水下無人平臺“蜂群”作戰體系研究

鄧 鵬，李 偉，王新華

(海軍潛艇學院 戰略導彈與水中兵器系， 山東 青島 266199)

隨著技術進步，水下無人平臺(UUV)已經從單一的水下航行器發展為可以攜帶多種傳感器、專用設備和武器，執行特定的使命和任務的無人平臺。UUV作為現代海軍的“力量倍增器”，受到世界許多國家的重視[1-2]。但由于體積載荷受到限制，水下無人平臺與有人潛艇相比各項戰技性能均不占優勢。然而其制造難度小、生產成本低、生產周期短，相比于有人潛艇，UUV更易于大批量制造和使用。

Lanchester平方律表明，作戰單元數量的線性增加將帶來作戰能力的指數級提升，從而揭示出，兵力數量和兵力質量同等重要，數量和質量之間是相互彌補和相互轉化的關系。隨著無人平臺、自主系統、人工智能、大數據、通信網絡等前沿科技的迅猛發展，使得在戰爭中使用無人平臺成為可能，近年來美軍在多次軍事行動中廣泛使用無人機也表明：在戰爭中投入大量無人平臺，并由無人平臺組成編隊集群完成作戰任務將是未來戰爭形態的重要發展趨勢。水下作戰相比陸地和空中作戰更加復雜，本文就以“蜂群”戰術為基礎，對水下無人平臺集群作戰方式進行研究。

1 “蜂群”戰術

蜂群由眾多功能各異，具有態勢感知能力，能夠完全自主和自行組織作戰的無人平臺組成，蜂群規模可高達成千上萬。蜂群通過自行組織、自主決策，實現整體的作戰行動?！胺淙骸睉鹦g在網絡化作戰模式的基礎上，整合無人技術優勢和系統族群優勢，實現無人作戰的彈性和多樣性，在保持自身作戰能力的同時，向敵方施予壓力。相對于功能全面，技術復雜的有人潛艇，水下無人平臺在作戰時使用“蜂群”戰術具備以下優勢：

1) 數量優勢

將原本造價高昂，性能完備的單個潛艇所具備的各項功能如偵查監視、搜索跟蹤、判斷決策、打擊評估等作戰能力分配到大量低成本、功能單一的水下無人作戰平臺上，通過大量異型的個體基于任務層面的自我管理和多系統的自我控制實現原本復雜的系統功能，形成規模作戰能力。通過大量廣泛的使用，在戰場的時間域和空間域內形成數量優勢，其倍增效益使水下無人集群具備遠超單一潛艇的作戰能力。

2) 網絡優勢

水下無人平臺集群具有“網絡化”和“自主化”的特點，整個集群的指揮結構具有扁平化、多中心的特點，集群個體的運行并不依賴于某個實際存在的特定節點。在對抗過程中，當部分個體失去作戰能力時，整個集群仍然具有一定的完整性，可以繼續執行作戰任務，避免了單一潛艇能力損失無法彌補的風險，提高了集群的抗打擊能力。

3) 成本優勢

“蜂群”戰術所依托的是大量低成本、次復雜子平臺，便于開展大規模生產和使用，其生產開發成本和使用損耗成本遠遠小于一個多任務的復雜系統。在進行作戰時，敵方需要應對數量眾多的集群個體，消耗比單個多任務復雜系統數十倍甚至上百倍的人力和物力成本來防御對抗，從而直接提高敵方的作戰成本而獲得自身的成本優勢。

此外，由于具有成本優勢且沒有人員傷亡，水下無人集群可以無需考慮裝備人員損耗而部署到高風險的前沿區域執行危險性高損耗率大的作戰任務，因而具有更廣泛的作戰優勢。

4) 時敏優勢

“蜂群”戰術的基本原則是大范圍分散使用低成本的無人平臺，因此，能夠實現集群對作戰區域的廣泛覆蓋和占領，減少“觀察”、“定位”的耗時，而集群協同以及定位算法將確保目標信息的準確性和持續性，以及攻擊過程中的精確性，提高了偵察與攻擊行動的可靠性和持續性，也降低了原有的犧牲成本。

2 水下無人平臺“蜂群”作戰體系

2.1 水下無人平臺“蜂群”作戰體系結構

由于空間載荷限制，水下無人平臺不能像有人潛艇一樣做到功能全面，性能強大，但可以利用有限載荷，通過攜帶專用設備，專注某些性能指標，而降低其他功能。在同一戰場上，利用“蜂群”技術將各種數量眾多、功能不同的水下無人平臺協調使用，即可形成水下無人平臺“蜂群”體系。通過標準化集成化設計，水下無人平臺“蜂群”體系由指揮節點型水下無人平臺、攻擊型水下無人平臺、偵察型水下無人平臺等組成。其理論思想為依靠數量優勢轉化為質量優勢，將個體的性能劣勢轉化為集群的整體優勢。作戰時由大型平臺(比如有人潛艇、水面艦艇)搭載釋放，編成戰斗集群，集群個體自主決策，實現航行控制、態勢感知、目標分配和智能識別，集群個體間相互協同、分工配合，實現整體作戰能力以應對復雜、強對抗性和高度不確定性的水下戰場環境。

由于水下戰場環境復雜，水下通信難度大、距離近[3]，水下無人平臺空間載荷的大小受到限制，水下無人平臺“蜂群”體系具有以下結構：

1) 指揮節點型水下無人平臺

水下無人平臺“蜂群”體系的指揮控制、通信中繼單元，承擔整個體系平臺與平臺間、平臺與后方指揮員間實時或近實時的通信網絡構建、傳感器數據融合、集群協同以及行動決策。

2) 偵察型水下無人平臺

以聲探測為主，其他探測方式為輔，利用較強的探測能力和機動能力對作戰海區實現大范圍偵查。

3) 攻擊型水下無人平臺

攜帶戰斗部，用以攻擊水下或水面目標以及水下固定設施，具有一定的探測能力，是察打一體化水下無人平臺。

在體系構建時應注重指揮節點型水下無人平臺和偵查型水下無人平臺的數量搭配，以平臺的數量優勢彌補通信能力的不足，實現戰場掌控。

水下無人平臺“蜂群”體系指揮層次如圖1所示。

2.2 水下無人平臺“蜂群”作戰體系運用

作戰體系對抗是指雙方作戰體系通過壓制、摧毀對方體系的作戰單元，擾亂、切斷體系內部聯系等方法，降低、破壞對方體系功能的作戰行動[4]。由體系對抗形成的交戰系統包括紅藍作戰體系和交戰網絡三部分，具體結構示意圖如圖2。圖2中，☆表示指揮節點型水下無人平臺，○表示偵察型水下無人平臺，△表示攻擊型水下無人平臺。實線表示單元之間的信息聯系，箭頭方向為信息傳輸方向。虛線表示紅藍作戰體系之間的對抗關系，包括探測關系和打擊關系。體系對抗過程中，作戰體系的作戰單元數量、信息聯系關系是隨時變化的。作戰單元可能被毀傷，單元的作戰能力可能變化，單元間的通信和探測可能被干擾，作戰體系也可主動改變信息聯系重組作戰力量。

以作戰環(Operation Loop)理論描述作戰體系對目標實施作戰行動，根據John R.Boyd提出的“觀察(Observe)、定位(Orient)、決策(Decide)、行動(Act)”(OODA)理論[5]。作戰環的行動過程可抽象為：傳感器單元發現目標，將信息傳給指揮控制單元進行分析決策，而后火力打擊單元或信息對抗單元實施打擊行動，打擊行動使戰場態勢發生變化，傳感器單元重新感知藍方目標毀傷情況，并傳給指揮控制單元，由指揮控制單元決策是否繼續實施后續行動[6-7]。在圖2中，單元U1、U2、U3、B3形成了一個作戰環，描述了水下無人平臺“蜂群”作戰環對藍方的打擊行動?！胺淙骸钡腢2探測、發現B3目標后，U1進行指揮決策，U3對B3實施打擊，U2監視打擊過程并進行效果評估。

作戰環的作戰能力釋放過程為：在觀察、定位、決策階段，不存在對目標實施物理打擊的行動，認為沒有釋放作戰能力。在行動階段，作戰環通過打擊、干擾、壓制等方式對目標實施打擊，認為釋放了作戰能力。圖3中，p是作戰環一次行動周期T釋放的作戰能力，P是作戰環隨著作戰行動的持續開展，在t時間內釋放的總作戰能力，假定p為定值，則P隨作戰環作戰行動次數n周期性增加。即

“蜂群”戰術是模仿蜂群攻擊目標的形式，作戰體系利用作戰環數量優勢，各作戰環獨立地實施作戰行動，在一定時間內形成對目標多批次、持續打擊的態勢，以干擾、破壞對方作戰環的OODA過程。“蜂群”戰術每次行動釋放的作戰能力p較小，雖然無法瞬間摧毀、破擊對方的作戰體系，但能夠連續不間斷的干擾、影響對方作戰體系實施行動。即

水下無人平臺“蜂群”作戰體系的構建，是基于水下無人平臺空間、載荷、航程等指標限制，為規避其性能劣勢，利用作戰環數量優勢，充分發揮各作戰環的作戰效能，連續釋放作戰能力，相對獨立地對藍方作戰體系實施持續打擊和襲擾，每次行動釋放出作戰能力會增加藍方“OODA”時間，使其防御對抗系統始終處于飽和狀態，擾亂、破壞藍方作戰環過程，使其降低甚至喪失觀察、定位、決策、行動的能力，干擾、阻止藍方作戰環釋放作戰能力。水下無人平臺“蜂群”作戰體系對抗如圖4所示。

在圖4中，水下無人平臺“蜂群”作戰體系包括4個作戰環，各作戰環獨立分散開展作戰行動，戰場態勢實時發生變化，作戰能力連續釋放，擾亂了藍方作戰體系的觀察、定位、決策，使其不能順利有效地實施作戰行動。

而在實際作戰過程中，隨著水下無人平臺“蜂群”作戰環作戰能力持續釋放，藍方作戰體系的觀察、定位、決策、行動能力將降低，每個環節實施將需要更多的時間，藍方單次OODA釋放的作戰能力也將降低。以觀察能力pOb為例，

POb=TOb·pOb

通常平臺的觀察能力是固定的，隨著觀察時間的增加，觀察效果POb會逐漸增加，當POb達到一定值OODA會進入定位環節。而如果pOb降低，就只有增加TOb才能達到觀察效果，一旦pOb將為零，OODA環節將被打破，作戰能力就無法釋放。

目前潛艇的OODA能力是集中式，設備冗余備份少，作戰中一旦毀傷，短時間難以恢復，作戰環比較脆弱。而水下無人平臺“蜂群”作戰體系的OODA能力是分布式，同類型平臺數量多，即使毀傷部分平臺，各能力只是降低，仍可以通過時間積累釋放作戰能力，作戰環比較牢固，不易打破。

3 結束語

本文初步探討了水下無人平臺集群化作戰的體系構建和指揮層次，利用作戰環理論對水下無人平臺運用“蜂群”戰術開展集群體系作戰進行了分析，研究了體系對抗中水下無人平臺“蜂群”戰術體系的作戰能力釋放。目前由于裝備技術限制，水下通信、自主識別等技術與實際使用仍有較大差距，集群作戰方法策略、人工智能控制將是下一步研究的重點。