潛載UUV研究現狀分析

王海濤，梁 鏡，單俊杰

（1. 海裝武漢局駐宜昌地區軍事代表室，湖北 宜昌 443003；2. 中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003；3. 海裝駐武漢地區軍事代表局，湖北 武漢 430064）

0 引言

潛艇以其隱蔽性優勢成為目前海軍執行隱蔽任務的關鍵裝備之一。當前潛艇主要是依靠前期情報研判和自身偵測手段，結合有限的外部信息指令開展水下行動。因此，潛艇在實際作戰中面臨一些問題，例如復雜情形下的水下航行安全、目標探測定位、近程立體警戒等問題，這使得潛艇的作戰效能受到一定沖擊。

UUV（Underwater Unmanned Vehicle ) 作為高技術水下無人作戰平臺，在情報監視與偵察、反水雷、反潛跟蹤、水下救援等領域發揮著越來越重要的作用。與潛艇相比，UUV具有隱蔽性強、智能化程度高、無人員傷亡、成本低、建造速度快等特點，但UUV一般航程相對較短，無法在水下長期值守。潛艇上搭載 UUV，能夠延伸潛艇的安全作戰半徑，有效增強潛艇水下作戰能力。在實際使用中，潛載UUV可在保持潛艇安全的前提下，執行水下偵察、水下干擾、水下通訊中繼、反水雷作業等軍事任務。因此，潛艇與UUV裝備協同作戰能不斷更新與充實潛艇功能，對提高潛艇的綜合性能具有重大意義[1]。

正是由于UUV與潛艇協同作戰時優勢互補，能形成新的作戰能力和作戰手段，近些年世界各海洋強國對潛載UUV開展了大量研究，在UUV和潛艇協同作戰上取得了一系列成果，形成了一批功能強大的潛載UUV裝備。本文將從UUV和潛艇協同作戰模式研究、潛載 UUV關鍵技術與潛載UUV裝備發展3個方面對潛載UUV的研究現狀進行綜述，以期為我國潛載UUV的發展提供參考。

1 潛載UUV 的作戰使用

潛載 UUV作為近些年才出現的新型海軍裝備，目前其作戰實踐較為匱乏，因此需對其作戰使用思想與理論進行研究，從而為相關技術、裝備的發展與作戰應用提供指導。當前潛載UUV 的作戰使用理論研究主要形成了如下幾個典型作戰模式。

1.1 反水雷作戰

水雷屬于一種安靜型水下武器裝備，而潛艇為保證其水下隱蔽性，一般不會開啟主動聲吶目標探測系統，因此實際使用中潛艇反水雷能力較弱，這使得水雷成為了潛艇執行任務時的重要威脅。相對而言，UUV體量小、噪聲小、成本低、無人智能化程度高，十分適合進行反水雷作戰。通過潛載方式，UUV可克服航程小、速度慢等短板，伴隨潛艇執行開辟航道、敵特定區域反水雷任務，如圖1所示。

圖1 潛載UUV反水雷作戰Fig.1 Submarine-launched UUV used for mine countermeasures

1.2 目標偵察

對敵艦船聲紋信息偵察是各海洋強國十分重視的一項作戰任務，其能為艦船識別積累先驗數據，正源如此，艦船（特別是潛艇）的聲紋信息是各海軍的核心機密。由于潛艇進入遠海以后，隱蔽性很強，因此很難在遠海捕獲其聲紋信息，而一般情況下艦船（包括潛艇）幾乎不可能深入敵方潛艇出入的軍港進行偵察。小型UUV由于隱蔽性更好，可在近岸港口區域執行偵察任務，因此可通過潛載方式將 UUV攜帶至目標水域外海，然后釋放UUV，利用UUV隱蔽性抵近敵方軍港執行偵察任務，如圖2所示。

圖2 潛載UUV近岸偵察作戰Fig.2 Submarine-launched UUV used for near shore reconnaissance

1.3 水下自主作戰

近些年具備搭載水雷、魚雷、甚至導彈等攻擊載荷的平臺級UUV得到了長足發展，這類平臺級UUV雖然航程有很大提升，但一般仍遠不如潛艇?？捎蓾撏⑵脚_級 UUV隱蔽布放至靠近目標水域，UUV可長期隱蔽潛伏在預定海域，根據戰術需要進行自主作戰或接收外部指揮信息進行作戰。

1.4 UUV協助潛艇作戰

文獻[2]對UUV與潛艇協同作戰進行了研究，可以總結為以下2種UUV協助潛艇作戰模式：1）護航警戒模式。該模式下，潛艇通過控制具有自主偵查能力的 UUV，進行水下航道與近程全方位的警戒偵查，以實現對預定航路的偵查和預警突發情況。2）目標信息支援模式。該模式下，潛艇可利用UUV的隱蔽性與靈活機動智能性的特點開展目標信息偵察，為潛艇提供目指信息，還可以利用UUV協助潛艇與外界通信。2種模式的作戰示意分別如圖3與圖4所示。

圖3 護航警戒模式示意圖Fig. 3 Schematic diagram of escort alert mode

圖4 目標信息支援模式示意圖Fig.4 Schematic diagram of target information support mode

1.5 欺騙作戰

潛艇可搭載具備聲干擾、聲誘餌功能的UUV，當遇到位置信息已暴露、被敵方鎖定這樣的緊急時刻，潛艇可布放聲干擾或者聲誘餌UUV，利用UUV模擬敵方主動聲吶信號，干擾敵方主動聲吶，模擬我方潛艇聲學特性，誘騙敵方被動聲吶，從而達到欺騙敵方保護我方潛艇的目的。例如俄羅斯的“代理人”型是一種專門用于模擬真實潛艇物理特征的自主水下航行器[3]。

2 潛載UUV關鍵技術

潛載UUV作戰需要有人平臺與無人平臺的交互，涉及到多項關鍵技術。雖然當前世界范圍內僅美國有潛載UUV裝備的定型交付，但近些年潛載UUV已成為無人系統研究的一個熱點，并有多型潛載UUV樣機投入試驗，在一些關鍵技術研究上取得了較為豐富的成果。例如文獻[4]-[7]對潛載UUV自身相關的關鍵技術進行了介紹，本文重點總結與有人平臺、無人平臺交互相關的3項關鍵技術的發展情況。

2.1 潛載UUV的搭載布放技術

潛載UUV作戰中首先要解決UUV在潛艇上的搭載布放問題。搭載形式的設計至少要考慮以下2個要素：1）搭載后對潛艇的航行與使用是否造成影響；2）搭載形式是否方便UUV布放與回收。目前的研究主要形成了以下幾種搭載布放方式：魚雷/導彈管搭載、塢艙式搭載、背負式搭載[8]。

魚雷/導彈管搭載顧名思義即利用潛艇上固有的魚雷與潛射導彈發射管搭載布放 UUV。該方式的優點是利用潛艇上固有的設施進行改裝，對潛艇的影響很小，缺點是僅滿足與魚雷（或導彈）口徑相近或更小口徑的UUV進行搭載布放。美國“洛杉磯”級攻擊型核潛艇即是利用改裝后的魚雷管搭載布放1套水雷偵察型UUV系統，該系統已完成交付。美國正在將“俄亥俄”級彈道導彈核潛艇改裝為巡航導彈核潛艇，改裝后的“俄亥俄”級導彈核潛艇可配置1個大型UUV（例如“海馬”UUV和 XRay UUV）和多個直徑不大于 533 mm的UUV[9]。

塢艙式搭載指的是在潛艇艏部或者上層建筑部位，設置1個大型透水塢艙，將UUV布置在塢艙內，通過一定的動作機構完成UUV的布放與回收（如圖5所示）。與魚雷/導彈管搭載方式相比，該方式對UUV的口徑要求較寬松、搭載數量大、更靈活，并能滿足較大型UUV的搭載，缺點是需對潛艇進行較大改裝。

圖5 典型塢艙式搭載示意圖Fig. 5 Schematic diagram of typical warehouse loading

背負式搭載是通過在潛艇外安裝專用殼體外艙，從而形成一定存儲空間，實現UUV和相關布放回收設備的搭載（如圖6所示）。文獻[10]將背負式搭載分為直接式背負與間接式背負2種方式，例如美國的DSRV和Manta型UUV擬采用的就是直接式背負方式搭載。與前 2種搭載方式相比，背負式搭載的優點是能滿足大型甚至超大型UUV的搭載，其缺點是較難在已列裝的潛艇上進行改造，即使完成改造也會對潛艇的航行與作業有一定影響，因此該方式較適合在新潛艇建造時統籌設計實施。

圖6 典型背負方式搭載示意圖Fig.6 Schematic diagram of typical piggyback loading

2.2 潛載UUV的回收技術

回收重復利用是潛載UUV實戰使用中需要解決的另一個關鍵技術。潛載 UUV的回收方式與UUV的物理特征、搭載布放方式緊密相關，不同的潛載UUV系統回收的方式各不相同，但一般都會經歷遠距離聲學導引、近距離光學導引、最后捕獲3個階段。

聲導引方式是在回收裝置中安裝1部聲吶，與UUV上的聲學設備配合，為UUV抵近回收裝置提供導引；還有一種是利用UUV自帶的高頻聲吶探測識別回收裝置使UUV獲得導引信息。光學導引是指當UUV十分接近回收裝置后，利用照相、攝像設備獲取的回收裝置位置信息為UUV進入回收裝置提供導引?；厥昭b置上往往安裝有捕獲機構，當 UUV靠近回收裝置后，捕獲機構完成對 UUV的捕獲，完成回收。

聲學導引、光學導引是UUV回收時比較常用的導引方式[10]，其關鍵在于UUV對導引信息的自主識別。而在回收捕獲上，潛載UUV系統的捕獲回收機構設計則需要根據UUV的特征進行比較精細的設計，當前比較主流的捕獲方式有：漏斗型捕獲、機械手捕獲、ROV有纜捕獲，如圖7-9所示。文獻[8]對這幾種捕獲方式的優缺點進行了總結。

圖7 漏斗型捕獲方式示意圖Fig.7 Schematic diagram of funnel capture method

圖8 機械手捕獲方式示意圖Fig.8 Schematic diagram of manipulator capture method

圖9 ROV有纜捕獲方式示意圖Fig.9 Schematic diagram of ROV capture method

2.3 潛載UUV協同技術

水聲通信技術是UUV組網協同的基礎，近些年國內水聲通信技術取得了長足的發展，高速率模式下通信距離可到幾公里，遠程低速率模式通信距離可達幾十公里[11]，為潛載UUV組網協同奠定了基礎。文獻[12]對多 UUV組網的拓撲結構進行了研究，建立了UUV組網的數據鏈路層的線性拓撲傳輸的自適應MAC協議和信道傳輸模型。以此為基礎，文獻[2]對潛載UUV有人與無人平臺的協同方式進行了總結，將其分為集中式、分布式和集散式3類方式，為潛載UUV系統的指揮控制、情報支援、智能決策提供了理論依據。

需要指出的是潛載UUV協同技術是個系統工程，除了需要成熟可靠的水聲通信、UUV智能控制等單項技術和組網方式等理論研究外，還需要解決無人系統與有人系統的接口、協議問題，才能實現兩者的交互配合，而這些問題往往需要在工程試驗中才能逐步解決和完善。但當前潛載UUV組網協同技術尚處于起步階段，僅美國完成了潛載UUV組網協同的演示驗證，國內尚處于論證階段，暫未見相關演示試驗的文獻與報道。

3 潛載UUV系統發展現狀

由于潛載UUV系統不僅需要研制適合潛艇布放回收的UUV裝備，而且涉及到對潛艇的改裝，甚至重新設計，其技術難度之高與工程造價之巨使得世界上僅有少數幾個國家具備研發潛載UUV系統的能力。

3.1 潛艇改裝情況

當前為實現潛載 UUV系統而著手改造潛艇的國家很少。美國在多艘“洛杉磯”級核潛艇上完成了魚雷管布放回收UUV的試驗，并至少有1艘“洛杉磯”級與“弗吉尼亞”級核潛艇已經完成改裝和裝備了1套近期/遠期水雷偵察系統。據2018年美國海軍消息，美國正在研發“‘弗吉尼亞’負載模塊”為后續改進型“弗吉尼亞”級核潛艇裝備UUV提供支持，并計劃于2024開始改進型核潛艇的設計，2034年開工建造。此外，美國電船公司為美國海軍“俄亥俄”級導彈核潛艇開發了一種用導彈垂直發射管布放/回收潛載 UUV的系統。該系統的重要組成部分之一是導彈垂直發射管布放/回收裝置模塊，專門用于改裝后的“俄亥俄”級導彈核潛艇。

俄羅斯在潛載 UUV系統的研發上也處于領先水平。俄羅斯已完成 09852型“別爾哥羅德”號特種任務核潛艇的改造，計劃由該潛艇作為運載潛艇，搭載“大鍵琴”-2R-PM型UUV至預定海域，釋放UUV執行測量、搜救或軍事任務。此外，俄羅斯對 20120型“薩洛夫”號潛艇進行了改裝，用作“波塞冬”型UUV的試驗平臺，同時，正在建造 09851型“哈巴羅夫斯克”號核潛艇，用于搭載“波塞冬”UUV。

此外，德國提出了改造212A級潛艇用于搭載“海獺”MKII無人水下航行器的計劃，瑞典開發出一種利用潛艇放出的纜控式無人水下航行器回收無人水下航行器的方法，并利用AUV 62F無人水下航行器進行了試驗，取得了成功。

3.2 潛載UUV裝備發展現狀

近十幾年，世界各海洋強國都十分重視潛載UUV裝備的發展。其中，美國在此領域的發展最為迅速，俄羅斯次之，兩國都展開了潛艇的改裝與適用于搭載UUV的新型潛艇的建造計劃。美國從小型魚雷管發射式 UUV到重型導彈管發射式UUV，再到大型背負式搭載UUV，全面展開研制。俄羅斯則看重戰略型核動力UUV的研制。此外，據公開資料，德國與瑞典也開展了潛載型UUV的研制，詳情見表1。

表1 潛載UUV裝備發展現狀Table 1 Development status of submarine-launched UUV equipment

表1 （續）

4 結束語

通過對潛艇、UUV協同作戰模式研究，與潛載UUV核心關鍵技術分析及國外潛載UUV裝備發展現狀梳理與分析，可以得出如下結論：

1）潛艇與UUV協同作戰能優勢互補，形成新的作戰能力和作戰手段。潛載UUV展現出了很好的應用前景。

2）潛載UUV的核心關鍵技術在于潛載UUV的布放、回收與協同技術。以美國為首的海洋強國，在進行相關技術攻關與試驗的同時，通過潛艇改裝與潛載UUV研制，已形成了潛艇與UUV協同作戰能力，并正在不斷提升中。

當前國內潛載 UUV正處于論證階段，參考國外發展經驗，對我國潛載 UUV裝備的發展建議如下：

1）以現役潛艇為母型，在不對潛艇進行大改造的前提下發展幾型功能相對簡單的潛載 UUV，例如通過魚雷管發射的小型掃雷、偵察型潛載UUV，以積累應用經驗；

2）理清幾種典型搭載方式下潛艇與 UUV之間的接口需求，通過系統設計、潛載UUV模擬試驗，提升潛艇與UUV的接口設計水平，逐步形成標準化的接口協議；

3）一旦標準接口形成，以作戰功能為導向，以“小平臺適應大平臺，大平臺兼容小平臺”為改進原則，在實際應用中不斷拓展潛艇與UUV的協同作戰性能。