美國水下無人系統(tǒng)發(fā)展趨勢分析

劉樂華,趙蛟龍,鞏天成

(北京機(jī)電工程研究所,北京 100074)

0 引言

隨著科技的發(fā)展,以無人潛航器(UUV)、無人機(jī)(UAV)、無人水面艇(USV)和無人車(UGV)為代表的各類無人系統(tǒng)已成功應(yīng)用于實(shí)際戰(zhàn)場,極大地提高了作戰(zhàn)效率。上述各類裝備也將在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭中扮演著越來越重要的角色。

自20世紀(jì)以來,美國就非常重視水下作戰(zhàn)及水下無人系統(tǒng)發(fā)展,在規(guī)劃與政策方面鼎力支持。近些年來,伴隨著水聲探測與通信、能源與推進(jìn)、集成計(jì)算等技術(shù)的進(jìn)步,其水下無人自主系統(tǒng)亦得到了飛速發(fā)展,正逐步成為水下作戰(zhàn)的關(guān)鍵要素。本文將介紹美軍水下無人系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃、發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢[1-2]。

1 美國水下無人系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃

美國對(duì)于無人系統(tǒng)研發(fā)的發(fā)展規(guī)劃非常重視,也是目前全球唯一明確發(fā)布和不斷更新相關(guān)規(guī)劃的國家,并根據(jù)技術(shù)的發(fā)展,在規(guī)劃中分階段明確使命任務(wù)、能力要求及關(guān)鍵技術(shù)突破等具體目標(biāo)。美軍高度重視水下領(lǐng)域的戰(zhàn)略價(jià)值,從裝備、技術(shù)雙重層面進(jìn)行頂層籌劃,系統(tǒng)牽引水下無人自主系統(tǒng)的發(fā)展。1988年,美國海軍和國防預(yù)研局制定了無人潛航器發(fā)展規(guī)劃,該規(guī)劃的目的是要證明無人潛航器具有完成一些重要任務(wù)的能力。1988-1994年,美國海軍研究單位以及有關(guān)大學(xué)、公司積極研究和開發(fā)無人潛航器相關(guān)技術(shù),并進(jìn)行了無人潛航器的水下通信技術(shù)、燃料電池推進(jìn)技術(shù)和航行性能等多項(xiàng)海上試驗(yàn),取得了很多寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1994年,美國海軍和DARPA共同制定了一項(xiàng)名為《無人潛航器發(fā)展計(jì)劃》的新一代先進(jìn)無人潛航器的研制計(jì)劃,旨在發(fā)展能遂行水下偵察、搜索、通信、導(dǎo)航、獵雷和反潛等任務(wù)的自主式無人潛航器。1996年,美國國家研究委員會(huì)向美國海軍提交了《2000—2035年美國海軍技術(shù)》咨詢報(bào)告,認(rèn)為采用UUV將使未來潛艇具有執(zhí)行各種新使命的能力,包括進(jìn)行遠(yuǎn)距離水雷偵察和定位、收集環(huán)境和作戰(zhàn)信息、進(jìn)行外部探測、布放海底傳感器和進(jìn)行聲源定位等。為了能夠滿足海軍的未來作戰(zhàn)需求,美國海軍還在不斷地對(duì)其無人潛航器發(fā)展計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整[2]。2000年4月,《無人潛航器發(fā)展計(jì)劃》升級(jí)為《無人潛航器主計(jì)劃》,系統(tǒng)全面地介紹了美國海軍無人潛航器的發(fā)展現(xiàn)狀、規(guī)劃、實(shí)施方案和進(jìn)度以及預(yù)算等內(nèi)容,并提出了在未來戰(zhàn)爭中海軍如何部署和整合無人潛航器并加以應(yīng)用,確定了無人潛航器的7項(xiàng)任務(wù):情報(bào)監(jiān)視偵察、反水雷、海洋調(diào)查、通信導(dǎo)航、反潛戰(zhàn)、武器平臺(tái)、后勤補(bǔ)給與支援。該計(jì)劃是在考慮了未來50年的需求情況下制定的一個(gè)中遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃[3]。2002年6月,美國海軍考慮到淺水和超淺水域水雷對(duì)抗的需求,以及海底爆炸物處置的需求,增補(bǔ)了一個(gè)《小型無人潛航器戰(zhàn)略計(jì)劃》,旨在發(fā)展能夠滿足上述需求的小型無人潛航器[4]。2004年9月,在已經(jīng)取得初步成果和積累了大量發(fā)展經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,美國海軍發(fā)布了第2版《無人潛航器主計(jì)劃》,將無人潛航器的任務(wù)調(diào)整為9項(xiàng),包括情報(bào)監(jiān)視偵察、反水雷、反潛戰(zhàn)、探察與識(shí)別、海洋調(diào)查、通信/導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)、設(shè)備運(yùn)送、信息作戰(zhàn)和時(shí)敏打擊,提出要研發(fā)便攜式、輕型、重型和巨型4類無人潛航器。需要關(guān)注的技術(shù)問題包括能源和推進(jìn)、通信、傳感器、數(shù)據(jù)處理、導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)軟件、人工智能與決策。該計(jì)劃是一個(gè)全面指導(dǎo)美國海軍無人潛航器發(fā)展的藍(lán)圖[5]

在2004年發(fā)布了《無人潛航器主計(jì)劃》、2007年發(fā)布了《無人水面艇主計(jì)劃》后,美國軍方開始統(tǒng)籌各軍種無人系統(tǒng)的發(fā)展,從2007年開始每隔2年統(tǒng)一發(fā)布一版《無人系統(tǒng)綜合路線圖》。2013年12月25日,美國國防部發(fā)布最新一版《無人系統(tǒng)綜合路線圖——2013—2018財(cái)年無人系統(tǒng)綜合路線圖》。路線圖以軍費(fèi)預(yù)算持續(xù)緊張、“重返亞太”作戰(zhàn)環(huán)境為背景,從研發(fā)、生產(chǎn)、試驗(yàn)、作戰(zhàn)使用和后勤保障等方面,提出了無人系統(tǒng)未來25年的發(fā)展愿景和戰(zhàn)略;進(jìn)一步肯定了無人系統(tǒng)在未來戰(zhàn)爭中的作用,將無人系統(tǒng)定位為“在各種突發(fā)事件和所有作戰(zhàn)領(lǐng)域的主力,在聯(lián)合作戰(zhàn)中幫助決戰(zhàn)力量有效完成任務(wù),是未來成功的關(guān)鍵”;對(duì)關(guān)乎無人系統(tǒng)作戰(zhàn)能力的“互用性、自主性、通信、安全性、使用性、武器化”6大關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題、未來發(fā)展方向進(jìn)行了細(xì)致剖析,提出了提高可承受性、強(qiáng)化訓(xùn)練、改進(jìn)后勤保障的思路和措施。路線圖還列出了最近5年海上無人系統(tǒng)的總體統(tǒng)預(yù)算情況,總體上海上無人系統(tǒng)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)仍在上漲,維護(hù)經(jīng)費(fèi)呈不斷增長的趨勢也從側(cè)面反映了海上無人系統(tǒng)的應(yīng)用正不斷增多[6]。

2015年,美國戰(zhàn)略與預(yù)算評(píng)估中心(CSBA)發(fā)表了《水下戰(zhàn)的新時(shí)代》報(bào)告,文章認(rèn)為美國的防御戰(zhàn)略在很大程度上依賴其水下戰(zhàn)優(yōu)勢,但面臨越來越多的國家所部署的反介入/區(qū)域拒止(A2/AD)系統(tǒng)威脅,需要在新時(shí)期利用水下領(lǐng)域的新方法,以保證美國在拒止敵人利用水下的同時(shí)還可以保持美國的軍事優(yōu)勢。美國認(rèn)為新興的探潛與反探潛技術(shù)、續(xù)航時(shí)間和隱身能力增強(qiáng)的水下平臺(tái)、新型武器和傳感器以及通信系統(tǒng)等領(lǐng)域的長足進(jìn)步,將徹底改變水下作戰(zhàn)。美國期望利用技術(shù)發(fā)展的新機(jī)遇,以無人平臺(tái)和裝備等形式,加緊研發(fā)和部署新的水下無人自主系統(tǒng),重新考慮潛艇的作戰(zhàn)定位并發(fā)展新的反潛戰(zhàn)戰(zhàn)法,以保持美國在水下戰(zhàn)方面的優(yōu)勢。

2016年,針對(duì)水下無人自主系統(tǒng),美國海軍在政府國防預(yù)算中獲得了大量的資金支持:一方面繼續(xù)深化規(guī)劃中相關(guān)裝備的發(fā)展,另一方面是用于擴(kuò)大無人潛航器編隊(duì)的規(guī)模。經(jīng)過20余年的發(fā)展,美國在研且已經(jīng)裝備了多型水下無人潛航器,覆蓋各種排水量和動(dòng)力類型,用途涵蓋海洋環(huán)境調(diào)查、偵察與反水雷、察打一體化等任務(wù)。2016年9月,美海軍水下戰(zhàn)首席技術(shù)官簽署發(fā)布了《水下戰(zhàn)科學(xué)與技術(shù)目標(biāo)》,該文件以《2015年海軍科學(xué)與技術(shù)戰(zhàn)略》為基礎(chǔ),對(duì)2013年版的文件內(nèi)容進(jìn)行了更新,提出了10個(gè)重點(diǎn)領(lǐng)域的科學(xué)與技術(shù)目標(biāo)。其中第2大領(lǐng)域即“自主性與無人系統(tǒng)”,闡述“自主性與無人系統(tǒng)是促進(jìn)多領(lǐng)域作戰(zhàn)的關(guān)鍵力量倍增器,將廣泛應(yīng)用于水下戰(zhàn)領(lǐng)域”。

2 美國水下無人系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 美國水下無人系統(tǒng)概況

美國軍用水下無人系統(tǒng)的研究一直處于世界領(lǐng)先水平,美國上世紀(jì)即制定了發(fā)展水下無人系統(tǒng)的科技計(jì)劃,提出了包括“近期水雷偵察系統(tǒng)”(NMRS, Near-term Mine Reconnaissance System)和“遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)”(LMRS, Long-term Mine Reconnaissance System)等研制計(jì)劃,其中,NMRS于1998年就已列裝部隊(duì),作為攻擊型核潛艇的配套裝備。21世紀(jì)初,美國海軍提出了2030年之前水下無人系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)劃,規(guī)劃中提出的軍用水下無人系統(tǒng)的7種使命包括:情報(bào)/監(jiān)視/偵察(ISR)、反水雷措施(MCM)、氣象學(xué)和海洋學(xué)、輔助通訊和導(dǎo)航、反潛戰(zhàn)(ASW)、自治武器平臺(tái)、后勤支援和補(bǔ)給;水下系統(tǒng)的4種作戰(zhàn)能力為海上偵察能力、水下搜索和測量能力、輔助通訊/導(dǎo)航能力和潛艇跟蹤及循跡能力。美國海軍對(duì)水下系統(tǒng)提出了9種使命,包括:情報(bào)/監(jiān)視/偵察(ISR)、反水雷措施(MCM)、反潛戰(zhàn)(ASW)、觀察與識(shí)別、海洋學(xué)、通訊和導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)(CN3)、載荷輸送、情報(bào)戰(zhàn)和時(shí)敏目標(biāo)打擊(TCS)。為了完成上述幾種使命中要求的作戰(zhàn)任務(wù),美軍提出了發(fā)展4種不同級(jí)別的水下無人作戰(zhàn)裝備,將其按照直徑、排水量、續(xù)航力及有效載荷等不同劃分為以下幾種[7]:

1)便攜式:直徑約0.076～0.23 m之間,排水量小于50 kg,高負(fù)荷下續(xù)航能力約10 h,低負(fù)荷下續(xù)航能力約10～20 h。

2)輕型:直徑約0.32 m左右,排水量226 kg左右,一般高負(fù)荷下續(xù)航能力約10～20 h,低負(fù)荷下續(xù)航能力約20～40 h。

3)重型:直徑約0.5～0.7 m左右,排水量小于1 360 kg,高負(fù)荷下續(xù)航能力約20～50 h,低負(fù)荷下續(xù)航能力約40～80 h。

4)巨型:直徑大于0.91 m,排水量9 000 kg左右,高負(fù)荷下續(xù)航能力約100～300 h,低負(fù)荷下續(xù)航能力大于400 h。

圖1 美國無人系統(tǒng)裝備體系及典型代表Fig.1 Department systems and typical representatives of US unmanned undersea systems

2.2 美國典型水下無人系統(tǒng)

2.2.1 “金槍魚”系列無人潛航器

“金槍魚”無人潛航器(Bluefin)于1989年由美國工學(xué)院自治式潛航器實(shí)驗(yàn)室研制成功。1997年,“金槍魚”項(xiàng)目組從麻省理工學(xué)院分離出來,成立金槍魚機(jī)器人公司,專門負(fù)責(zé)“金槍魚”系列無人潛航器的開發(fā)與銷售。該公司從小型無人潛航器“金槍魚-9”型起步,相繼開發(fā)了“金槍魚-12”、“金槍魚-21”等型號(hào),主要用于深海探測、地圖繪制、海底勘測及各類軍事試驗(yàn)和應(yīng)用?！敖饦岕~”系列無人潛航器各型號(hào)均采用標(biāo)準(zhǔn)組件設(shè)計(jì),維護(hù)簡單,可根據(jù)不同用途配備不同負(fù)載,與其它同類型產(chǎn)品相比,還具有導(dǎo)航精度高、操作簡單方便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[8]。

2.2.2 “遙控環(huán)境監(jiān)視單元”系列無人潛航器

20世紀(jì)90年代末,伍茲霍爾海洋研究所成功研制出REMUS100輕量級(jí)無人潛航器,此后,為更好地研發(fā)與推廣REMUS100,該項(xiàng)目組從伍茲霍爾海洋研究所中獨(dú)立出來,于2001年成立了海德羅伊德公司,并將REMUS技術(shù)授權(quán)給該公司進(jìn)行市場推廣和產(chǎn)品研發(fā)[9]。隨后,針對(duì)反水雷、深海探測、管道檢測等任務(wù)需求,伍茲霍爾海洋研究所先后開發(fā)出REMUS600、REMUS6000、REMUSTIV等多型產(chǎn)品,均由海德羅伊德公司負(fù)責(zé)推廣,在學(xué)術(shù)界和商業(yè)界均取得巨大成功,并被各國海軍廣泛運(yùn)用。

2.2.3 潛載重型無人潛航器

美國海軍至今發(fā)展了“近期水雷偵察系統(tǒng)”(NMRS)、“遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)”(LMRS)、“任務(wù)重組式無人潛航器”(MRUUV)、“大直徑任務(wù)重組式無人潛航器”(LDMRUUV),共4型計(jì)劃裝備攻擊型核潛艇的無人潛航器。

“近期水雷偵察系統(tǒng)”研制于20世紀(jì)90年代,是一種遙控式無人潛航器,通過光纖與母艇連接。由于“近期水雷偵察系統(tǒng)”不能滿足美國海軍的需求,美國海軍于1999年開始研制“遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)”以取代“近期水雷偵察系統(tǒng)”。“遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)”原計(jì)劃于2005年服役,但由于其只能執(zhí)行1種類型的任務(wù)且成本太高,最終被軍方終止。隨后,美國海軍開始研制“任務(wù)重組式無人潛航器”,但由于能源與有效載荷系統(tǒng)受到尺寸限制,于2009年開始轉(zhuǎn)而發(fā)展“大直徑任務(wù)重組式無人潛航器”。另外,作為先期探索,美國海軍還發(fā)展了“曼塔”型無人潛航器。

2.2.4 “滑翔者”系列無動(dòng)力無人潛航器

“滑翔者”系列無人潛航器(Glider)是一種可以自動(dòng)調(diào)整浮力的自主式無人潛航器,通過改變浮力實(shí)現(xiàn)上浮或下潛,確定合適的下潛或上浮角度后,兩翼和艇體垂直方向的機(jī)動(dòng)能夠轉(zhuǎn)化為向前的“鋸齒狀”水平機(jī)動(dòng)。高度計(jì)和壓力計(jì)能使無人潛航器在海底或特定的高度處開始上浮,收集傳感器數(shù)據(jù)。經(jīng)過預(yù)先編制好的任務(wù),無人潛航器周期性地浮出水面,將天線露出水面。隨后,無人潛航器通過“銥星”等通信方式發(fā)送數(shù)據(jù),并接收新的指令,同時(shí)接收GPS導(dǎo)航信息,校準(zhǔn)自身位置。Glider系列無人潛航器能夠以編隊(duì)的形式執(zhí)行任務(wù),滿足空間和時(shí)間的任務(wù)需求,或沿回旋曲線航行,或模擬系泊。

與其他水下航行器相比,“滑翔者”系列無動(dòng)力無人潛航器的體積小、重量輕、能源利用率高,具有作業(yè)時(shí)間長、航行距離長、布放回收簡便、成本低等優(yōu)點(diǎn)。由多個(gè)“滑翔者”組成的觀測陣列可以進(jìn)行大范圍、長時(shí)間的同步觀測等。美國已經(jīng)形成多種型號(hào)裝備,部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

3 美國水下無人自主系統(tǒng)發(fā)展趨勢

3.1 水下無人系統(tǒng)趨于多樣化和跨域化

隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭特點(diǎn)發(fā)生變化,水下裝備承擔(dān)的使命任務(wù)逐步細(xì)化,水下無人自主系統(tǒng)的種類、功能趨于多樣化和跨域化,仿生、深海預(yù)置等新興技術(shù)被重視及采用。常規(guī)水下無人自主系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用趨于成熟化,承載新型使命的無人系統(tǒng)研發(fā)在持續(xù)推進(jìn),規(guī)劃的系列化平臺(tái)正在逐步落實(shí)。對(duì)于水下無人潛航器,美國根據(jù)作戰(zhàn)使命的不同,規(guī)劃了“微、小、中、大”尺寸UUV的發(fā)展思路,并在各級(jí)支持下逐步落實(shí)。

美國海軍在2016年1月宣布,已經(jīng)在華盛頓州普吉特灣的海軍水下作戰(zhàn)中心基波特分布開展了一系列測試和演示,且美海軍研究局(ONR)計(jì)劃于春季開始對(duì)長航時(shí)、大排量無人潛航器LDUUV進(jìn)行1 600～2 000 km的無人自主航行測試。LDUUV屬于美國近期正在研發(fā)的一種新型水下無人潛航器。新型水下無人作戰(zhàn)平臺(tái)將“水下”、“無人”、“平臺(tái)”3個(gè)要素緊密結(jié)合,將功能聚焦于載荷的部署發(fā)射,其創(chuàng)新的作戰(zhàn)概念獲得了廣泛的關(guān)注。作為一個(gè)潛在的導(dǎo)彈發(fā)射/運(yùn)輸、作戰(zhàn)平臺(tái),新型水下無人作戰(zhàn)平臺(tái)將給未來戰(zhàn)爭帶來不可忽視的影響[10]。

仿生技術(shù)的進(jìn)步,使得模仿海洋魚類的新型水下無人系統(tǒng)概念正在成為現(xiàn)實(shí),其具有區(qū)別于傳統(tǒng)潛航器的典型優(yōu)勢,將是未來水下作戰(zhàn)的“奇兵”。在海洋生物遍布的水下空間,模仿自然生物來開發(fā)水下無人自主系統(tǒng),充分借鑒其游動(dòng)過程推進(jìn)效率高、機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)、噪聲與海洋背景融為一體等特點(diǎn),執(zhí)行特種偵察、隱蔽打擊等任務(wù),具有天然的優(yōu)勢。美國海軍在小溪-斯多利堡聯(lián)合遠(yuǎn)征基地(JEBLCFS)完成了對(duì)新型無人潛航器——“幽靈泳者”(Ghost Swimmer)的水中測試?！坝撵`泳者”是海軍作戰(zhàn)部長快速創(chuàng)新單位(CRIC)計(jì)劃Silent NEMO項(xiàng)目所開發(fā)的一系列“科幻變現(xiàn)實(shí)”的最新成果,其目的在于探索應(yīng)用仿生技術(shù)研制無人潛航器。值得一提的是,海軍CRIC計(jì)劃的主要目的是將快速發(fā)展的新興技術(shù)應(yīng)用于海軍面臨的最艱難的挑戰(zhàn),并用最快的方法將其應(yīng)用。

利用深海為背景,長時(shí)間隱蔽潛伏的預(yù)置式無人系統(tǒng),憑借其極高的作戰(zhàn)效費(fèi)比和靈活的使用模式,正在成為發(fā)展的熱點(diǎn)之一。針對(duì)在焦點(diǎn)海域前沿部署、長時(shí)間隱蔽潛伏、即時(shí)喚醒后偵察與打擊等能力需求,催生了一類特殊的水下無人自主系統(tǒng)。典型的系統(tǒng)包括美國DARAPA提出的“九頭蛇”(HYDRA)項(xiàng)目和“深海浮沉有效載荷”(Upward Falling Payloads UFP)項(xiàng)目[11]。2016年,美國DARPA透露該項(xiàng)目目前已經(jīng)完成“概念設(shè)計(jì)”、“樣機(jī)開發(fā)”2個(gè)階段的工作,正在進(jìn)行第3階段,即開展演示驗(yàn)證試驗(yàn)。

憑借潛射無人機(jī)等裝備,水下無人自主系統(tǒng)的能力范疇正在突破單一的水下空間,實(shí)現(xiàn)跨域感知和打擊。為了在信息層面實(shí)現(xiàn)跨域、增強(qiáng)水下感知能力,美國海軍先后研發(fā)多型潛射無人機(jī),并通過大量的飛行試驗(yàn)和演習(xí),驗(yàn)證了潛射無人機(jī)的功能。其不但為傳統(tǒng)潛艇提供了超視距的信息支援,更可裝載于正在發(fā)展的深海預(yù)置平臺(tái)中,為水下無人自主系統(tǒng)提供目標(biāo)指示等核心信息。美軍已開始研制“XFC”、“彈簧折刀”等潛射無人機(jī),采用運(yùn)載器在水下實(shí)施干式發(fā)射。其中“XFC”采用全電力、燃料電池動(dòng)力,可通過魚雷發(fā)射管發(fā)射。

2016年5月,美國海軍學(xué)會(huì)網(wǎng)站報(bào)道稱海軍選擇航空環(huán)境(AeroVironment)公司的“黑翼”(Blackwing)微型無人機(jī)。該無人機(jī)繼承了公司便攜式無人機(jī)“折刀”無人機(jī)的相關(guān)技術(shù),能與潛艇通信并通過Link 16數(shù)據(jù)鏈向其它飛機(jī)提供目標(biāo)信息,也能配備武器為在近岸作戰(zhàn)的潛艇提供附加幫助。其不但可搭載于潛艇,亦可從海底載具中發(fā)射,實(shí)際上是為深海預(yù)置平臺(tái)提供了一種可搭載載荷。

3.2 水下無人系統(tǒng)趨于組網(wǎng)化和協(xié)同化

美軍不再強(qiáng)調(diào)追求單個(gè)水下無人平臺(tái)功能的最大、最強(qiáng)化,通過系統(tǒng)集成手段,將單一復(fù)雜系統(tǒng)的功能分布化,通過組網(wǎng)、集群形成分布式作戰(zhàn)能力。美國國防部近年來一直在關(guān)注系統(tǒng)集成(SoS)方法的研究,DARPA已經(jīng)開始了一大批旨在開發(fā)和驗(yàn)證“系統(tǒng)集成”系列技術(shù)的項(xiàng)目,使具有各種能力的分布式資源通過協(xié)調(diào)部署而一起發(fā)揮作用,大幅提高對(duì)抗強(qiáng)敵的能力。這些項(xiàng)目的關(guān)鍵在于一種新方法——“把新能力集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中,以實(shí)現(xiàn)針對(duì)強(qiáng)敵的成本杠桿,并連續(xù)地以更低成本、更快速地取得進(jìn)展”,而不是傳統(tǒng)的整體式基于平臺(tái)的方法。通過上述系列項(xiàng)目的研究,DARPA為取得未來空中優(yōu)勢奠定了重要技術(shù)基礎(chǔ)。現(xiàn)在,DARPA正在通過“跨域海上監(jiān)視和瞄準(zhǔn)”(CDMaST)項(xiàng)目,把這一模式推廣到海洋疆域。2016年5月,DARPA在五角大樓主持的2016年演示日上,公開了該項(xiàng)目,旨在將作戰(zhàn)功能分解并分配到低成本終端系統(tǒng)上,構(gòu)建海上的SoS,獲得美國的海上優(yōu)勢[12]。

圖2 跨域海上監(jiān)視和瞄準(zhǔn)項(xiàng)目Fig.2 CDMaST

水下“集群”作戰(zhàn)通過信息鏈路將水下無人自主系統(tǒng)組網(wǎng),是實(shí)現(xiàn)能力倍增、更好解決特定問題的有效途徑。美國《國家利益》網(wǎng)站2014年發(fā)表的文章《構(gòu)建蜂群:美國制勝戰(zhàn)場的秘密武器》中闡述,如果美軍想要保持技術(shù)優(yōu)勢,需要充分發(fā)揮機(jī)器人技術(shù)革命優(yōu)勢,構(gòu)建無人自動(dòng)化“蜂群”作戰(zhàn)系統(tǒng)。實(shí)際上,這一思想已在水下無人自主系統(tǒng)應(yīng)用中得到體現(xiàn)。

一個(gè)典型的應(yīng)用范例是DARPA投資研發(fā)的分布式敏捷反潛系統(tǒng)(DASH)中潛艇風(fēng)險(xiǎn)控制(SHARK)子系統(tǒng)[13]。該系統(tǒng)由攜帶主動(dòng)聲吶的多個(gè)水下無人自主系統(tǒng)組成,通過信息中繼單元實(shí)現(xiàn)組網(wǎng),以集群的方式工作于深海區(qū)域,可通過接力方式或者是形成探測柵欄,以更強(qiáng)大的能力實(shí)現(xiàn)對(duì)敵方潛艇的探測。至2016年5月,該系統(tǒng)已完成海試,研究工作趨近尾聲。

3.3 水下無人系統(tǒng)趨于模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化

目前的無人潛航器大多只能執(zhí)行單項(xiàng)任務(wù),例如美國“遠(yuǎn)期水雷偵察系統(tǒng)”等只能執(zhí)行反水雷任務(wù)且成本高昂,造成浪費(fèi),因此項(xiàng)目被終止。2005年美國海軍項(xiàng)目執(zhí)行辦公室(PEO)正式采用JAUS信息格式和數(shù)據(jù)協(xié)議作為其無人潛航器、無人水面艇和無人陸地車的通信標(biāo)準(zhǔn)。無人系統(tǒng)聯(lián)合體系結(jié)構(gòu)(JAUS)是一套適合控制所有類型無人系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化信息,已經(jīng)由國防部批準(zhǔn),用來提高操控站、無人航行器及其有效載荷之間的互操作性。2006年ASTM委員會(huì)發(fā)布了ASTM F2594-07標(biāo)準(zhǔn),用于指導(dǎo)無人潛航器基本的通信需求,并影響無人潛航器采辦、艇體與有效載荷和通信系統(tǒng)的集成的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程。其中,這一標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布的初衷是解決美國海軍計(jì)劃的53.3 cm任務(wù)重組無人潛航器(MR無人潛航器)的通信標(biāo)準(zhǔn)需求,這表明了美國海軍在無人潛航器通信標(biāo)準(zhǔn)化方面的決心。同年,美國海軍完成了無人潛航器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定,主要內(nèi)容包括自動(dòng)化、任務(wù)載荷、傳感器數(shù)據(jù)格式、通信技術(shù)4個(gè)方面。該標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),可使工業(yè)部門集中精力進(jìn)行無人潛航器模塊化載荷的開發(fā)上,而不必再將重點(diǎn)集中在新型無人潛航器的設(shè)計(jì)上[14]。

4 結(jié)束語

美國已通過政策、裝備、技術(shù)等多方面的先期布局,并高度重視水下領(lǐng)域的戰(zhàn)略價(jià)值,從裝備、技術(shù)雙重層面進(jìn)行頂層籌劃,系統(tǒng)牽引著水下無人自主系統(tǒng)的發(fā)展,支撐了水下無人自主系統(tǒng)的全面發(fā)展。美軍水下無人系統(tǒng)呈現(xiàn)出多樣化跨域化、組網(wǎng)化協(xié)同化、模塊化協(xié)同化的發(fā)展趨勢。