無(wú)人水面艇發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)

錢(qián)雯 侯毅男 羅東宏 陳順洪

摘 ? ?要：本文主要介紹了無(wú)人水面艇的發(fā)展現(xiàn)狀，總結(jié)了無(wú)人水面艇的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)，為我國(guó)無(wú)人水面艇的研制提供參考。

關(guān)鍵詞：無(wú)人水面艇;發(fā)展現(xiàn)狀;關(guān)鍵技術(shù);趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：U674.91?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： This paper introduces the development status of the unmanned surface Vessel， summarizes the key technologies and development trend of the unmanned surface vessel.

Key words： Unmanned surface vessel; Development Status; Key Technology; Trend

1 ? ? 前言

近年來(lái)，隨著無(wú)人技術(shù)、人工智能技術(shù)、空間技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和低可探測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代海上船艇裝備正快速向電子化、信息化、智能化、無(wú)人化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。無(wú)人水面艇是一種可由水面艦船或岸基裝置布放和回收，以半自主或全自主方式在水面航行的無(wú)人作業(yè)平臺(tái)。無(wú)人水面艇因其具有無(wú)人化的特點(diǎn)，能夠超越人類(lèi)生理極限完成大機(jī)動(dòng)、超長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)，以及具備自主學(xué)習(xí)、決策、行動(dòng)能力，能夠適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜多變、作戰(zhàn)任務(wù)的高難度性與臨時(shí)變更的特點(diǎn)，已經(jīng)成為今后艦艇裝備發(fā)展的趨勢(shì)和重點(diǎn)之一。

無(wú)人水面艇具有隱蔽性好、可長(zhǎng)期水面航行、活動(dòng)區(qū)域廣等特點(diǎn)，與有人水面艇相比，具有無(wú)人值守、無(wú)人員傷亡、使用靈活、成本低等優(yōu)勢(shì)，可廣泛用于執(zhí)行海上情報(bào)監(jiān)視偵察、海洋調(diào)查、反水雷、電子戰(zhàn)、潛戰(zhàn)、反艦戰(zhàn)等任務(wù)。

2 ? ? 無(wú)人水面艇發(fā)展及現(xiàn)狀

無(wú)人水面艇最早誕生于二戰(zhàn)期間，發(fā)展至今已有70多年的歷史，主要以欺騙性目標(biāo)和靶艇為主。無(wú)人水面艇近年來(lái)在世界幾次主要海戰(zhàn)中表現(xiàn)出來(lái)的巨大優(yōu)異性，極大地加強(qiáng)了各國(guó)海軍對(duì)大力發(fā)展無(wú)人艇的興趣。當(dāng)前，世界上軍事發(fā)達(dá)國(guó)家，包括北美地區(qū)以美國(guó)為代表、歐洲地區(qū)以英國(guó)、法國(guó)和以色列為代表、亞洲地區(qū)以日本、韓國(guó)為代表的國(guó)家都在大力研發(fā)性能優(yōu)越的無(wú)人水面艇，以充實(shí)本國(guó)軍隊(duì)的戰(zhàn)斗力。

美國(guó)是當(dāng)前在無(wú)人水面艇領(lǐng)域投入最大和發(fā)展最快的國(guó)家，位居世界領(lǐng)先地位。自2007年以來(lái)，美國(guó)先后發(fā)布了《海軍水面無(wú)人艇主計(jì)劃》和《2013-2038 年無(wú)人航行器綜合路線圖》等文件，為其無(wú)人水面艇的發(fā)展制定規(guī)劃和思路。2017年，美國(guó)國(guó)防部提出了實(shí)施“霸王計(jì)劃”，其內(nèi)容是發(fā)展大中型無(wú)人艦艇;2019年3月，美國(guó)海軍發(fā)布公告，計(jì)劃在未來(lái)五年內(nèi)花費(fèi)27億美元購(gòu)買(mǎi)10艘大型無(wú)人艦;當(dāng)前，美國(guó)海軍研制的多型無(wú)人水面艇已交付部隊(duì)列裝使用，主要有“海上獵人”、“斯巴達(dá)”、 “海上貓頭鷹”、“X-2”號(hào)、“幽靈衛(wèi)士”和“海狐”等無(wú)人水面艇。

美國(guó)海軍于2010年開(kāi)始研制的世界上噸位最大的中型無(wú)人艇“海上獵人”號(hào)（見(jiàn)圖1），采用三體船型，船長(zhǎng)40.2 m、排水量140 t、最大航速27 kn，于2016年和2017年完成各項(xiàng)海上試驗(yàn)。該型無(wú)人水面艇的成功研制，為美國(guó)海軍加快發(fā)展大中型無(wú)人水面艇提供了技術(shù)保障，也標(biāo)志著大中型無(wú)人水面艇將是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)和方向。

美國(guó)“斯巴達(dá)”號(hào)無(wú)人水面艇已交付美國(guó)海軍使用，共有兩型艇：艇長(zhǎng)分別為7 m和11 m;可負(fù)載1360 kg和2 270 kg;最大航速35 kn;續(xù)航時(shí)間6小時(shí);配有光電取證、搜索雷達(dá)、數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)及自主無(wú)人控制系統(tǒng)等設(shè)備，可搭載反水雷模塊和導(dǎo)彈模塊等武器系統(tǒng)。

歐洲在無(wú)人水面艇領(lǐng)域的技術(shù)水平緊跟美國(guó)步伐，在關(guān)鍵技術(shù)方面與美國(guó)水平相當(dāng)。2010年，歐防局成員國(guó)共同發(fā)布了《海上無(wú)人系統(tǒng)方法與協(xié)調(diào)路線圖》，提出協(xié)調(diào)各國(guó)力量共同促進(jìn)海上無(wú)人水面艇的發(fā)展。近年來(lái)，英國(guó)、法國(guó)和以色列等國(guó)研發(fā)了多種型號(hào)的無(wú)人水面艇，圖2為以色列研制的“海鷗”號(hào)反潛無(wú)人艇。

我國(guó)在無(wú)人水面艇方面的研究起步較晚，目前國(guó)內(nèi)無(wú)人水面艇的軍用領(lǐng)域主要包括情報(bào)收集、表征物理環(huán)境收集、對(duì)潛作戰(zhàn)、訓(xùn)練測(cè)試平臺(tái)等;民用領(lǐng)域主要有海事安全、港口監(jiān)控、水文勘測(cè)、水質(zhì)采樣、海事搜救等。

國(guó)內(nèi)主要從事無(wú)人水面艇的研究機(jī)構(gòu)有中船集團(tuán)、中國(guó)航天科工集團(tuán)和中科院等國(guó)企;哈爾濱工程大學(xué)等高校;以及部分民營(yíng)企業(yè)。其中，中船集團(tuán)等單位已研制出一定數(shù)量的自主化程度較高的無(wú)人水面艇。

3 ? ?無(wú)人水面艇的關(guān)鍵技術(shù)

無(wú)人水面艇的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：船型技術(shù);自主控制技術(shù);智能協(xié)同控制技術(shù)和布放回收技術(shù)等。

3.1 ? 船型技術(shù)

船型技術(shù)作為無(wú)人艇的一項(xiàng)核心技術(shù)，主要包括：船體線型、高速航行穩(wěn)定性、耐波性和自扶正技術(shù)等。

當(dāng)前無(wú)人水面艇用得最多的兩種艇型：一種是常規(guī)滑行艇型;另一種是半滑行艇型。其中，常規(guī)滑行艇型多采用V型或深V型，這種艇型具有綜合性能優(yōu)良以及拖曳能力強(qiáng)的特點(diǎn)，航速一般能達(dá)到30 kn以上。但是其阻力性能對(duì)重量及其分布高度敏感，導(dǎo)致艇體穩(wěn)定性能比較差;半滑行艇型具有較低的阻力及較好的適航性，是一種快速性能好、穩(wěn)定性能高的無(wú)人水面艇，航速可達(dá)到20 kn以上;此外，使用較多的艇型，還包括小水線面雙體船型、穿浪雙體船型和多體艇型等。

3.2 ? 自主控制技術(shù)

自主控制技術(shù)是通過(guò)環(huán)境感知手段，進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)與識(shí)別，自主進(jìn)行路徑規(guī)劃、避碰和駕控，并通過(guò)采用合理的控制策略，完成各種任務(wù)和作業(yè)使命的技術(shù)。開(kāi)展該項(xiàng)技術(shù)研究，可以提升無(wú)人艇的自主智能認(rèn)知和決策能力：認(rèn)知能力包括對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境、作戰(zhàn)目標(biāo)、作戰(zhàn)任務(wù)、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)、設(shè)備狀態(tài)等的認(rèn)知;決策能力包括對(duì)航行狀態(tài)、載荷執(zhí)行動(dòng)作等的決策。該技術(shù)的核心是使無(wú)人艇具備理解目前處境并作出合理決策的能力，實(shí)現(xiàn)根據(jù)任務(wù)需要自主有效的控制平臺(tái)及任務(wù)載荷執(zhí)行相關(guān)動(dòng)作的功能，達(dá)到作戰(zhàn)任務(wù)要求。

3.3 ? 智能協(xié)同控制技術(shù)

智能協(xié)同控制技術(shù)是通過(guò)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境模型構(gòu)建及協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)群體能力在環(huán)境感知、信息處理、有效決策、協(xié)同作戰(zhàn)等方面的有效整合。該項(xiàng)技術(shù)主要解決無(wú)人水面艇編隊(duì)的群體自主認(rèn)知及決策問(wèn)題，包括無(wú)人水面艇編隊(duì)內(nèi)的協(xié)同認(rèn)知/協(xié)同決策，以及無(wú)人艇編隊(duì)與有人平臺(tái)的協(xié)同認(rèn)知/協(xié)同決策問(wèn)題。

3.4 ?布放回收技術(shù)

水面無(wú)人艇的布放回收技術(shù)是能否成功自主進(jìn)行作業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)。目前無(wú)人艇基本上都是以布置在母船上的小艇為基礎(chǔ)演化而來(lái)的，其布放和回收的方法主要基于有人工作艇的收放技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)創(chuàng)新和改進(jìn)。無(wú)人艇的布放和回收面臨的難題主要有布放回收自主作業(yè)的安全性、可操作性、系統(tǒng)的通用性和可移植性等。

目前，美國(guó)在此領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先水平，其已開(kāi)發(fā)出可用于無(wú)人水面艇布放回收的助力拖曳吊艙及自動(dòng)導(dǎo)引鉤錨系統(tǒng)，但仍然存在需要人員高度參與及高海況下操作人員存在安全隱患等問(wèn)題。

4 ? ?無(wú)人水面艇發(fā)展趨勢(shì)

4.1 ? 集群化和協(xié)同化

在復(fù)雜的近岸淺水海域存在的威脅多種多樣，單一的無(wú)人水面艇往往不能有效應(yīng)對(duì)。隨著無(wú)人水面艇的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，無(wú)人水面艇除了單獨(dú)執(zhí)行任務(wù)外，還需要多艘無(wú)人水面艇協(xié)同組網(wǎng)作業(yè)，共同完成更加復(fù)雜的任務(wù)。集群的無(wú)人水面艇通過(guò)大范圍的水上通訊網(wǎng)絡(luò)，完成數(shù)據(jù)融合、信息共享、任務(wù)協(xié)同和群體行為控制，實(shí)現(xiàn)多個(gè)體磋商、協(xié)同決策和管理，進(jìn)行群體協(xié)同作業(yè)。

4.2 ? 遠(yuǎn)航程、高航速和大型化

當(dāng)前無(wú)人水面艇主要應(yīng)用于內(nèi)河和沿海區(qū)域，隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展和無(wú)人水面艇廣泛應(yīng)用，無(wú)人水面艇將向遠(yuǎn)航程、高航速和大型化方向發(fā)展。當(dāng)前西方發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始研制遠(yuǎn)航程、高航速和大型化的無(wú)人水面艇，典型代表是“海上獵人”號(hào)。該型無(wú)人艇排水量達(dá)140 t、續(xù)航力達(dá)6 200 km、可持續(xù)執(zhí)行任務(wù)長(zhǎng)達(dá)30天。

4.3 ? 應(yīng)用范圍大、使命任務(wù)多功能化

當(dāng)前無(wú)人水面艇數(shù)量還不多，大部分用來(lái)承擔(dān)海上巡邏警戒、對(duì)潛作戰(zhàn)、電子對(duì)抗等任務(wù)。隨著智能控制技術(shù)、軟件系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、模塊化技術(shù)以及裝備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)的發(fā)展，無(wú)人水面艇將廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，可同時(shí)承擔(dān)多種使命任務(wù)，實(shí)現(xiàn)使命任務(wù)的多功能化。

4.4 ? 標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化

為實(shí)現(xiàn)無(wú)人水面艇研制風(fēng)險(xiǎn)低、研制費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、研制周期短、可批量化生產(chǎn)、性能質(zhì)量高、使用方便、具備較高的通行性的發(fā)展目標(biāo)，無(wú)人水面艇應(yīng)積極探索和推廣標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化的整體設(shè)計(jì);在研制期間根據(jù)相關(guān)電氣、機(jī)械、軟件任務(wù)載荷的標(biāo)準(zhǔn)接口和數(shù)據(jù)格式的要求，分模塊進(jìn)行總體布局和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)化與模塊化設(shè)計(jì)可使各系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)計(jì)，但同時(shí)又能提高各系統(tǒng)之間的融合水平，從而提升無(wú)人水面艇的綜合性能，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的可擴(kuò)展和可重構(gòu)性。

5 ? ? 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前我國(guó)正大力依托海洋資源優(yōu)勢(shì)，發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)及先進(jìn)裝備制造產(chǎn)業(yè)，對(duì)無(wú)人水面艇的市場(chǎng)需求快速增長(zhǎng)。無(wú)人水面艇必將在未來(lái)多個(gè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，對(duì)人類(lèi)水上工程應(yīng)用、海洋軍事活動(dòng)和海洋開(kāi)發(fā)建設(shè)等產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。當(dāng)然，發(fā)展無(wú)人水面艇裝備是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，國(guó)內(nèi)無(wú)人水面艇科研單位要立足現(xiàn)狀、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)開(kāi)展整體謀劃和頂層設(shè)計(jì)，緊密?chē)@國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略，組織關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，建立無(wú)人水面艇標(biāo)準(zhǔn)體系，引領(lǐng)并促進(jìn)無(wú)人水面艇快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]世界武器裝備與軍事技術(shù)年度發(fā)展報(bào)告2015[M].北京： 國(guó)防工業(yè)出版 ? ? ?? ? ? 社，2016.

[2]宋子龍. 水庫(kù)大壩水下無(wú)人探測(cè)技術(shù)實(shí)踐與進(jìn)展[M]. 黃河水利出版社，?? ? ? 2018. 09.

[3]宋喜紅，戚昕. 海洋船舶產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與前景研究[M]. 廣州：廣東經(jīng)? ? ?濟(jì)出版社 ， 2018.

[4]陳強(qiáng). 水下無(wú)人航行器[M]. 北京： ?國(guó)防工業(yè)出版社 ， 2014.

[5]自然雜志編輯部. 院士解讀科學(xué)前沿[J]. 上海大學(xué)， 2016.

[6]深度軍事編委會(huì). 無(wú)人裝備鑒賞指南 珍藏版第2版[M].北京： 清華大? ? ?學(xué)出版社 ， 2017.

[7]代威， 張?chǎng)?張瀝， 解春雷，惠俊鵬. 國(guó)外海洋無(wú)人航行器的發(fā)展現(xiàn)狀? ? ?及趨勢(shì)[J]. 兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2018.

[8]林劍峰， 馬善偉. 水面高速無(wú)人艇自主控制系統(tǒng)研究分析[J]. 船舶與? ? ? 海洋工程 ，2014.

[9]石昕陽(yáng)， 王彥碧， 郭露露， 江傳華. 水面無(wú)人艇編隊(duì)雷達(dá)電磁環(huán)境預(yù)? ? ?測(cè)方法[J]. 艦船科學(xué)技術(shù)，2019.

[10]方瀟澎， 李孝杰. “幽靈無(wú)人水面艇”現(xiàn)身. 解放軍報(bào)，2019.09.27.