型ROV；英國SM D公司的A tom，Quasar，Quan tum等ROV系列產品，加拿大ISE公司的HYSUB和TrailBlazer等，工作水深均可達3 000～6 000 m；日本具備了10 000 米級深海無人探測器。這些深海無人平臺主要用于商業和科研用途，可以進行鉆井支持、管道檢查、電纜維護、海洋研究、地圖測繪等。配備液壓或電動推進器，1～2個多功能機械臂，能進行實時測控。SAAB公司也研制了一系列軍用水下無人平臺，用于執行掃雷等任務，有300 m，500 m，1 500 m的工作水深等不同等級，目前的產品服役于加拿大海軍[9–10]。

2 關鍵技術分析

在對國外武器系統分析的基礎上，梳理出需要解決的關鍵技術。

2.1 作戰總體技術

1）作戰戰略發展規劃

2）作戰系統指標體系及評估方法

3）作戰總體技術路線及技術方案

2.2 平臺技術

1）平臺總體結構設計

2）平臺定位控制技術

3）平臺耐久性設計

2.3 武器發射使用技術

1）安全可靠發射技術

2）運載器（武器）水下彈道控制技術

3）攻擊效果預評估技術

2.4 通信技術

1）通過聲道遠程信息傳輸和通信技術

2）浮標通信技術

3）組網通信技術

4）跨介質通信技術

2.5 安全技術

1）安全布放技術

2）通信安全技術

3）安全值守技術

4）安全回收/自毀技術

2.6 綜合保障技術

1）綜合保障技術方案研究

2）綜合保障模型與仿真技術

3）快速、精準、有效保障技術

3 國外發展趨勢淺析

早在二戰期間，納粹德國為了攻擊美國，就設想過將導彈放到特制的浮筒中，用艦船運到大西洋中發射，用于攻擊紐約等大城市。冷戰高峰時期，美蘇軍方不約而同地提出利用浮筒發射技術研發海底彈道導彈的設想。早在20世紀60年代，美國就提出在美國和加拿大交界的五大湖湖底部署裝載水柜內的戰略導彈，平時由偽裝商船拖曳機動，一旦有需要，偽裝商船可以將多個導彈水柜經運河拖到海里，并進入臨戰發射狀態。

近年來，由于成本和復雜性的限制，美俄海軍擁有的武器系統和平臺也在逐步壓縮，因此在關鍵的海域執行任務時，資源越來越緊張，美俄重新將注意力集中到這種“預置式武器”，美國國防高級研究計劃局在聲明中說，“無人系統和傳感器將用來彌補缺口，并可遠距離投送行動力量。”目前，美俄針對這些未來的武器也在開展水下通信、高壓的環境適應性以及更智能化的無人控制等技術研究。

4 結 語

本文在分析國外無人系統發展現狀的基礎上，梳理出了需解決的關鍵技術，并對其發展趨勢進行了淺析，對我國從事相關研究的科研人員有一定的參考意義。

[ 1 ]陳強, 張林根. 美國軍用UUV現狀及發展趨勢分析[J]. 艦船科學技術, 2010, 32(7): 129–134.CHEN Qiang, ZHANG Lin-gen. Analysis of current situational development trend of US m ilitary UUV[J]. Ship Science and Technology, 2010, 32(7): 129–134.

[ 2 ]國外艦船裝備與技術發展報告編寫組. 國外艦船裝備與技術發展報告2016: 海上無人系統(無人潛航器)[G]. 北京: 中國船舶重工集團公司, 2017.

[ 3 ]國防科技信息網. 國外自主式水下航行體(AUV)研發現狀比較[E B/O L]. (2 0 0 9-1 2-1 8)[2 0 1 7-0 3-0 1].http://www.dsti.net/Special/NewsView/136.

[ 4 ]Large Displacement Unmanned Underwater Vehicle SteamingAhead [EB/OL]. (2012-04-01) [2015-09-21].http://aviationweek.com/aw indefense///lduuv/.

[ 5 ]General Dynamics Knifefish Unmanned Undersea Vehicle Successfully Completes Mine-hunting Evaluation[EB/OL].(2017-03-20)[2017-07-11]. https://gdm issionsystem s.com/Articles/2017/03/20/news-release-3-20-2017-gd-knifefishumann-ed-undersea-vehicle-successfully-com pletes-minehunting-ev.

[ 6 ]鐘宏偉. 武器級UUV發展趨勢及關鍵技術研究[R]. 北京:中國國防科學技術報告管理辦公室, 2011(12).

[ 7 ]Japan Creating Fuel-cell Pow ered Underw ater Vehicle[EB/OL]. (2014-08-10)[2017-07-11]. http://fuelcellworks.com/archives/2016/08/11/japan-creating-fuel-cell-poweredunderwater-vehicle/.

[ 8 ]BARRY J, ABIGAIL R, KEVIN D. The direct borohydrideguel cell for UUV propulsion power[J]. Jaurnal of Pow er Sources, 2006, 162(2): 765-772.

[ 9 ]AUV Communication and Performance[EB/OL]. (2014-08-14)[2017-06-01]. http://www.naval-techno logy.com/projects/remus-100-automatic-underwater-vehicle/.

[10]歐洲制定海上無人系統的路線圖和方法論[EB/OL]. (2012-01-18)[2017-06-01]. http://new s.xinhuanet.com/m il/2012-01/18/c_122600858.htm.

Technical development and trend of underwater unmanned system s abroad

LI Liang, ZOU Jin-shun
(Systems Engineering Research Institute, Beijing 100094, China)

Unmanned systems due to its inherent advantages in reducing platform lifecycle costs, reduce casualties,high-risk operation environment, early abroad has carried out research, especially in Europe and other developed countries,all plans are put forward from the national level, and achieved significant results. On the basis of combing the development of unmanned systems in foreign countries, this paper combs the related key technologies, and analyzes its development trend for reference by relevant researchers.

unmanned systems；key technologies；development trend

TJ01

A

1672–7649(2017)12–0006–04

10.3404/j.issn.1672–7649.2017.12.002

2017–06–22；

2017–10–10

李亮(1983–)，男，高級工程師，主要從事系統工程方面研究。