潛載UUV的作戰使用分析*

蔣榮華

(92730部隊裝備部 上海 200000)

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潛載UUV的作戰使用分析*

蔣榮華

(92730部隊裝備部 上海 200000)

潛載UUV能夠將母艇和UUV的能力結合起來,使它們的能力得到增強。首先概要介紹了目前典型的潛載UUV系統和目前國內外的研究現狀,詳細分析了潛載UUV在戰場對抗中的使命任務和作戰使用,最后指出了發展潛載UUV的關鍵技術及面臨的技術難題。

水下無人航行器(UUV); 潛艇; 作戰使用; 水下戰

Class Number U674

1 引言

UUV(Unmanned Underwater Vehicle)也稱為無人水下航行器,是一類無人控制、自帶能源、自主導航與控制、自動力推進和自主作業的水下機器人,可廣泛應用于偵察監視、情報收集、跟蹤、預警、通信中繼、水下攻擊等各方面。UUV作為一種海上力量倍增器,在未來海戰中有不可替代的作用。UUV雖然可自主航行,但無論是人工實時遙控還是按預設程序自主航行工作,均需有一個基地或母船作為保障平臺,完成對UUV的投放、控制、回收和維護等工作。相比水面布放,通過潛載UUV的布放與回收更具有隱蔽性。潛載UUV的布放方式主要有魚雷管發射型、水下發射管發射型、艇外垂直發射型等方式。水下回收方式主要包括牽引回收、機械臂回收、直接對接回收、附著在潛艇外側回收等。總之,與水面回收相比,潛載UUV可水下回收,不容易受外界環境影響,可以保證回收時的隱蔽性,更適用于作戰使用。

2 典型潛載UUV系統

美海軍最早的UUV是用制式Mk-48重型魚雷改裝而成。而第一種實用潛載UUV為Mk-30型UUV,主要用于反潛戰中模擬潛艇的反射特征,進行干擾和誘騙。目前美海軍正在研制的典型潛載UUV有以下幾種:

1) “烏賊”(Manta)UUV系統

“烏賊”是美海軍水下戰中心于1996年提出的一種UUV方案。該UUV呈扁平狀,長近15m,航速5kn,水下續航能力8小時,航程50km,裝有模塊化的不同武器系統和傳感器系統,其主要的作戰應用有:自行潛入危險水域或地方海港,監視水下動態,搜捕水下目標,偵察和情報收集;作為網絡中心戰的一個節點,通過聲學、無線電、衛星通信等手段,發揮戰場前置傳感器的作用;尾隨已發現的目標,在適當距離用自帶的武器發起攻擊。“烏賊”UUV的特點是可更換不同有效載荷,可重復使用,在未來戰場使用價值不僅限于自身的攻擊作戰能力,而主要在于它與母艇、其他UUV和水面平臺的協同配合能力。“烏賊”UUV主要供“弗吉尼亞”級核潛艇使用。

2) 遠程水雷偵察系統

遠程水雷偵察系統是由近程水雷偵察系統改進而成的UUV,主要用于雷區情報收集和水雷識別與定位。該系統裝有用于搜索和避障的前視聲吶、用于對目標定位和分類的側掃聲吶等傳感器。導航精度高、虛警率低,對目標定位誤差僅有十幾米,其獨特之處在于采用雙魚雷管發射和回收[7]。

3) “海馬”UUV系統

“海馬”UUV呈魚狀,長8.6m,直徑996mm,重4500kg,有效載荷280kg,最大航速6kn,可在半徑90km的范圍連續工作125小時以上。作戰使用時由潛艇的彈道導彈發射管投放,由瞄準線射頻系統、衛星通信系統和水聲裝置與潛艇保持通信聯絡。為美海軍執行深海探測,在水下完成遠程情報、監視和偵察任務,還可以完成反水雷和跟蹤潛艇的監視任務[5]。

其他國家研制的典型UUV系統還包括:英國的“護身符”UUV、“阿里斯特”中型UUV、德國的“海獺”UUV、澳大利亞的“海龜”UUV、“休金”-1型UUV[6]。根據美軍的預計,UUV將在2025年左右形成全面戰斗能力,屆時,無人潛航器將成為奪取水下戰場優勢“制高點”的利器,為全面獲取水下戰場的主動權發揮重要作用。

3 潛載UUV的作戰使用

目前發展和裝備UUV部隊已經是世界各主要海軍國家的共同認識,潛載UUV已經成為當前各國發展水下力量的一個重要方向。我國在UUV方面的研究已取得了不少成果,但在作戰應用方面尚在理論研究階段,因此,我國應積極開展潛載UUV在作戰使用方面的相關研究。

UUV目標小、續航時間長、使用方式更靈活,功能更強,外形更多樣化,而且潛艇布放保證了其隱蔽性,多數情況下可以反復使用,在搜索偵察、遠程攻擊、潛艇防御、自主作戰以及水下網絡作戰等方面都可擔負更重要的任務,并且能夠提高潛艇的作戰性能。潛載UUV在作戰中的作用主要包括以下幾個主要方面。

1) 潛載UUV的搜索與偵察

搜索和偵察功能主要是指收集和傳送多種形式的數據,在敏感區域或潛艇難以到達的區域,UUV可自主完成水下搜索任務,它可作為一個艇外傳感器或獨立武器平臺,在不增加母艇危險的前提下擴大探測范圍。在危險海域,我方潛艇可以使自己保持在安全海域,由攜帶先進探測系統的UUV在前方長時間地執行偵察警戒任務,該區域可以是敵方艦艇經常出入的潛艇基地、港口和重要運輸線附近的海域,一旦發現敵方艦艇,則及時與指揮中心通信,并根據指揮中心的命令執行跟蹤或攻擊使命。多艘偵察型UUV可以組成一個移動的水下偵察、監視網絡,該網絡可以布放于某一固定海域執行任務,可以根據作戰需求前往某一敏感海域布放,執行偵察和監視任務。

2) 反水雷作戰

由于受到海洋探測技術的制約或地方海上力量的組織,水下平臺可能是在沖突早期唯一適合的作戰資源,也是在防御階段對抗敵方水雷的唯一力量,而潛載UUV作為自主控制的無人水下平臺,使其成為執行危險任務的最佳裝備。在執行反水雷作戰任務時,由潛艇在敵方海岸外的安全位置發射一艘或多艘UUV,UUV自主航行或操作人員通過光(電)纜控制隱蔽搜索敵區水雷或潛艇,將偵察信號發回潛艇或依靠自身的軟件系統進行目標識別。通過分析主動聲吶探測到的信息,可以得到精確地水雷分布位置數據,繪制出雷區圖,如圖1所示。然后通過自身攜帶的己方掃雷反潛兵力實施精確滅雷彈藥和反潛等方式為水下或海上特遣編隊開辟安全巷道提供保障。這樣UUV可以在有效清除敵方水雷和潛艇威脅的同時保護己方有生作戰力量免受損失。

圖1 潛載UUV搜索水雷示意圖

3) 反潛作戰

潛載UUV在反潛作戰中的作用主要體現在三個方面:首先,在敵港口、基地或敵潛艇水域附近執行監視、搜索、跟蹤任務的難度非常大,其它平臺難以開展工作,而UUV可由潛艇在安全區域布放,自主航行到指定區域,因此UUV可以作為己方潛艇的外部水聲傳感器平臺,進行區域性搜索和偵察,或部署在敵方潛艇水域,進行水下監視和跟蹤,收集情報,提供給其他反潛平臺;其次可以作為誘餌把敵潛艇引入己方火力范圍,然后在其他兵力的協同下圍殲敵艇;UUV還可以作為大型潛艇遠距離航渡時的通信中繼站,使潛艇不再為通信聯絡而浮出海面,從而提高潛艇的隱蔽性。

圖2 潛載UUV反潛作戰示意圖

4) 水下潛伏式自主作戰平臺

UUV可作為自主水雷布放平臺,也可用于發射遠程魚類、發射遠程導彈、發射攻擊UUV和布放水雷防御裝置等。潛載UUV因此可以作為水下潛伏式自主作戰平臺。根據戰術需要,由潛艇將UUV進行遠程布放,長期隱蔽的潛伏在預定海域。由于其自身背景噪音低,有利于探測安靜型潛艇或航母編隊,一旦發現目標,可以實施近距離偷襲。與水雷相比,UUV作為自主作戰平臺,具有智能性、長期性、隱蔽性和可回收的優點。還可利用UUV的隱蔽性,由潛艇將UUV布放在敵預警機的巡航區域,UUV接收外部指揮信息,發射導彈對敵預警機進行突襲。

5) 水下防御作戰

大航程、隱蔽性使得UUV成為一種有效的信息或武器平臺,可以隱蔽接近偵察、干擾甚至攻擊毀傷,近距離發射武器等。因此,UUV的特點非常適合于潛艇的防御作戰,它可以作為欺騙目標、壓制設備或佯動目標,掩護潛艇的行動。作為聲誘餌、聲干擾器也是UUV的一種功能,可以模擬潛艇的聲學特性,接近敵方主動聲吶信號,并復制模擬欺騙信號,或直接產生潛艇的模擬聲信號,達到混淆敵方探測設備,保護我方潛艇的目的,見圖3。UUV同傳統誘餌區別在于它可以不受發射平臺的限制,體積更大,功能更強,工作時間也更長,可以模擬潛艇的運動特性,同時可以回收重復使用,UUV在防御作戰中使用,可以改變現有防御系統在受到威脅時才進行被動防御的模式,轉而成為更為積極的主動防御模式,掩護并輔助潛艇完成攻擊、偵察或通過威脅海域的任務[8]。

圖3 潛載UUV模擬欺騙信號示意圖

6) 戰斗支援功能

UUV可以作為戰斗支援平臺,參與水下作戰,提高水下作戰效能,保障我方重要作戰目標的安全性。利用其隱蔽性和智能化的特點,UUV在水下可以完成攻擊目標指示、通信中繼、輔助導航、信息中轉等輔助作戰功能。當被攻擊目標有著強大的反潛能力時,我方潛艇難以接近對方目標,就需要對目標進行遠程攻擊,UUV能夠為魚雷提供目標指示;在輔助作戰過程中,UUV主要用于不同平臺之間,海上、岸上甚至是空中的重要通信及導航連接。如UUV可以作為一個水下平臺和艦隊之間的信息中轉站,或是可以隱蔽地浮到水面展開天線,進行通信和導航。如果敷設了水下通信網絡,作為未來海戰的偵察、通信網絡。則UUV既可以通過該水下通信網絡與指揮中心進行雙向通信,及時傳輸偵察信息;也可以作為該水下通信網絡的網絡結點,作為通信中繼裝置。作為導航的輔助,UUV可以為臨時浮標布置到指定的區域,或者迅速浮到水面為軍事行動提供信息或通信服務;UUV也可以在水下平臺與GPS或其他導航工具之間提供連接,避免水下平臺的暴露危險[1]。

圖4 潛載UUV的通信中繼功能示意圖

4 潛載UUV的關鍵技術

1) 潛載UUV的布放與回收技術

目前對UUV水下回收裝置的設計與回收方法的研究進展緩慢,尤其是潛載對UUV的回收技術。潛艇回收UUV系統既涉及UUV載體的設計又涉及到潛艇結構的設計,UUV的發射回收裝置應降低對潛艇動力性能和隱蔽性的影響。潛艇的回收系統必須能夠精確引導UUV到達母艇,同時不能危及母艇的隱蔽性和安全,與母艇融為一體,便于保養。在潛用UUV的回收過程中,必須盡量減少聲納通訊,保證隱蔽性;提高導引精度,減少導引時間;降低UUV與潛艇的相對速度,潛艇與水流的相對速度,以減少潛艇運動對UUV的水動力擾動。為了潛艇回收UUV技術的成熟應用,還有許多方面的工作要做[2]。

2) 水下通信技術

潛艇與UUV的水下通信是UUV開發中遇到的一個至關重要的難題。潛艇對UUV的監測、重新規劃、傳輸數據、回收和多體協同等都要依賴水下通信技術。水聲通信對UUV是一種比較理想的方式,是目前水下中遠距離通信的唯一方法。實現潛艇與UUV水聲通信的最主要障礙是隨機多途干擾問題,為了實現各種海洋環境下的中遠距離高數據率通信,需要解決多項技術難題,如研究新型的新航處理方法。迄今為止,只有極少數國家在水聲通信領域取得了突破性進展,達到使用的程度。

3) UUV的運動控制技術

UUV的運動具有明顯的非線性與交叉耦合性。為了完成不同的任務,要求UUV在多個自由度上有較高的控制精度。所以,需要建立完善的集成運動控制系統,同時將信息融合、故障診斷、容錯控制策略集成。復雜的海洋環境對智能規劃與決策系統、潛載UUV的布放回收控制提出了較高的要求。海洋中海流的大小與方向不僅與實踐有關,而且隨著地點的不同而變化[3]。對UUV的智能規劃與決策技術和布放回收技術來說,海流的影響是必須考慮的干擾因素。

4) 水下精確導航技術

UUV的導航系統必須提供遠距離及長時間范圍內的精確位置、速度和姿態信息,目前國外的UUV均采用小型慣性導航系統。由于受到國外技術限制,往往無法采用這種系統作為UUV的導航系統。而采用光纖陀螺與多普勒速度計或相關速度儀組成船位推算系統,并利用GPS系統定期修正,是UUV現實可用的導航技術,在一定范圍內能夠滿足任務要求,但導航精度還遠不及慣性導航系統。為了完成某些任務,UUV有時需要在較小的范圍實現精確定位。目前,通常的是水聲定位技術,包括長基線、短基線和超短基線三種形式。為了滿足未來UUV對水下導航技術的需求,國內外都在探索重力導航系統、海底地形導航系統、地磁場導航系統等新型導航系統,但是這些系統的實用化還有待于一批關鍵技術的突破。

5) 能源動力技術

針對自帶能源的UUV,其在水下的續航能力、航速和負載能力均受制于能源和動力技術。因此能源動力技術將是其向遠程、大范圍、長時間作業發展的關鍵。高效的能源技術、低能耗的系統開銷以及能源的后續補充都是UUV系統持續工作的保障。目前面臨的兩大難點是,一是能量需求大,以滿足長時間遠程作業;二是電池重量和體積受限[4]。

6) 指揮控制技術

隨著UUV導航、通信、控制、傳感器技術已逐漸成熟,部分技術已經開始走向實用化。然而對潛載UUV的指揮控制技術的研究卻進展緩慢,尚有許多工作要做,例如為指揮員建立多種作戰指揮模型和算法。亟需開展研究的有:潛載UUV的功能模型研究,確定能向UUV分配的任務范圍,UUV能做出回應的基本的命令;執行能力模型研究,確定UUV能以多快的速度移動,移動范圍能有多遠,航路如何規劃,武器以及傳感器的作用范圍以及效能,在各種威脅下自我防衛的能力,通信資源的連接性和有效性以及后勤保障支持需求;行為模型研究,確定下屬單元指揮員在訓練和接收到特殊指令的基礎上如何對一系列范圍很廣的情況做出回應:如何使用機動性,武器、傳感器和通信能力。

5 結語

目前包括美國海軍在內的世界海軍強國正根據規劃加緊發展潛載UUV系統,我國在潛載UUV方面的研究也正引起越來越多的關注。現階段由于潛載UUV的系統設計、自主控制、通信、動力、布放回收等技術瓶頸尚未完全突破,限制了其在戰場作戰效能的有效發揮。盡管目前潛載UUV在海戰中的應用還處于初級階段,但隨著相關技術難題的突破,相信潛載UUV一定會在未來高科技信息化海戰中發揮更大作用。

[1] 王蓬.軍用UUV的發展與應用前景展望[J].魚雷技術,2009,17(1):5-9.

[2] 王穎(譯).常規潛艇上水下無人運載器的綜合有效釋放和回收[J].潛艇技術,2008(6):58-70.

[3] 徐玉如,蘇玉民.關于發展智能水下機器人技術的思考[J].艦船科學技術,2008,30(4):17-21.

[4] 郭鳳水,袁思鳴,劉強.軍用UUV使命任務和裝備性能分析[J].2007,2(5).

[5] Goodman, G. W. (Jr), “UUV Breakthrough”, SeaPower, 27th April 2006.

[6] Nick Brown. Navy League 2013: SSGNs to explore novel UUV operations. International Defence Review, 11-Apr-2013.

[7] Geoff Fein. Us Navy explores extreme-range UUV tethering, International Defence Review[J]. 23-Apr-2012.

[8] 黃振中,王春雷.美國海軍轉型中的無人潛航器[J].潛艇學術研究,2007,25(5):78-78.

Application Analysis of Submarine UUV

JIANG Ronghua

(Equipment Department, No. 92730 Troops of PLA, Shanghai 200000)

Submarine UUV combines parent submarine and UUV’s ability to enhance their capabilities. Firstly, an overview of the current status of research typical UUV systems and submarine at home and abroad is introduced, and a detailed analysis of the potential use of UUV is set out, and the key technique and problems for developing submarine UUV are pointed out.

UUV, submarine, combat use, undersea warfare

2015年4月8日,

2015年5月29日

蔣榮華,男,工程師,研究方向:潛艇武器裝備。

U674

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.10.005