固定翼無人機反潛戰概念及典型反潛戰載荷

蘇金濤

江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222061

0 引 言

1 國外發展現狀

針對固定翼反潛無人機系統，世界各國廣泛開展了論證、開發和試驗驗證工作。其中，美國、英國和阿聯酋等國家在研發與應用驗證方面走在了前列，比較典型且代表當前發展水平的產品有美國的MQ-9“死神”（Reaper）無人機和阿聯酋的“聯合40”（United 40）反潛無人機。

2017年10月，美國海軍在一次海上演習中驗證了MQ-9無人機發現潛艇并對其進行持續跟蹤的能力。MQ-9無人機［3］（圖1）由美國通用原子航空系統（GA-ASI）公司生產，針對試驗驗證需要，在該無人機上加裝了聲吶浮標信號接收處理設備。在驗證中，由艦載直升機布放聲吶浮標，MQ-9無人機接收聲吶浮標信號，處理后將信號發送到數百英里外遠離目標區域的MQ-9無人機地面控制站［4］。此外，美國超電子（Ultra Electronics）公司還為MQ-9無人機開發了可攜帶聲吶浮標的特種吊艙，用于該無人機自主布放聲吶浮標，使其可以更快速地覆蓋更大的海域面積。雖然在此次試驗中未演示MQ-9無人機的攻潛能力，但其展示的搜索、跟蹤能力和情報共享能力是美國海軍將固定翼無人機納入其有人/無人協同反潛體系作戰的具體體現。

阿聯酋ADCOM系統公司在2011年展示了其研發的“聯合40”無人機（圖2），基于該型無人機，該公司與意大利芬梅卡尼卡集團下屬的懷特·阿萊尼亞水下系統（WASS）公司合作，共同研制了一型承擔反潛作戰任務的衍生機型，并于2015年首次對外展示了“聯合40”反潛型無人機的全尺寸模型?！奥摵?0”反潛型無人機的帶載能力為1 050 kg，可以攜帶聲吶浮標和輕型魚雷，在布放聲吶浮標后，仍可攜帶1枚輕型魚雷繼續在任務區域巡航16 h。多架“聯合40”反潛型無人機可協同工作，針對某個探測區域共同布放聲吶浮標，直接處理和分析聲吶浮標接收到的聲音信息，然后根據作戰需要通過數據鏈在協同作戰平臺間分發［5］。ADCOM系統公司還設想將“聯合40”反潛型無人機作為專用反潛武器投放平臺，將輕型魚雷投放到目標威脅區域，使有人反潛平臺保持在潛艇危險區域之外，并于2015年完成了“聯合40”反潛型無人機投放聲吶浮標和輕型魚雷的相關試驗驗證。

此外，英國、加拿大等國家也開展了固定翼反潛無人機系統的研究。早在2012年，英國國防部就開始尋求研制新一代海上反潛無人機，該無人機將具備偵察及攜帶反潛導彈攻擊潛艇的能力。加拿大利用TD100無人機，通過磁力計等傳感器探測了水下潛艇目標，在陸地和海上開展了多次相關試驗［7］。

綜合國外固定翼反潛無人機及其他無人反潛作戰平臺的發展現狀，可以預測，在今后一段時期內，固定翼反潛無人機系統將向長航時探潛、“搜攻潛一體化”、自主反潛作戰的方向發展。

2 固定翼無人機反潛戰概念

2.1 概念描述

固定翼無人機反潛戰與水面艦艇、固定翼反潛機、潛艇等傳統反潛戰具有相似的基本特征，即在反潛作戰體系的統一指揮控制下，利用自身攜帶的探潛裝備和攻潛武器，對潛艇等水下目標實施搜索和攻擊。但固定翼無人機的自身特點決定了它與傳統平臺的反潛戰有著不同之處，主要體現在集群或與其他系統的協同作戰、自主作戰、搜攻一體等方面。

首先，雖然固定翼反潛無人機系統可以單獨完成反潛作戰任務，但囿于目前的帶載能力，一架固定翼無人機難以有效實現反潛作戰的目的，不過固定翼無人機系統成本低，可以組成大機群實施反潛作戰。美國、英國、阿聯酋等國固定翼無人機的反潛應用驗證表明，固定翼無人機作為反潛作戰體系中的組成部分，集群作戰和與其他反潛系統的強交聯是其本身固有的屬性。

其次，由于成本低，固定翼反潛無人機系統可以對作戰海域保持大范圍、長時間的有效控制，故相比于其他反潛兵力，無人機有著明顯的優勢。為了實現低成本、大范圍、長航時的系統特點，固定翼反潛無人機需要具備一定的自主作戰能力，使其能在作戰過程中自主完成協同控制、任務規劃、飛行控制、情報分析、載荷控制和故障診斷處理等一系列工作，以減少對通信和控制端的過分依賴。

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最后，潛艇、無人潛航器等水下目標以隱身見長，若固定翼無人機探測到水下目標后再進行反潛火力召喚，將使水下目標有了逃脫的窗口期。對于固定翼無人機反潛作戰而言，搜攻一體尤其具有戰術意義。固定翼無人機在攜帶攻潛武器或潛艇對抗器材的情況下，可實現對潛艇等時敏類目標的“察打一體”和“發現即打擊”，因此，武器化是固定翼反潛無人機的基本特點。

基于以上分析，固定翼反潛無人機系統的作戰概念可以歸納為：固定翼反潛無人機系統采取航母或岸基部署，集群協同并與其他反潛作戰系統強交聯，一定程度上可自主地在作戰海域長時間留空和布放探潛器材及攻潛武器，收集反潛戰場信息，搜索、跟蹤和攻擊潛艇。

圖3和圖4所示分別為固定翼無人機系統在艦載和岸基情況下的反潛作戰概念圖。

2.2 任務定義

在固定翼反潛無人機系統反潛戰概念的基礎上，結合固定翼無人機平臺和反潛戰載荷的技術現狀，目前及今后一段時間內，其反潛戰任務可具體定義如下：

1）潛艇等水下目標信息收集和分發。

由反潛作戰體系中其他兵力（例如，反潛機、反潛直升機等）布放聲吶浮標，利用固定翼反潛無人機（群）可長時間留空的特點，實施聲吶浮標探測信息的收集和處理，并將信息分發至反潛作戰指揮控制中心及其他反潛作戰平臺。

2）探潛器材布放和潛艇等水下目標信息收集。

固定翼反潛無人機（群）可長時間留空，自身攜帶有聲吶浮標，可根據反潛作戰指揮控制中心的指令或自主地在既定海域布放浮標，并收集和處理浮標探測信息，然后將信息分發至反潛作戰指揮控制中心和其他反潛作戰平臺。

3）探潛器材和反潛武器投放。

固定翼反潛無人機（群）攜帶深彈、輕型魚雷、誘餌等攻潛武器或對抗器材，根據反潛作戰指揮控制中心的指令，或根據自身布放的聲吶浮標探測的潛艇目標信息，投放攻潛武器或對抗器材，協同對既定目標實施驅離、攻擊或干擾、欺騙。

2.3 運行控制

固定翼無人機的反潛作戰過程一般分為5個階段，即離場、巡航（前往作戰海域）、搜攻潛作業、巡航（返回基地）、進場。圖5所示為固定翼無人機反潛作戰的典型飛行剖面。當固定翼無人機具有足夠的航程余量、探潛器材或攻潛武器余量時，還會根據反潛戰的需要轉場，即從一個作戰區域轉移至下一個作戰區域繼續遂行反潛作戰任務。固定翼無人機的離場和進場與其他固定翼飛機基本相同。巡航階段和搜攻潛作業階段中的轉場需根據作戰海域己方的防空情況區別對待，必要時，可以采用規避或突防戰術。在搜攻潛作業階段，需要根據探潛器材和反潛武器的使用要求，保持一定的飛行姿態、高度和航速。由于不用擔心人員傷亡，可以保持在較低的飛行高度，因此有利于探潛器材和反潛武器的使用。

當固定翼反潛無人機跟隨編隊反潛時，其主要承擔遠程反潛作戰任務。按照世界范圍內航母編隊或兩棲編隊反潛防御圈的一般設定原則［8］，固定翼無人機反潛作戰半徑至少需要300 km。當固定翼反潛無人機基于岸基反潛時，理論上其作戰半徑越大越好，但受固定翼無人機飛行特性、攜油帶載能力和作業飛行要求等方面的限制，其作戰半徑設計應綜合考慮各方面的因素。反潛作戰不僅是反潛裝備與潛艇目標的較量，也是反潛裝備與時間的較量，保持對作戰海域大范圍、長時間的有效控制是取得反潛作戰最終勝利的關鍵?？紤]到聲吶浮標的最大有效工作時間一般能達到15 h以上［9］，搜潛時聲吶浮標布放區域視情一般可達上千平方公里，可覆蓋經濟航速下AIP潛艇數小時的機動范圍［10］，因此，固定翼反潛無人機在作戰海域的作業時間還需要不斷延長。

傳統反潛機或其他有人反潛作戰平臺的控制過程，是典型的強“人在回路”控制，系統與操作人員之間直接的、不間斷的、實時的交互是反潛作戰過程實現的前提條件。無人在現場、作戰環境下的不確定性和反潛任務的復雜性等因素決定了固定翼反潛無人機系統控制是一項具有挑戰性的技術難題。如圖3和圖4所示，固定翼反潛無人機系統不僅包含固定翼無人機本身，還包含艦載或岸基指揮控制部分、保障部分等，因而系統控制過程就涉及到了無人作戰系統人機融合的問題。從“人+機器”的大系統角度看，固定翼反潛無人機控制是特殊的“人在回路中”或“人在回路上”的控制方式，如圖6所示。固定翼反潛無人機系統的控制有別于反潛機和其他有人反潛作戰平臺控制的最主要的標志是“人在回路中（上），不在機上”［11］。

隨著固定翼反潛無人機自主能力的變化，其與艦載/岸基控制站在“大系統”中承擔的任務也相應發生了變化。當固定翼反潛無人機自主化水平高時，一般由無人機自主完成反潛任務規劃、集群協同控制、飛行控制和載荷控制等工作，艦載/岸基控制站僅起到“大系統”的運行監督作用，必要時輔助無人機決策，“大系統”所需的通信帶寬小，控制站工作量小，可以實現艦載/岸基控制站對固定翼反潛無人機集群的控制；當固定翼反潛無人機自主化水平低時，“大系統”的反潛任務規劃、集群協同控制一般由艦載/岸基控制站完成，無人機僅負責飛行控制和載荷控制，“大系統”所需的通信帶寬大，控制站工作量大，對無人機集群的控制需要多艦載/岸基控制站完成。隨著無人機系統智能化控制水平的提高，艦載/岸基控制站對無人機的控制逐漸變少，其工作模式已開始從遙控向自主化方向發展，并不斷取得進展。

3 固定翼無人機反潛戰載荷

反潛戰載荷是固定翼反潛無人機遂行搜攻潛任務中最重要的組成部分。目前，可應用于固定翼無人機的搜潛器材主要包括對海雷達、光電探測儀、聲吶浮標和磁異探測儀等；可應用于固定翼無人機的攻潛武器主要包括航空深彈和魚雷。大型岸基固定翼無人機能夠攜帶較多的搜攻潛設備，對反潛戰載荷重量敏感度較低，而中、小型岸基無人機和艦載固定翼無人機一般都對反潛戰載荷的重量較為敏感。因此，固定翼無人機的反潛戰載荷應遵循模塊化設計理念，采用“搭積木”的方式構建，并且，根據固定翼無人機反潛任務的不同，應能夠敏捷地構建反潛戰載荷，以及便捷地將反潛戰載荷集成到無人機平臺上。圖7所示為典型的搜攻一體固定翼無人機反潛戰載荷。

固定翼無人機典型的反潛戰載荷包括2個部分：機上反潛任務系統和艦載/岸基反潛任務遙控臺。機上反潛任務系統由反潛戰術任務單元、懸掛物管理單元、聲吶浮標信號接收處理單元、雷達、光電、掛架、聲吶浮標、深彈/魚雷武器組成。其中反潛戰術任務單元主要完成固定翼無人機反潛戰術計算及浮標、魚雷/深彈投放參數計算和投放控制，以及雷達、光電搜索區域計算及控制等功能；懸掛管理單元主要完成浮標、魚雷、深彈、雷達和光電的狀態管理及控制；浮標信號接收處理單元主要完成布放的浮標信號接收及接收信號的處理，以供反潛戰術任務單元戰術計算使用；雷達和光電設備主要完成對潛望鏡狀態或海面航行潛艇的搜索、探測和跟蹤；掛架主要完成浮標、魚雷、深彈的掛載和投放；聲吶浮標布放后，主要完成作戰海域水文環境測量和潛艇目標測量；深彈和魚雷主要用于對捕獲的潛艇目標進行攻擊，深彈和魚雷均應采用小口徑、輕量化、自導化設計，以提高固定翼無人機攜帶的便利性和對潛攻擊的有效性。艦載/岸基反潛任務遙控臺主要完成艦載/岸基控制系統操作人員在無人機反潛任務控制環路中的控制，或操作人員在反潛任務控制環路上的控制功能。

4 結 語

無人化反潛作戰是各國反潛部隊追求的方向，固定翼反潛無人機系統因其特有的優勢，必將在反潛戰態勢感知和對潛直接作戰中發揮不可或缺的作用，成為構建未來有人/無人多系統協同反潛作戰體系的重要組成部分。固定翼無人機反潛理論和工程實踐才剛剛開始，不僅涉及反潛戰模式的定義，還牽涉到作戰使用、裝備實現等多個方面的挑戰，這也是后續需開展深入研究的內容。