國外海軍無人自主系統(tǒng)反潛戰(zhàn)創(chuàng)新運用研究

程之年，周明貴，高 萌

（中國船舶集團有限公司第七一四研究所，北京 100101）

0 引言

隨著各國擁有潛艇數(shù)量和戰(zhàn)技水平不斷提高，反潛戰(zhàn)難度亦不斷增大。美歐等國認為現(xiàn)有反潛戰(zhàn)戰(zhàn)法僅在敵方潛艇部署強度不大時有效，敵方一旦開始面向戰(zhàn)爭大規(guī)模部署潛艇，則現(xiàn)有反潛體系將難以應對，迫切需要加大無人自主系統(tǒng)的應用，創(chuàng)新反潛戰(zhàn)戰(zhàn)法，以重獲并鞏固水下優(yōu)勢。

1 當前反潛戰(zhàn)面臨的主要挑戰(zhàn)

過去10年，不依賴空氣推進的常規(guī)動力潛艇大量裝備各國海軍，這些潛艇擁有極佳的安靜性，往往擁有更先進的傳感器、通信系統(tǒng)和武器。中俄新一代核動力攻擊型潛艇和彈道導彈核潛艇已開始服役，規(guī)模不斷擴張[1]。

1.1 現(xiàn)有反潛戰(zhàn)法面臨失效風險

美國海軍認為目前的反潛戰(zhàn)法與冷戰(zhàn)初期的方法變化不大，反潛戰(zhàn)主要任務是情報搜集和監(jiān)視，而不是戰(zhàn)斗。這種反潛戰(zhàn)概念依靠固定的海底傳感器，如聲學監(jiān)視系統(tǒng)，或依靠配備拖曳陣列傳感器系統(tǒng)的艦艇來探測和初步跟蹤潛艇。隨后，由多架海上巡邏機和導彈驅逐艦對每艘敵方潛艇進行監(jiān)控，然后將其交由攻擊型核潛艇進行長期監(jiān)視。空射和水面平臺發(fā)射的魚雷殺傷力較低，很難直接擊沉潛艇[2]。當有人平臺和消耗品（如聲吶浮標或魚雷）耗盡或被用于執(zhí)行其他任務時，反潛戰(zhàn)行動會轉換為保護高價值目標的防御策略，而不是壓制靠近敵方水域的敵方潛艇行動。這可能導致敵方潛艇在公海活動，從而威脅美國及其盟國的航運和海上行動。

1.2 反潛戰(zhàn)耗資高且需消耗大量資源

美歐等國目前采用的反潛戰(zhàn)法需要消耗大量經(jīng)費和人力資源，并需要其他多任務平臺的支持，如驅逐艦和攻擊型核潛艇，而這些平臺還可能用于其他更重要的作戰(zhàn)任務中，如防空或反艦作戰(zhàn)。在各國國防預算持平或緊縮的情況下，這種反潛戰(zhàn)方法已成為日常運維的巨大負擔[3]，且在對抗或沖突中，很難持續(xù)應對敵方先進潛艇部隊的大規(guī)模部署。此外，目前反潛戰(zhàn)法使用的各類武器裝備，難以有效摧毀敵方潛艇。因此，美歐等都在發(fā)展創(chuàng)新反潛戰(zhàn)概念，積極將無人自主系統(tǒng)引入反潛戰(zhàn)體系，以提高反潛戰(zhàn)行動的有效性，降低作戰(zhàn)成本，并解放其他多任務平臺用于更重要的作戰(zhàn)任務中。

2 基于無人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念

美國基于無人自主系統(tǒng)的發(fā)展應用，提出了新型反潛戰(zhàn)概念，可分為進攻性反潛戰(zhàn)和防御性反潛戰(zhàn)2類。

2.1 進攻性反潛戰(zhàn)概念

進攻性反潛是新型反潛戰(zhàn)概念的主要手段，旨在迫使敵方潛艇困守本土水域，或使其忙于躲避跟蹤或攻擊。該方法主要依靠無人系統(tǒng)來探測、跟蹤和壓制敵方潛艇。

無人自主、可部署聲吶、自動聲學處理和通信網(wǎng)絡等成熟技術為潛艇探測、跟蹤和交戰(zhàn)創(chuàng)造新的機會，通過與更具進攻性的反潛戰(zhàn)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術相結合，可提升反潛戰(zhàn)力量壓制和拒止敵方潛艇的效率，并降低作戰(zhàn)成本。

新型無人反潛戰(zhàn)系統(tǒng)及構成要素如圖1所示，主要分為如下幾個階段。

圖1 新型進攻性反潛戰(zhàn)概念及構成要素Fig.1 Concept and components of new offensive ASW

1）獲取線索和探測。

使用傳感器在潛艇通過咽喉點和可能的運輸通道時進行探測，包括：①固定傳感器，如聲學監(jiān)視系統(tǒng)；②電子情報或電光/紅外衛(wèi)星；③可重新定位的傳感器，如“可靠聲學路徑轉換系統(tǒng)”；④移動傳感器，如由無人水面艇或超大排量無人潛航器配備的拖曳式被動聲吶陣列[4]，以及由中型無人水面艇配備的拖曳陣列傳感器系統(tǒng)[5]。無人被動聲吶將使用目標自動識別算法，并通過越來越多的機器學習來增強識別效率，以從海洋背景噪聲中識別特定潛艇。

2）跟蹤。

在探測傳感器獲取線索的情況下，配備拖曳式主動或被動聲吶的中型無人水面艇將持續(xù)跟蹤敵方潛艇。為了進一步定位或識別潛艇，中空長航時無人機可通過部署聲吶浮標，用雷達探測海洋情況，并使用無源信號情報能力來探測電磁傳輸。無人系統(tǒng)的搜索和跟蹤行動可通過固定或可部署的海底傳感器、現(xiàn)有配備拖曳陣列傳感器系統(tǒng)的艦艇或其他有機會配備拖曳式陣列的艦艇進行補充。

3）尾隨。

利用配備拖曳式主動或被動聲吶的中型無人水面艇，以及帶有雷達、光電/紅外和視覺傳感器的中空長航時無人機，在開闊海域自由地跟蹤敵方潛艇。在敵方潛艇本土水域外保持對潛艇的跟蹤，使其在沖突開始時能夠更快地參與戰(zhàn)斗，并通過反潛戰(zhàn)傳感器平臺尾隨潛艇獲取的線索，簡化本土防御中的反潛戰(zhàn)任務。公開尾隨時，可使用中型無人水面艇拖曳輕型低頻主動可變深聲吶，或使用滑翔式無人水面艇拖曳被動聲吶陣列，在數(shù)十海里外對敵方潛艇進行監(jiān)視；秘密尾隨時，可使用大量滑翔式無人水面艇或超大型無人潛航器拖曳被動聲吶陣列，并配合以布放無源聲吶浮標的無人機，在十幾海里遠的距離上追蹤敵方潛艇。

4）交戰(zhàn)。

根據(jù)一戰(zhàn)、二戰(zhàn)以及冷戰(zhàn)的經(jīng)驗教訓，在條件允許的情況下，反潛戰(zhàn)的交戰(zhàn)將優(yōu)先壓制潛艇而不是摧毀潛艇。中空長航時無人機使用小型、廉價的空射魚雷（如超輕型魚雷、深水炸彈或火箭推進深水炸彈）進行壓制攻擊。或者，尾隨中的中型無人水面艇在可接受的風險范圍內(nèi)接近目標潛艇，并發(fā)射短程防區(qū)外反潛武器，如帶有超輕型魚雷或深水炸彈戰(zhàn)斗部的反潛火箭彈，干擾目標潛艇的行動，使其更易于跟蹤。當必須摧毀潛艇時，反潛攻擊將集中在咽喉要塞的位置，部署無人系統(tǒng)，并有效地使用威力更大、更致命的武器，例如攜帶重型魚雷和水雷的超大型無人潛航器[6]。

5）指揮與控制（C2）。

無人反潛戰(zhàn)概念將采用人類指揮與機器控制相結合的指揮與控制方法。在敵方本土水域和咽喉點進行的無人搜索和跟蹤操作將高度自動化，傳感器將遵循由人工智能工具實時制定和修改的搜索計劃，以減少操作員的工作量。部署到該地區(qū)的操作員將通過在行動前和行動期間審查搜索計劃、為自主控制系統(tǒng)提供導航和指控，并在必要時接管這些系統(tǒng)，從而管理進攻性反潛戰(zhàn)行動。搜索計劃將由指揮官批準。人工指揮和機器控制將比全載人或全無人的部隊更有效，而且高技能人員及高價值平臺將更專注于認知任務和情景作戰(zhàn)，而不是持續(xù)的搜索和跟蹤活動。

2.2 防御性反潛戰(zhàn)行動

如果進攻行動失敗或敵方潛艇數(shù)量過多，可轉而采用防御性反潛戰(zhàn)行動，要求其海上編隊具備先發(fā)制人破壞敵方潛艇攻擊的能力。

如圖2新型防御性反潛戰(zhàn)概念所示，在敵方潛艇可能的行動區(qū)域，陸基中空長航時無人機和艦載無人機以常見的干擾敵方衛(wèi)星通信的頻率進行電子戰(zhàn)，削弱敵方潛艇接收第三方目標的能力；帶有低頻主動可變深聲吶的中型無人水面艇搜尋敵方潛艇或阻止其靠近；帶有被動拖曳陣列的中型無人水面艇、驅逐艦和護衛(wèi)艦將監(jiān)聽低頻主動聲吶信號以及抵進的敵方潛艇的頻率；指揮控制由美國海軍部署的P–8A或海軍編隊的驅逐艦或護衛(wèi)艦的指揮控制單元負責，可實現(xiàn)與P–8A直接進行視距范圍內(nèi)的通信，或通過艦載垂直起降無人機中繼（如MQ–8C）實現(xiàn)與驅逐艦或護衛(wèi)艦通信。

圖2 新型防御性反潛戰(zhàn)概念及構成要素Fig.2 Concept and components of new defensive ASW

探測到敵方潛艇時，可以使用裝備小型魚雷和深水炸彈的陸基中空長航時無人機進行交戰(zhàn)。如果未部署中空長航時無人機，則可以使用P–8A海上巡邏機或艦載無人機。如果在距離美海軍和海上部隊約50 n mile的范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)潛艇，則可通過驅逐艦或護衛(wèi)艦使用改進的反潛火箭彈進行攻擊[7]。

3 新型反潛戰(zhàn)概念作戰(zhàn)效能與成本對比案例分析

通過作戰(zhàn)場景分析可以發(fā)現(xiàn)，基于無人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念可滿足對更高反潛戰(zhàn)能力的需求，而且采購和運維成本較低。

1）虛擬背景。

美國情報機構提供的信息表明，中國海軍南海艦隊和東海艦隊的潛艇正在開始新的部署，隨時準備在西太平洋和菲律賓海發(fā)起行動。這些潛艇很可能對美國海軍、運輸路線以及日本南部和東部沿海地區(qū)造成威脅。需要進行為期1個月的反潛戰(zhàn)部署[8]。

2）傳統(tǒng)反潛戰(zhàn)法。

使用帶有多功能拖曳陣列的驅逐艦和帶有聲吶浮標的 P–8A巡邏機搜尋可能通過咽喉點的潛艇。一旦發(fā)現(xiàn)潛艇，由攻擊型核潛艇負責跟蹤和尾隨。當雙方發(fā)生沖突時，攻擊型核潛艇負責對敵方潛艇發(fā)動攻擊。

圖3 當前反潛戰(zhàn)概念運用Fig.3 Current ASW concept

但是，使用攻擊型核潛艇跟蹤和尾隨無法完全抑制對手，因為中國海軍目前有50多艘現(xiàn)代化潛艇，美軍估計其中超過24艘都部署在該咽喉點。因此，需要多架 P–8A、驅逐艦和潛艇監(jiān)視其通行路線，以便在交戰(zhàn)規(guī)則允許時發(fā)動反潛戰(zhàn)攻擊。

3）基于無人自主系統(tǒng)的新反潛戰(zhàn)概念。

用“可部署可靠聲學路經(jīng)轉換陣列系統(tǒng)”（TRAPS）等可靈活部署的固定傳感器陣列代替聲吶浮標搜尋場，只在固定傳感器探測到潛艇后，才使用中空長航時無人機部署聲吶浮標來跟蹤潛艇，大幅減少所需的飛機和聲吶浮標的數(shù)量，并采用多靜態(tài)有源相干聲吶浮標等精良傳感器可進一步改進潛艇跟蹤方案。潛艇駛離主動或被動聲吶浮標搜尋場后，使用配備低頻主動可變深聲吶或多功能拖曳陣列的中型無人水面艇進行跟蹤，與被動或多靜態(tài)聲吶保持聯(lián)系。交戰(zhàn)規(guī)則允許并且符合指揮官的作戰(zhàn)計劃時，跟蹤潛艇的中型無人水面艇就可以發(fā)動反潛戰(zhàn)攻擊。

圖4 新反潛戰(zhàn)概念運用Fig.4 New ASW concept

4）成本對比。

新反潛戰(zhàn)概念可降低反潛戰(zhàn)任務的運維成本，進一步節(jié)省費用。采用當前有人反潛戰(zhàn)方法，美海軍的采購成本約為200億美元[9]，作戰(zhàn)支援成本約為1.48億美元[10]；而采用新反潛戰(zhàn)概念，美海軍的采購成本約為17.54億美元[11]，作戰(zhàn)成本約為4 218萬美元[12]。

表1 傳統(tǒng)反潛戰(zhàn)法相關采辦成本Table 1 Procurement costs associated with manned ASW concept

表2 傳統(tǒng)反潛戰(zhàn)法相關運維成本Table 2 Operation and sustainment costs associated with manned ASW concept

表3 新反潛戰(zhàn)概念相關采辦成本Table 3 Procurement costs associated with unmanned ASW concept

表4 新反潛戰(zhàn)概念運維成本Table 4 Operations and sustainment costs associated with unmanned ASW concept

4 結束語

就反潛戰(zhàn)殺傷鏈各個部分而言，無人自主系統(tǒng)性價比更高且具有更高的可擴展性。盡管潛艇是一種十分高效的武器，但也存在一定的固有局限性。潛艇通常缺乏高水平的自衛(wèi)系統(tǒng)，無法做到完全隱藏，速度也不夠快。此外，潛艇的傳感器系統(tǒng)通常也無法快速評估正在對其發(fā)動的攻擊是否能夠成功。因此，潛艇既無法像水面戰(zhàn)艦一樣與其他平臺進行正面對抗，也無法像戰(zhàn)機一樣快速躲避攻擊。這些局限性決定了反潛作戰(zhàn)的一方可以利用大量低成本無人系統(tǒng)，通過偵察、跟蹤、干擾和攻擊手段對其實現(xiàn)壓制。無人自主系統(tǒng)在戰(zhàn)場態(tài)勢感知、自主控制和通信協(xié)同等方面能力的快速進步也為這一運用提供了充分的技術基礎。

在各國海軍大力發(fā)展水面、水下、空中無人系統(tǒng)的背景下，新型基于無人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念具有諸多優(yōu)勢，如可以解決當前有人反潛戰(zhàn)概念面臨的失效風險，顯著降低海軍反潛戰(zhàn)行動的采購和運維費用，并可將驅逐艦、護衛(wèi)艦等多任務平臺用于其他優(yōu)先等級更高的任務，與傳統(tǒng)有人反潛戰(zhàn)方法相比可更持續(xù)且有效。基于無人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念符合美海軍正在實施的“分布式海上作戰(zhàn)”概念的要求，有望被美海軍采納，我軍應密切關注基于無人自主系統(tǒng)的反潛戰(zhàn)概念的發(fā)展，積極應對。