水下無人系統發展概念和研究現狀

佘湖清，張 斌，趙加鵬

（中國船舶重工集團有限公司第七一〇研究所，湖北 宜昌 443003）

0 引言

水下無人系統一般可分為水下無人攻擊系統、水下無人防御系統、水下戰無人支持系統等。為完成水下軍事任務要求，功能上相互聯系、相互作用，性能上相互補充的各種水下無人裝備可組成更高層次的水下無人作戰體系[1-2]，一般情況下由機動/固定無人搭載平臺、水下預警探測系統、指揮控制系統、水中攻防武器系統、綜合保障系統等組成。

近年來，隨著水下運載平臺、水聲探測與通信、能源與推進、載荷發射、綜合保障等關鍵技術的進步，水下無人系統也得到了飛速發展，正逐步成為水下作戰的關鍵要素[3-4]。美國是世界上水下無人系統體系最完整、技術水平最高的國家，本文重點介紹美國水下無人系統的發展概念和研究現狀，研究我國水下無人系統的實際需求，提出我國水下無人系統的發展概念和思路，為今后我國水下無人系統的發展提供參考。

圖1 水下無人系統組成分類Fig.1 Composition and classification of underwater system

1 美國水下無人系統發展戰略

近年來，美國自身國防經費面臨縮減，其傳統的水下系統體系逐漸開始暴露出問題和短板，主要體現在：天基、水下固定監聽系統等探測范圍相對固定，作戰不靈活，部署成本高；有人平臺數量不足，戰損代價高昂，持續力不足，水下空間的戰略、戰術優勢面臨挑戰。無人系統與有人系統相比具有2個明顯的優勢：一是平臺不載人，可超越人類生理極限完成大深度、高機動、超長時服役等類型任務；二是平臺即使損毀，也沒有人員傷亡，可作為執行各類危險任務的首選。無人系統憑借其獨特的優勢，可在態勢感知、精確打擊、兵力保護和后勤保障中發揮重要作用。

因此，美國正在大力發展無人系統，并已給水下系統體系帶來重大變化。2014年，美國啟動了“第三次抵消戰略”，力圖發展改變未來戰場游戲規則的顛覆性軍事能力。水下戰是美國“第三次抵消戰略”發展重點，新興水下系統、有人/無人編隊、無人系統集群是發展的核心。

美國水下無人系統發展的目標包括：利用水下無人系統實現前沿控制和威懾，為預置和非預置水下無人系統發展遠程動力能源保障能力；使用無人系統反制敵方無人系統，實現無人系統與水下部隊以及無人系統跨域（空中/水面/水下）任務規劃、信息管理、能量管理的無縫集成；為水下無人系統發展多種可靠性高、響應快、速率高的水下通信網絡，提高人機協同能力和無人系統傳感器性能。

2 美國水下無人系統發展重點

1）以反潛戰為核心構建未來新型水下無人系統體系。美國加強反潛裝備建設，正在構建以海戰場建設為基礎、多功能核潛艇和空中反潛平臺為核心、無人系統為前出力量、分布式水下信息網絡為“倍增器”的新型多兵種聯合近中海攻勢反潛戰體系。

2）以潛艇為指控中心，無人系統為前出力量，推進水下作戰模式轉變。美國將潛艇作為水下戰指揮中心和協同平臺，大力推進無人系統上艇，搭載一系列的UUV和新型武器，加強潛艇的預警和局部海域監控能力，提高潛艇安全性。2006年，美國提出利用“俄亥俄”級巡航導彈核潛艇搭載UUV、潛標、浮標、水聲探測陣等無人系統子節點，構建近海持續監視網（PLUSNet）[5]，旨在加強潛艇的探測范圍和反潛能力，應對近海環境中的安靜型常規潛艇。

圖2 PLUSNet作戰概念Fig.2 Operational concept of PLUSNet

3）構建跨域協同及戰術海底信息網絡，打造立體反潛探測網，有效支撐分布式協同時敏打擊能力建設。克服水面上下的物理障礙，將水面、水下、空中有人/無人平臺綜合成一個上通下達的作戰網絡，始終是美海軍努力突破的重點。正在以水下無人系統為傳感器將不同功能的水下裝備聯接起來，使潛艇、水雷、固定式水聽器、潛標、浮標等傳統水下裝備獲取的信息通過無人系統得到共享，使每個水下裝備成為水下信息網絡中的一個節點，一旦某個節點發現敵方目標，可通過信息共享調配附近多個節點資源，實現“分布打擊、火力集中”的能力。主要包括“海網”（Seaweb）、可部署自動分布式系統（DADS）[6]、深海主動探測系統（DWADS）和可靠聲學通道線列陣系統（RAPVLA）等項目。

與此同時，美國大力發展反潛持續跟蹤無人艇（ACTUV）替代核潛艇執行潛艇跟蹤任務，發展分布式敏捷反潛系統（DASH）[7-8]，實現戰場單向透明，對我常規潛艇實施定點跟蹤和大范圍監視。

4）發展長航時察打型無人潛航器，變革攻潛模式。UUV航速、航程、續航力逐步提高，且能攜帶武器，將具備與潛艇媲美的功能，但性價比更高、隱蔽性更好，損毀不會導致人員傷亡，將更多地取代潛艇，在作戰一線承擔情報監視偵察、反潛、反艦等任務。為配合攻擊型核潛艇的戰略后撤，美國正在大力發展察打一體的長航時無人潛航器，用于戰時對我潛艇實施突襲，并進一步擴大偵察打擊半徑，采用滑翔式無人潛航器本體加裝魚雷戰斗部的“藍狼”及替代攻擊型核潛艇前出執行水下攻防作戰的“大排水量無人潛航器”（LDUUV）[9]是其中最典型的項目。

圖3 美國以傳感器為節點構建水下攻防體系Fig.3 Underwater attack-defense system based on that America takes sensor as node

5）發展水下預置平臺，突出戰術突襲。水下預置平臺是美軍構建未來水下非對稱優勢，體現抵消概念最為典型的一類裝備。用于淺海要道預置攻擊型無人機、無人潛航器、導彈，戰時能在戰場前沿隱蔽快速完成兵力部署，形成探測網絡和作戰編隊，執行對陸地、空中、海上和水下目標進行探測、打擊、突襲等任務。“海德拉”（HYDRA）和“上浮式有效載荷”（UFP）是最典型的2個項目[10-11]。

圖4 LDUUV概念圖Fig.4 Conceptual graph of LDUUV

圖5 “海德拉”（HYDRA）概念圖Fig.5 Conceptual graph of HYDRA

美軍在發展無人系統空中/水面/水下集群的同時，還在發展無人系統跨域（空中/水面/水下）集群，強化水下無人系統遠程動力能源保障能力，以及建設可靠性高、響應快、速率高的水下通信能力，以提升全域介入能力。

3 美國典型水下無人裝備

1）水下預置系統。“海德拉”（HYDRA）項目是研發專門在敵方近海預置的模塊化無人水下多功能打擊平臺，由艦艇、民船預置敵方近海海底，自帶動力，能自主航行，可搭載攻擊型無人機、無人潛航器、導彈以及拖曳聲吶陣等模塊化載荷，偵察和打擊潛艇、水面艦艇、飛機和沿海目標。具有戰前預置、成本顯著低于核潛艇、自主定位和攻擊探測到的危險目標優勢。上浮式有效載荷（UFP）是一個可在2 000～6 000 m深的海底執行長期（可長達5年）待命的坐底無人平臺[6]，可攜帶反潛、水面探測、通信等任務載荷。戰時利用遠程水聲通信喚醒，喚醒后2 h內自海底將載荷發射至水面或懸浮在一定水深處，執行戰時偵察、探測、即時打擊任務，其主要使命是探測高速導彈和安靜型潛艇，保護己方的航母編隊等高價值目標。

2）“分布式敏捷反潛系統”（DASH）。“分布式敏捷反潛系統”（DASH）用于探測捕捉安靜型常規潛艇，實現廣闊海域的水下透明。DASH 是由深海和淺海2大系統、固定式和移動式探測設備（平臺）構成的無人立體探潛網絡。深海系統包括固定式海底聲吶陣和由40個無人潛航器（UUV）組成的移動聲探潛網絡，俗稱為“海底星座”，是深海系統的核心，可仰視250 000 km2的海域；淺海系統是無人機反潛系統，由無人機搭載光電、紅外等非聲探測手段，自上而下探測淺海水下目標。

3）“藍狼”（Bluewolf）。“藍狼”是一種超空泡無人潛航器，攜帶ISR載荷、魚雷戰斗部，平時低速巡航，戰時接受攻擊指令時進入超空泡狀態高速打擊潛艇等高價值目標。

4）大排水量無人潛航器（LDUUV）。大排水量無人潛航器（LDUUV）是美國海軍當前重點發展的察打一體型無人潛航器，用于未來彌補攻擊型核潛艇數量下降對水下作戰能力的缺口，將是美國提出的多項作戰概念中的核心節點。LDUUV排水量不超過10 t，直徑約1.5 m，可由攻擊型核潛艇、水面艦艇和民船搭載，可在水下連續航行90 d以上，能搭載和布放水雷、魚雷、無人潛航器。

4 美國水下無人系統發展所帶來的挑戰

為了進一步強化美海軍全球海洋控制能力，抵消我國“區域拒止”等作戰能力快速提升帶來的挑戰，2015年美海軍在已有體系化作戰能力的基礎上提出“分布式殺傷”作戰概念，2017年 5月發布《未來海軍》白皮書，將其瀕海戰略向“制海戰略”調整，形成“瀕海+制海”的新戰略發展方向，以確保美軍具備戰略優勢。美海軍在“分布式殺傷”概念指引下，以強大的信息能力為基礎，在海上方向對抗時進一步將大型海上編隊后移，以避開遠程精確打擊武器的威脅；在重要海域分散部署大量具有獨立作戰能力的小型編隊和可實施打擊任務的潛艇，形成廣域戰場威脅；利用大量可獨立作戰的無人系統作為第一波先鋒部隊、襲擾部隊和偵察監視、目標指示部隊，在關鍵海域布設大量無人預置系統，可形成顛覆性作戰能力。主要挑戰如下：

1）潛艇隱蔽性面臨新的挑戰。美海軍有人/無人結合、固定式/移動式結合的柵格化立體水下預警探測網絡正在形成，水下空間、水文信息、潛艇特征信號等重要數據被長期跟蹤收集，潛艇水下戰場將向美國單向透明。

2）潛艇將面臨更多隱蔽突襲威脅。美國正大力發展的察打一體型無人潛航器、水下預置打擊平臺等新型裝備，自主能力強、續航時間長、隱蔽性好，現有探測手段極難發現，傳統的預警、干擾誘騙、規避等手段也難以生效，可形成水下非對稱優勢。

3）反潛手段效能下降。美國海軍正加快無人裝備的研制并裝備部隊，形成作戰能力后，核潛艇等主戰平臺將戰略后撤，遠離核心交戰區域，傳統打擊手段將難以奏效。

4）水下對抗費效比大幅增加。美國海軍正構建以無人系統為重要組成部分的新型水下系統體系，并以無人系統作為實施前沿戰術探潛和攻潛主力。無人系統體積小、隱蔽、靈活、噪聲低等特點使其極難探測，且無人系統與有人平臺相比研制、使用成本均極低，綜合效費比優勢明顯。

5 我國水下無人系統發展思路

美國正加快發展顛覆性技術，推進新型水下戰裝備體系建設，而無人系統正是其發展的重中之重。美國將水下無人系統作為一種新型水下平臺來發展，與核潛艇搭配使用，構建新的水下戰模式，從平臺尺度上看，既有小型的 UUV，用于組網預警探測和通信中繼；也有中型/大型/巨型長航時UUV，攜帶多種負載執行偵察打擊、反水雷任務；更有大型/巨型水下預置式無人平臺，將成為新型的水下作戰中心。厘清美國海軍無人系統的發展思路和方向，借鑒其發展經驗，有助于加快我國水下無人系統體系建設和跨越式發展。

根據國內外水下無人系統發展現狀，結合我國目前戰略安全形勢和未來發展方向，我國水下無人系統發展應重點關注以下幾個方面：

1）加強我國水下系統體系的頂層設計。結合當前信息化、無人化、體系化作戰模式及裝備的發展趨勢，做好裝備體系發展的頂層規劃設計，梳理關鍵設備和關鍵技術，建立水下無人平臺的設計、使用標準和規范，系統安排技術攻關，統籌推進水下無人系統通用化、系列化、模塊化，避免研究無序的“亂象”。

2）圍繞我國海上戰略發展需求，重點發展具備顛覆性能力的創新型水下無人系統。發展通過水面艦船、潛艇等提前部署的預置式無人水下裝備，攜帶更多有效負載，可作為小型水下戰指控中心使用，平時待機或執行ISR任務，戰時重點作為水下伏擊裝備使用。建議重點發展方向是：①固定陣位水下無人裝備，在關鍵水下通道長期預置，攜帶無人機、無人潛航器、導彈等多種有效負載，戰時接收指令觸發，釋放載荷執行偵察、打擊等任務。②機動陣位水下無人裝備，自帶動力，攜帶無人機、無人潛航器等多種有效負載，隱蔽部署于關鍵水下通道和敏感海域，部署時間相對受限，自主指揮有效負載執行偵察、打擊任務。③針對美國深海預置武器，應用現有成熟的大深度拖曳、自動放過和AUV自主探測處理技術，開展深海反制系統關鍵技術研究，形成深遠海水下預置目標探測、識別、定位和處置能力。

3）圍繞近海水下攻防需求，開展水下通信網絡技術研究，構建無人潛航器網絡。針對我國近海水下攻防的迫切需求，發揮小型無人水下平臺易于布放回收、研制成本低、可大規模部署、戰損成本低特點，集成現有潛標、海床基、AUV、滑翔機、ARGO浮標、波浪能滑翔器等技術，發展多種形式的小型無人潛航器，構建無人水下網絡，重點執行ISR任務。建議重點發展方向是：①自帶動力的無人潛航器，續航時間有限，用于短期部署，航速5 kn左右，定期回收，技術細節可參考REMUS系列、“金槍魚”系列。②借助風能、波浪能、太陽能等環境能源推進的無動力無人潛航器，航速2 kn以內，可長期部署，使用成本更低，具體技術細節可參考“青蠅”、“Glider”系列無人潛航器。③建設水下機動平臺、波浪能滑翔器、各類潛標及海底局域網絡一體的感知通信導航及信息戰網絡系統。機動平臺可以作為移動節點，構建水下與空中連接鏈路，潛標之間通過水聲或纜線相連形成海底信息網絡進行數據交換，我方艦艇通過網絡獲取信息，進行定位或機動，發現敵方目標時可進行預警或實施信息戰干擾。

4）圍繞艦隊遠洋作戰，發展能代替編隊前突的察打無人平臺。針對我國海軍海外任務不斷增多的特點，結合未來遠洋作戰需求，提前謀劃無人水下裝備的艦隊裝備應用，發展察打一體的無人潛航器，伴隨編隊遠洋航行，通過訓練不斷提高能力并改善適配性。建議重點發展方向是：①編隊伴隨反潛、反水雷、反UUV水下無人立體防御武器系統，利用智能化、長航時、艦載式的USV和UUV裝備組合，在艦艇編隊進入敏感水域時，快速組裝部署，并依托通訊電臺和數據鏈技術，構筑水面、水下立體防御系統，形成艦艇編隊的移動護盾，實時以自主和協同的方式探測、識別、跟蹤防御范圍內的潛艇、水雷和UUV。發現目標并獲取作戰授權之后，系統根據目標類型，自主調配USV和UUV向目標發起水面、水下組合攻擊，實現“一擊必殺”，確保我艦艇編隊的絕對安全。②大型察打一體無人潛航器，攜帶ISR、武器等多種有效負載，自帶動力，高自主能力，可通過潛艇、水面艦船、可自主搜索探測潛艇并發動攻擊，主要與潛艇協同工作，也可與其他無人平臺協同作業。③潛艇用遠程隱蔽應急通信無人潛航器和潛艇用水雷等危險目標偵察、處置無人潛航器。

6 結束語

水下無人系統是未來水下體系作戰的重要組成部分，美國通過在政策、裝備、技術等方面的多層面策劃與布局，引領了水下無人系統及技術的發展并處于世界領先地位。本文梳理并詳細分析了其發展戰略與發展思路，緊跟其先進思想與技術發展路線，同時結合自身需求，提出我國水下無人系統發展建議，充分發揮水下無人系統不對稱力量優勢，實現創新超越。