國外海洋無人航行器的發展現狀及趨勢

代 威，張 雯，張 瀝，解春雷，惠俊鵬

(1.中國運載火箭技術研究院研究發展中心， 北京 100076；2.北京宇航系統工程研究所， 北京 100076)

目前，以計算機為代表的信息技術極大地推動了經濟、軍事、科技等現代社會各領域的變革。無人航行器的發展已經逐漸得到軍事強國的高度重視，美國和歐洲遙遙領先其他國家，引領著無人航行器的發展[1]。美國國防部自2000年起先后發布了6份無人航行器發展路線圖，2013年12月發布的《2013—2038年無人航行器綜合路線圖》，描述了空中、海上、地面無人航行器發展趨勢與特點，提出了未來25年美軍無人航行器發展的總體思路和具體構建[2]。在軍事領域，以無人艦為代表的海洋無人航行器發展迅速，現已開始大量裝備各國軍隊[3]。本文對國外海洋無人航行器進行了梳理并對其發展趨勢進行分析。

1 水面無人航行器

水面無人艇發展至今雖已有70多年的歷史，但相較于無人機、無人車系統，水面無人艇還是一個較為陌生的無人系統平臺。水面無人艇是指那些可由水面艦船或岸基布放回收，以半自主或全自主方式在水面航行的無人化、智能化作業平臺。由于在第二次海灣戰爭時期無人艇的優異表現增加了世界各國海軍對無人艇的興趣，目前，美、英、法、以色列、日本等國都在不斷研發先進的高速水面無人艇，以增強其海軍戰斗力。從發展現狀來看，無人艇的功能集成正在日益增多，船型正在由單體向多體等高性能船舶發展，使用范圍也在不斷拓展。目前，無人艇發展典型代表有美國的“Autocat”和“Spartan”無人艇、以色列的“Protector”和“Stingray”無人艇、葡萄牙的“Delfim”無人艇、意大利的“Charlie”無人艇和英國的“Springer”無人艇等[4]。

“Sparatan”無人艇項目由美國主持，聯合法國、新加坡共同研制。“Sparatan”試驗艇搭載于“葛底斯堡”號導彈巡洋艦，其參加了波斯灣作戰行動后，美國海軍部根據其試驗結果開始大規模的研制工作，并將其列入瀕海戰斗艦(Littoral Combat Ship,LCS)的全套武器裝備清單中。“Sparatan”無人艇有兩種設計方案，均為硬殼充氣型高速滑行艇，它既能自主航行也可遙控操縱，艇長11 m，排水量2.3 t，最高航速可達50 kn，自持力可達12 h，可搭載1 350～2 300 kg的有效載荷。

2003年以色列拉斐爾公司與航空防務系統公司共同開發了著名的“Protector”號無人艇。該艇于2005年開始裝備部隊，用于執行保衛領水和近岸水域任務，在試驗和使用過程中顯示出了較高的戰術技術性能，是以色列無人艇研究的典型代表。該艇艇長9 m，排水量4 t，最高航速40 kn，最大載荷1 t，續航力約8 h，艇上裝備1挺7.62 mm或12.7 mm機槍，同時備有電動機械瞄準傳動裝置的火控系統，有遙控和自主兩種控制模式。

法國在無人艇領域的典型代表主要有ACSA公司的“Basil”號、Sirehna公司的“Rodeur”號無人高速滑行艇，其中“Rodeur”水面無人艇可執行多種任務，包括反水雷、反潛、偵察監視、海上安防、海洋環境探測及調查等。

日本對無人艇的相關研究工作也開展得相對較早。日本Yamaha公司研發的無人高速軍用艇(UMV-H)采用深V形設計，長4.44 m，最大航速40 kn，兼具遙控和自主兩種模式。

“Charlie”號雙體無人艇由意大利機器人技術集團研發，該艇艇長2.4 m，寬1.7 m，并配備GPS及KVH型陀螺儀，其電力推進系統設計為鉛酸電池、太陽能電池板聯合供電，螺旋槳推進。此外，英、德、葡萄牙等國也研發了各自的水面無人艇，如“Springer”“Swordfish”和“See-Wiessel”等。

2 水下無人航行器

無人水下航行器的研制最早始于20世紀50年代末，主要用于海洋科學研究。20世紀70年代，無人水下航行器常通過遙控方式用來執行搜探失事潛艇、反水雷等軍事任務。20世紀80、90年代,隨著小型化組合導航、遠程水下通信、小型低能耗計算機等技術的突破，無人水下航行器開始具備半自主控制能力，但由于成本高，未正式列裝。到20 世紀90年代末，隨著技術的進一步成熟，無人水下航行器在民用領域得到了廣泛應用，并借助成熟商用技術使其成本明顯降低，逐步出現具備反水雷等功能的無人水下航行器并裝備部隊[5]。21世紀以來，無人水下航行器的自主控制水平和推進動力得到了進一步提高，其任務開始向反潛、水下偵察等領域擴展。期間，美國先后兩次修改了無人水下航行器的發展規劃，在2007年后，將空中、水下和地面多維空間的無人系統進行整合，每兩年發布一次《無人系統發展路線圖》并滾動修訂，最新版截至為2013年發布的《無人系統綜合路線圖(2013—2038)》。對軍用無人水下航行器發展影響較大的是2011年美海軍發布的《水下戰綱要》，其中提出要加強對大型無人水下航行器、特種作戰航行器、水下分布式網絡、全球快速打擊系統等有效負載的利用。針對所開發的有實用價值的研制樣機(如大排量無人水下航行器)，為能盡快列入部隊服役，2016年美國防部變革了無人水下航行器的采購辦法，采用邊研制邊采購入役的辦法，以期縮短獲得新研無人水下航行器的采購時間。無人水下系統和無人水面艦艇主要執行反水雷、情報監視偵察、反潛、港口保護等任務，服役數量正在增加，目前正在發展精確打擊、編隊蜂群作戰等能力。歐洲針對無人水下航行器的研究一直在展開，一些關鍵技術的研究更優先于美國[6]。2010年，歐洲防務局(European defense agency,EDA)發布了《海上無人系統方法與協調路線圖》，提出協調歐洲各國力量,共同促進無人水下航行器等系統的發展。

美國有多型在研和在役無人水下航行器，覆蓋各種排水量和動力類型。其中，便攜型無人水下航行器2型，均在役，全部用于反水雷；輕型無人水下航行器中，4型用于反水雷，1型用于海洋環境調查，均在役；重型無人水下航行器中，在役3型，在研多型，且多型用于反水雷，1型用于情報偵察，1型用于海洋環境調查；大型無人水下航行器中，目前多型在研，近期即將服役的是LD無人水下航行器，其余皆處在論證與研發階段。上述多型無人水下航行器中，僅1 型為滑翔式,其余均為電動力推進型。美國研發的無人水下航行器在動力(比能210 Wh/kg)、自主化水平(等級達6級)、導航精度(航程×0.1%)及水聲通信(10～20 km范圍內速率達330 b/s)等關鍵技術領域均處于世界領先地位。其服役的典型型號有SAHRV(便攜型)、SMCM 增量2(輕型)和BPAUV(battlespace preparation AUV)(重型)等。SAHRV 是REMUS-100 的軍用版，在原版基礎上更換了聲吶等任務模塊，已裝備“奧斯汀”級兩棲船塢運輸艦，并同時向英國、比利時、德國、荷蘭、新西蘭和新加坡等國出售，是目前銷售數量最多、應用范圍最廣的反水雷無人水下航行器。SMCM 增量2 型是在民用無人水下航行器“金槍魚-12”的基礎上發展而成，可由水面艦艇上的A 型吊架布放和回收，原計劃用于反水雷。由于發展重點調整，美國已停止該無人水下航行器的進一步研發，轉而發展重型的SMCM 增量3 型無人水下航行器。BPAUV 是在民用無人水下航行器“金槍魚-21”的基礎上發展而來，曾多次參加美國艦隊的作戰演習及海上試驗，目前已裝備近海戰斗艦，主要用于反水雷。此外，美國WHOI 的ABE AUV 最大潛深達6 000 m，最大速度2 kn，巡航速度1 kn，考察距離≥30 km，考察時間≥50 h，可在沒有母船支持下，長時間執行海底科考任務，它是對載人水下航行器和ROV的補充，已構成科學的深海考察綜合體系，為載人水下航行器提供考察目的地的詳細信息。由美國Hydroid公司生產的REMUS是先進的無人水下航行器系列產品。其中REMUS 6000工作深度25～6 000 m，高度模塊化，代表了無人水下航行器的最高水平。

歐洲主要有挪威、英國、法國、德國及瑞典等國在研制無人水下航行器，在鋰離子電池、導航等關鍵技術領域與美國水平相當或接近。挪威原有“休金”系列無人水下航行器，收購美國海德羅伊德公司后，先后研制出包括“休金”系列3 型、REMUS 系列3 型、Seaglider 滑翔式UUV[7]等多款成熟產品，型號數量僅次于美國。法國擁有“阿里斯特(Alister)”系列無人水下航行器，其中“Alister-9”為軍用無人水下航行器。該無人水下航行器于2013年7月開始海試，已有6 艘先后服役，服役后其名稱變更為“Alister-100s”。德國有3 型軍用無人水下航行器，分別是“海獺” MK I 、MK II 型和Deep C，前者由丹麥早期的“馬瑞丹-600”型民用無人水下航行器升級而來，有試驗性質，已交付使用；“海獺”MK II是德國最先進的無人水下航行器,采用模塊化設計，目前尚處于在研階段；Deep C已交付德國海軍用于試驗。這3 款無人水下航行器均可用于反水雷，Deep C還可執行偵察、通信任務。瑞典擁有2 型無人水下航行器，分別是“雙鷹 SAROV”和“AUV 62 MR”。前者能在遙控與自主間切換使用，尚處于試驗狀態；后者主要裝備于潛艇，已獲多個訂單，可用于反水雷及反潛戰訓練誘餌。

俄羅斯對無人水下航行器的研究始于20世紀60年代末期，先后研制了MT-88(1988年)、“管道海獅”(1994年)等，主要用于深海水下搜索或海圖繪制。20世紀90年代之后，由于經濟原因停止了相關研發，直到2012年8月，才重新宣布為水下特種作戰研發無人水下航行器。

日本自研無人水下航行器主要用于石油勘探、深海打撈等民用領域，技術水平與歐美相當，但沒有自研軍用無人水下航行器，其海上自衛隊使用的無人水下航行器多外購美國，典型型號包括REMUS-600 和Gavia。此外，日本的R2D4水下機器人長4.4 m，寬1.08 m，高0.81 m，重1.506 kg，最大潛深4000m，能自主收集數據，可用于探測噴涌熱水的海底火山、沉船、海底礦產資源和生物等。

韓國的無人水下航行器主要用于深海探測，典型民用型號為OKPO-6000，尚無軍用無人水下航行器服役。印度軍用無人水下航行器尚處于實驗室開發階段，主要在研產品為“瑪雅”。

3 結論

海洋無人航行器具有機動靈活、成本低廉、無傷亡、適合大規模生產、可在各種環境甚至高危海域執行任務等優點，可攜帶多種類型的傳感器或武器，執行探測、打擊任務，因此各國積極發展高度自主化的無人水面及水下系統，高度重視水面及水下無人航行器作戰價值，促進實戰能力發展；同時不斷攻關水面及水下關鍵技術，推動無人航行器多樣化發展，提升無人航行器作戰效能，使作戰能力逐步增強。