美國無人潛航器的現狀發展

李良儀 宋佳平

摘 要：現今水下無人科技迅猛發展，隨著無人潛航器的不斷改進和應用，美國海軍的作戰能力進一步增強，美軍的水下立體攻防體系也更加完善。

關鍵詞：美國海軍;無人潛航器;發展趨勢

中圖分類號：TJ67 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）08-0233-02

在海洋國土概念不斷被強化的情況下，美國在多國海軍中首先提出建立水面水下立體攻防體系的體系概念。美海軍力量的不斷強大，除了在發展新型潛艇外，也將發展的部分重心放在了無人潛航器的發展上。美國所研發的新型無人潛航器，除了可以進行普通的電子探測和情報的傳遞之外，還可以用于水下水面通信監聽。這種技術的發展讓無人潛航器由“海底偵查員”向著“全能戰士”發展。美國水下體系的建立，對于各國都會在未來水下作戰中帶來很大的威脅和挑戰。研究美國無人潛航器，對于我國已顯得尤為重要[1]。

1美國無人潛航器發展狀況

美國最早于1957年開始研發最早的無人潛航器，當時研制的無人潛航器可持續在水下進行4h的作業。無人潛航器開始用于海底探測和研究，由于在海灣戰爭中，美國艦船收到水雷的嚴重威脅，美國開始確立無人潛航器解決水雷問題的課題，之后美國連續多年多次發布《無人潛航器計劃》，不斷建設由無人潛航器為主導的多層次，多方位水下立體攻防體系。隨著不斷研究，當前海洋環境下，美國的無人潛航器家族不斷完善，大中小不同型號的潛航器在海洋情報監測，數據采集，反潛攻防作戰，水雷戰不斷發揮著重大的作用。

2美國典型無人潛航器[2]

2.1“Remus600”

Remus600潛航器重500磅，長3.25m，由Hydroid公司研制，是一款在過去十幾年被多國海軍使用的便攜式無人潛航器。因為是一款低成本且高效率的裝備，所以被多國用于淺海航道的測量，水下多種水雷監測以及對搜尋物體進行探測的工作。因為采用的多模塊的設計，同時裝備著多種傳感器用于不同的環境。Remus600潛航器裝備著合成孔徑聲吶，雙拼側掃聲吶，聲學成像體系和GPS等。

2.2“藍鰭金槍魚-21”

Bluefin-21由于參加2014年馬航MH370搜救事件被大家關注，它是一款由美國藍鰭機器人公司設計并生產用于深海作業的無人潛航器。Bluefin-21具有很強的下潛能力，在不需要線纜拖拽的情況下，可達到4500m深的海底，并且可以根據作業需要進行配置多個傳感器和載荷，也可攜帶高清相機對海洋物體進行拍攝，對于發現目標進行精確定位。Bluefin-21在長航方便也具有很強的能力，在進行標準載荷配置下的作業時，在航速控制在3節時可在水下長時間持續工作達到25個h，每天的作業可對40平方英里的海底進行測繪。

2.3“黑魚”

各國海軍使用無人潛航器發展迅速，為了能夠更好地維持并且奪取水下軍事體系的優勢地位，美國海軍開始著力于改進發展大型水下無人潛航器（LDUUV）和超大型無人潛航器（LXUUV）。隨著發展，在2017年的4月代號為“黑魚”的大型水下無人潛航器被美國列入采購。Snakehead LDUUV的生產可以滿足于未來各種水下作業的操作要求，能夠有效地提高水下續航能力，對于航程和有效載荷托管能力也有很大的提高。美國海軍合理的利用大型水下無人潛航器在執行多元化的情報收集、海洋環境監測以及對于他國海軍的偵查有著很大的發展前景。長時間的續航能力可以更好地保障其在重要海域進行巡邏，更好地收集水體以及岸邊的數據變化信息。

2.4“回聲號”

現今對于美國的工商業在無人潛航器的關注焦點上，仍然是由波音公司和美國的亨廷頓.英格蘭斯工業公司兩家聯合設計制造生產的“回聲號”無人潛航器。Echo Voyager采用了油電混合的動力系統，在日常作業中靠電力進行驅動，但當在航程中電力不足情況下時，則可進行轉化燃油進行發電。數據顯示它可以攜帶大約3800L的燃油，這些燃油的量可以供給其從美國舊金山行駛到中國香港，并且中途不需要進行供給，也可以說Echo Voyager是一個可以橫跨太平洋作戰的兵器。它不僅具有長航能力，還有自帶的聲吶避障系統，以及慣性導航系統。

2.5“刀魚”

“刀魚”無人潛航器是2012年美國授權通用動力公司在“藍鰭金槍魚”的基礎上，歷時5年改造生產出的水下無人潛航器。是美國海軍在瀕海戰斗中涉及到水雷戰的重要組成部分，對于水下情況以及探測和識別水雷有著很好的性能。“刀魚”無人潛航器不同于別的潛航器，采用了鋰電池進行供電，數據顯示在完成一次充電之后可以在水下進行大于16h的作業，并且可以利用發射低頻電磁波對目標進行掃描，然后把目標圖像發回母艦進行數據分析。由于“刀魚”無人潛航器的產生，它獲取信息和態勢感知能力使得美國海軍現役的獵雷和探雷系統在作業的精確度和清晰度上都有著很大的改善。

3美國無人潛航器的研發趨勢

3.1構建反潛體系形成變革

美國現在仍然以海洋監測衛星、反潛直升機、水面艦艇、潛艇以及聲吶為主要裝備進行數據監測和信息反饋。在加入無人潛航器之后無論是從空間還是從數據的精確度都會對美國海軍所掌握的數據形成歷史性變革。通過多方位的數據協調，美國海軍的反潛體系建設更加完善，層次也更加分明，裝備種類的加多可以在數據上更加豐富，也可以使得各裝備工作時間進行互補，使得數據更加完善[1]。

3.2提高續航能力

在海洋作業或者海軍戰斗中，水下無人潛航器進行頻繁的補給是一件致命的缺陷，會對戰場造成很大的困擾，并且使得海戰喪失原有的優勢地位。2004年，美國在發布的《掌握無人潛航器計劃》中提到無人潛航器要適應長期的情報監測和作戰要求。美國立足于當前科技，需要不斷研發生產出長續航能力和高可靠性的動力推進系統，要將原有的幾十個小時提高到幾天甚至于幾周的航行時間。美國在能源電池上進行改革，采用自身發展和國際合作的方式研發無人潛航器高性能燃料電池。

3.3提高機動性能

物理研究中流體力學表示，一倍速度的提高，需要高達8倍的耗能，所以根據無人潛航器的速度顯示，目前大多數在5節以內。能源動力問題的無法解決大大限制了無人潛航器的速度和續航能力，使得水下滑翔機一再成為了無人潛航器的選擇。由于水下滑翔機在水下的航行軌跡控制和精度都難以滿足要求，尤其是在海洋環境復雜情況下，數據的采集和作業基本難以實現，面對威脅更是難以快速做出決定并主動應對敵方策略，因此限制了水下滑翔機的應用，也引出了發展無人潛航器機動性的必要性。解決機動問題根本在于解決能源動力問題，配置新的動力系統，例如采用核動力裝置可以有效地提高航速和機動性。除此之外美國海軍在海洋生物的啟發下，研究出了主動控制性曲狀機械鰭，可以更好地適應海洋水流環境，提高無人潛航器在水下的機動和感知能力[3]。

3.4海底預置武器平臺升級方向

無人潛航器是美國2013年開展的海底預置武器專項研究的成果之一。在作業海域進行預置無人潛航器可以代替潛艇進行長時間的書數據信息采集，不但能夠滿足隱蔽性的要求還能長時間的待機。美國因此研制出了兩型預置裝備，一款是可以在深海待機的“上浮式有效載荷”，在需要使用時進行遠程操縱，可快速釋放無人機、傳感器進行情報監測和打擊作業。一款預置在近海，可同時搭載多個小型無人潛航器，可在水下需要使用時喚醒，自主執行反潛作業。

4國外無人潛航器的前沿技術

4.1通信與導航技術

低成本并且高可靠性的廣域深水導航技術是當今各國研究的主要方向。美英等國在水下精確授時技術上進行了大量的研究，表明要將無人潛航器的行動導航設置為量子導航和深水導航定位系統。美國BAE公司計劃通過在海底海床安裝多個有分布的聲音源，來更好地采集數據信息來模擬GPS定位系統，從而來解決水上定位所造成的傳播距離遠的問題，與此同時也避免了因為GPS信號被干擾而造成的定位精度不夠高的情況。

4.2自主無人系統在GPS拒止環境下的組隊和合作

這樣的目標是2015年美國陸軍向工業界發布的資源尋求類公告，改善和提高無人潛航器在GPS拒止環境下的感知和應用能力也被重視。該項目的解決可以在GPS拒止環境下的精確測繪，目標定位，目標搜索等能力上開辟出一條獨特的新的應用前景。

4.3多方位多平臺合作技術

美軍近些年越來越重視多方位的協同作戰能力，在跨域作戰合作和信息共享上也做出了很多研究。無人潛航器的應用，在2015年的美軍反潛演練中得到了很好的應用，美軍就無人潛航器，無人機，無人艇之間的數據交互和信息共享在作戰作業方面有了很好地應用驗證。無人潛航器負責發現和識別水下環境數據信息，并將這些信息進行數據分享和傳遞，實現了多元合作共贏的局面[2]。

4.4多工能傳感技術的應用

無人潛航器在民用也發揮著很大的效用，大多數情況下的海水溫度、鹽度、密度、以及海底環境都是科研單位通過無人潛航器的不同程度和不同深度的拖拽進行的數據采集和測量。軍用的無人潛航器發揮的作用遠不止數據信息采集，它可以作為武器進行單獨作業和發起攻擊，并且對其他水下目標進行長時間的隱蔽監控。無人潛航器發揮的各種效能和作用主要依靠著各種多元化的傳感器進行的，發展多元傳感器的采集信息能力和合作能力也就變得很是重要。

4.5氫燃料電池的研究

無人潛航器的續航能力和速度的保障是其所攜帶的動力裝置系統，氫燃料電池的應用或許會成為未來的選擇。氫燃料電池從使用的意義上來講更像是一種可以攜帶的發電裝置，是直接將電池內的化學能轉化為電能。美國也一直致力于將氫燃料電池應用于無人潛航器的使用上，氫燃料電池的應用可以更好地為裝備提供這種零排放能源。海軍研究的無人潛航器是一種能夠長時間在水下進行作業的裝置，時間長達數月，未來氫燃料電池的應用不僅會解決能源問題還會解決補給時間的問題[3]。

參考文獻

[1] 伍尚慧.國外無人潛航器的發展現狀與趨勢分析[J].軍事文摘，2018（5）：18-20.

[2] 孫碧嬌，何靜.美軍水下無人作戰系統及其關鍵技術[J].水下無人系統學報，2017（10）：310-318.

[3] 王建斌，王志敏.UUV發展、應用及關鍵技術[J].信息與電子工程，2007（6）：476-480.