無人艇裝備技術發展與作戰運用探析

李 楠，陳 練，龐衍鵬，于開波，何遠玲，涂 悅

(中國船舶重工集團公司第七一四研究所，北京 100101)

0 引 言

無人艇是一種具有一定自主能力、可在不搭載操作人員的情況下自主航行并完成一定作戰與作業任務的水面平臺，具有成本低廉、行動隱蔽、機動靈活等特點。無人艇顯現的巨大軍事應用價值得到各國的廣泛關注[1]。據不完全統計，全球約有15 個國家已研制或部署了軍用無人艇，約有70 余型處于應用試驗階段，但大多為7 m 及以下的小型艇，數量占比60%左右；11 m 以上的大型無人艦艇數量僅占比約15%。少數國家已列裝了無人艇，如美國列裝的“斯巴達偵察兵”、“海狐”、“海上獵手”等無人艇，新加坡列裝的以色列“保護者”級無人艇，俄羅斯2 0 1 5-2017 年從法國采購的近海巡邏用“檢察員”級無人艇等[2]。

在無人艇裝備與技術蓬勃發展態勢下，構想未來作戰運用方式、梳理關鍵技術現狀與突破方向、研判未來發展趨勢，對于牽引關鍵技術研發、推進部署運用至關重要，目前國內外已有大量專家學者進行了深入研究。本文圍繞無人艇軍事化運用前景，重點剖析國內外技術攻關與裝備運用進展，以期描繪無人艇的未來發展圖景。

1 無人艇軍事運用前景

無人艇可執行環境調查、反潛探測跟蹤、水雷戰監視、秘密勘察、探雷、滅雷、核生化區作戰、搜救、物資運輸、試驗和培訓等多種作戰任務。受到噸位和自主化水平的限制，無人艇目前可執行的任務類型主要為海上情報監視偵察、反水雷、電子戰等。國內外目前開展了多種有人-無人協同作戰概念的試驗驗證工作，提出了若干作戰概念，包括海戰場環境調查、情報偵察、警戒巡邏、反水雷作戰、反潛作戰、反艦作戰、補給運輸等[3]。

1.1 海戰場環境調查

無人艇通過配置測深儀、側掃聲吶、淺地層剖面儀、溫鹽深儀等調查設備，可替代有人艦艇執行海底地形測繪、水文氣象測量、水樣和生物采集檢測等任務。相比有人艦艇，能夠確保簡單重復、持續枯燥測量任務的可靠性，同時更適用于近岸、淺灘、島礁等大型船只難以抵達的復雜地形區域，以及輻射、毒害污染等危險海區，如美國海軍1946 年曾在“十字路口行動”的核試驗海域采用無人艇進行水樣采集檢測。海戰場環境調查是戰場準備的重要工作，近年來發展快速，國內外均已在公務執法、海事等領域應用無人艇，完成了內湖、河流等測繪監測任務。

1.2 情報偵察

無人艇利用自身目標特性小、機動靈活的優勢，可在高威脅或爭議海區執行預警探測、跟蹤監視和抵近偵察等任務，特別適用于反海盜和局部沖突等任務場景中。如美國海軍研究生院2006 年提出了名為“馬蹄鐵”的抵近偵察戰術設想，無人艇可在180 m 以外的安全距離，采用光電傳感器實現對船上人員數量和活動的偵察監控[4]。

圖 1 “馬蹄鐵”戰術概念圖Fig.1 Notional horseshoe manuever with USV

1.3 警戒巡邏

無人艇可承擔重要海峽、水道和有人艦艇編隊外圍的安全防衛，執行針對水面和水下目標的反潛、反蛙人、反小艇等任務，確保港口、艦船與設施等重要對象免遭各種威脅。無人艇可與有人艦艇協同以彌補盲區，或持續獨立執行任務以減輕有人艦艇的執勤任務負擔。2003 年，美國海軍在“葛底斯堡”號巡洋艦上，采用“斯巴達偵察兵”無人艇驗證了執行高價值對象保護的任務能力，并正在持續優化警戒巡邏狀態下攔截敵方目標的作戰概念。

1.4 反水雷作戰

無人艇可搜索、清除近海雷區、航道的水雷，為其他作戰部隊提供安全的作戰區域。無人艇執行反水雷任務起源于二戰后期小型登陸艇遙控掃雷作業，是較為傳統和成熟的作戰概念。但隨著水雷技術的發展，無人艇掃雷也面臨著水雷激發方式多樣、更加隱蔽智能等新挑戰。美國重視發展近海戰斗艦等主戰艦艇可攜帶的建制反水雷無人艇裝備，先后開展了遙控獵雷系統、“艦隊”級無人艇等反水雷任務包模塊研制，目前已具備初始作戰能力，正在開展集成測試與拖曳聲吶升級工作。

1.5 反潛作戰

無人艇可作為主戰艦艇的舷外傳感器或獨立裝備，執行反潛戰任務，可有效地降低有人平臺的風險，擴展有人裝備的反潛探測和作戰范圍，為編隊提供全方位的反潛防御，具體作戰樣式可包括海上保護、保護航道和持續跟蹤等。海上保護指在編隊外形成反潛封鎖圈，以確保編隊活動范圍內的水下安全；保護航道指在編隊航線前方按照線性隊形部署執行反潛作業，確保在編隊航行路徑上提前發現和清除水下危險目標。目前僅美國“海上獵手”反潛無人艇具備持續跟蹤能力，可對敵常規潛艇進行數十天、數千海里的持久跟蹤。

1.6 反艦作戰

無人艇可由岸基或母艦布放后，前出編隊或重要對象外圍，作為預警探測和火力打擊節點，執行探測識別、電磁干擾、對海打擊等反艦作戰任務。必要時，可進行自適應重新部署，確保在行動區域的持久存在。2004 年，美國“斯巴達偵察兵”無人艇進行了反艦作戰試驗，證明了無人艇執行反艦作戰的能力。2018 年以色列“保護者”無人艇試驗驗證了對抗有人艇威脅的能力。

1.7 物資運輸

無人艇可在安全環境下執行物資運輸補給任務，特別適用于大型補給艦船無法抵達的島礁、淺水海區，實施小批量的物資分發。美國海軍、海軍陸戰隊已提出“蜂巢”等利用無人系統實施戰場隱蔽補給任務的作戰概念及其裝備，同時計劃采用大型無人艦在海上預置基地之間、艦-岸區域間穿梭執行物資運輸任務。民用大型無人貨船的構想與研制發展，如羅·羅的無人貨船、“筋斗云”等，將促進無人艦艇物資運輸作戰概念的成熟。

2 無人艇關鍵技術發展

無人艇的關鍵技術根據不同的劃分方式可形成多種體系，通常的劃分方式是無人自主、平臺總體、任務載荷和綜合保障4 個技術群。各技術群中包括若干重要技術方向，如自主控制、動力能源、感知載荷、武器載荷、布放回收等。

圖 2 無人艇警戒巡邏戰術示意圖Fig.2 Sketch of USV patrol and intercept tactic

圖 3 羅·羅無人貨船概念圖Fig.3 Conception of Rolls-Royce unmanned freighter

2.1 無人自主技術

無人自主技術是無人艇實現自主能力的核心技術，主要包括自主控制、系統控制和智能演進等技術。

自主控制技術是單艇自主的關鍵，具體體現在運動控制、自主避障和任務規劃等方面[5]。按照公認的劃分方法，自主性水平從低到高可分為有人操作、有人委派、有人監督和全自主4 個層級。目前，自主程度最高的美國“海上獵手”反潛無人艇僅達到第3 層級，即“有人監督”階段，距離全自主化仍有較大差距。

系統控制技術是實現人艇協同、艇群協同的關鍵，協同控制、自組網通信等技術使無人艇在單艇自主控制和任務規劃的基礎上，實現多體協同決策，完成綜合性任務。美國在2014 年、2016 年已進行了2 次無人艇集群協同試驗，在智能指揮與感知的控制體系架構技術方面取得了突破，特定任務場景下的艇群行動決策與協同控制更加科學。

智能演進技術是實現無人艇自主程度迭代提升的關鍵，是在深度學習技術基礎上，對無人艇全壽命期各階段的運行維護數據進行統一采集與分析處理，通過多次“試錯-優化”過程，實現自主決策和綜合保障水平的螺旋式提升。智能演進技術研究目前國內外均處于起步階段，且正朝著能夠認知和理解未知情況的更高智能決策水平邁進[6]。

2.2 平臺總體技術

平臺總體技術是無人艇的共性基礎技術，主要包括艇型與材料、動力機電等技術。

無人艇艇型主要包括半潛式、常規滑行式、半滑行式和水翼式等。不同任務類型無人艇對航速、海況適應性、載荷等能力的不同需求最終決定船型的選擇和型線的優化要求。半潛式無人艇適航性、隱身性好，但航速不超過25 kn；常規滑行式無人艇綜合性能好，航速超過50 kn，是目前研制型號中較常采用的船型，包括單體船型、雙體船型和三體船型等；半滑行式無人艇興波阻力小、搭載和拖曳能力強，但航速相對滑行式船型較低，一般可超過30 kn；水翼艇在所有艇型中阻力最小、適航性最好，航速超過50 kn，但其載荷拖曳能力小。

無人艇動力主要采用柴油機和電池，太陽能、風能、波浪能等自然能動力也有部分運用。面向未來長續航、高適應性和可靠性的無人艇動力發展需求，未來無人艇動力將重點提升功率密度、降低重量與體積、提高燃料經濟性，技術發展方向主要包括標準化、模塊化、動力監控系統等。

2.3 任務載荷技術

無人艇任務載荷技術是實現不同任務能力的關鍵，主要包括感知任務載荷、武器載荷等技術。

感知任務載荷是無人艇進行環境感知與態勢構建的基礎，主要包括針對水面目標的導航雷達、光電設備、水文氣象調查設備，針對水下目標的各類聲吶、磁探測儀等。穩定可靠、高精度的感知任務載荷是自主航行控制和目標識別的關鍵，所有自主任務規劃與決策都依賴于感知任務載荷的數據輸入。無人艇感知任務載荷技術正在進行小型化、標準化、模塊化方向發展。此外，多傳感器數據的融合分析處理技術也是重要方向之一。

無人艇武器載荷主要分為機槍、機關炮、榴彈發射器、小型導彈、魚雷等硬殺傷武器和電子戰套件、電磁頻譜攻擊設備等軟殺傷設備。以色列“海鷗”、“海上騎士”等無人艇已完成魚雷、小型反艦導彈等武器載荷的試驗驗證，美國海軍也已開展了以南海作戰為背景的“海上獵手”反潛無人艇加裝斜發反艦導彈的兵棋推演[7]。隨著對打擊火力的重視和噸位的增加，無人艇將配備更為多樣的武器載荷，高毀傷、小尺寸的武器載荷技術將是重要發展方向。

2.4 綜合保障技術

無人艇綜合保障技術是形成持續作戰能力的必要條件，主要包括自主布放回收、補給保障等技術。

無人艇的布放回收方式與有人艇類似，主要是吊艇架、坡道或泛水塢艙3 種形式。國內外在無人艇自主布放回收系統方面開展了大量研制試驗工作，如美國研發了改進型吊放裝置“搖籃”，具有托體可更換以適應不同艇、操作人員少等特點；美國物理科學公司研發的坡道布放回收系統部署于近海戰斗艦，可同時適配有人艇和無人艇。自主布放回收技術未來的重點研究方向是滿足通用化、少人力、適應更高海況和更高航速條件的要求。

補給保障技術目前主要包括自主充電和自主加油技術。國內外已開展了大量自主充電技術研究，在部分小型無人艇上實現了應用示范，并正在加強無線充電技術的研究應用。在自主加油技術方面，目前僅美國進行了自主加油技術驗證，通過“海狐”無人艇完成了近岸補給任務。

圖 4 搖籃吊放裝置示意圖Fig.4 Sketch of cradle davit

3 無人艇未來發展趨勢

各海軍強國已將無人艇作為裝備發展的重要方向，從頂層戰略規劃、技術發展路線、作戰推演試驗等方面，對無人艇軍事化運用進行探索和規劃。隨著無人水面艦艇智能化、集群化水平的提高，無人艦艇在作戰力量體系中的定位將更加關鍵，成規模列裝使用正在成為現實。

3.1 各國無人艇發展戰略規劃

3.1.1 頂層戰略牽引技術快速發展

美、英等國已通過頂層戰略規劃明確了無人艇裝備技術的重要性，將牽引相關技術的快速發展。2014 年，美國防部發布名為《國防研究與工程體系》的戰略指南，提出17 個重點領域，其中包括無人艇在內的自主系統。2018 年9 月，美國防部披露《無人系統綜合路線圖2017—2042》，重新明確了當前無人系統加速融入未來軍事聯合作戰的關鍵技術方向，包括互操作性、自主性、網絡安全和人機協同，將帶動新一輪面向實戰關鍵技術的快速發展[8]。

同時，英國國防部于2017 年10 月30 日發布的《2017 科學技術戰略》也將無人艇等自主系統定位于10 項關鍵賦能要素之一[9]。日本于2016 年通過《防衛技術戰略》和《中長期技術評估》提出了未來20 年所重視的技術方向與技術領域，無人艇在內的無人系統技術也被作為國防技術領域的4 個重點方向之一。

3.1.2 發展規劃明確無人艇型號系列

21 世紀初，美國海軍在《21 世紀海上力量設想》中，提出在2015 年前將新型無人平臺引入未來網絡化作戰體系中。2017 年，美國海軍提出了未來水面艦家族系列，包括驅逐艦等大型艦、近海戰斗艦等小型艦、大型無人艦、中型無人艇，以及能實現各平臺聯通的綜合作戰系統，明確了無人艇的體系發展規劃。

大型無人艇方面，2017 年起美國海軍研究生院Sea27 項目組開展了南海攻防作戰設想下無人艇載荷配置與任務定位的優化推演工作，提出了10 艘配備垂直發射裝置進行防空反導、反艦任務的大型無人艇采購建議，據此美國海軍于2019 年提出了打造10 艘大型無人艦的“幽靈艦隊”計劃，并在2020 年財年預算中明確了研制經費[10-11]。中型無人艇方面，2017 年美國海軍研究生院提出將反潛持續跟蹤無人艇納入到水面行動大隊中執行反艦任務的設想和推演，后續演變成為中型有人/無人可選無人艇的發展計劃，并于2018 年10 月發布了中型無人艇概念需求。

2018 年底，美國海軍主管無人艇裝備研制的項目管理辦公室最終明確將軍用無人艇的發展目標確定為大型、中型、小型和極小型4 個尺度的無人艇系列，并規劃了近期、中期和遠期各類型無人艇需具備的使命任務能力，如圖1 所示[12]。

此外，其他各國也逐步明晰了無人艇發展系列，如以色列已發展形成海上綜合作戰平臺、反潛作戰和近岸偵察等系列無人艇，英、法等歐洲國家也重點發展環境調查、部隊保護和情報監視偵察類型無人艇。

3.1.3 作戰試驗提升實戰化水平

美、以、新等國家目前已列裝少量無人艇，正在通過作戰試驗驗證或組建試驗部隊，加速提升無人艇實戰化水平，如以色列“海鷗”級無人艇參加了2016 年地中海反水雷演習、2017 年以英聯合演習，美國“艦隊”級無人艇參加了美國“三叉戟戰士”演練等。

2018 年，美國防部《國家防務戰略》將無人艇等高級自主系統列為國防關鍵核心能力現代化建設的重要內容，美國海軍隨后更新推出《保持海上優勢的規劃2.0》，將無人艇等系統作為實現快速能力生成的重要途徑，以及支撐重回制海戰略、優化海軍兵力結構的關鍵裝備，加速推動無人艇實戰化運用[13]。2019 年5 月，美國海軍正式組建了一支具有試驗性質的水面部隊第一發展分隊，由2 艘“朱姆沃爾特”級驅逐艦、“海上獵人”中型無人艇、大型無人艦組成，旨在對有人-無人新型編隊的作戰能力進行測評，以便提出與軍事原則、組織、訓練、后勤等要求相協調的新型技戰術。

3.2 未來發展趨勢

3.2.1 自主性水平持續提升

機器學習等人工智能技術的快速發展及其在無人艇裝備技術中的運用，無人艇裝備的自主化程度將更加顯著。無人艇將可以融合多種探測傳感器數據進行快速精確目標識別，極大提升環境感知和態勢構建能力；將可以用更加智能的信息處理方式支持運動控制與任務規劃決策，極大提高復雜環境下的任務適應能力；將可以更加自主地在脫離人工監控的狀態下執行任務，極大降低通信網絡約束限制、增強隱蔽性和安全性。

3.2.2 從保障裝備向主戰裝備轉變

在軍事需求牽引下，無人艇軍事化運用進程正在快速推進，將從輔助保障類裝備向主戰裝備轉變。目前無人艇已具備環境調查、反水雷、電子戰等任務能力，并在多國已成熟運用，發揮了支持作戰任務的輔助保障效能。在未來大型化、多功能化發展帶動下，大中型無人艦艇將可執行防空反導、對海打擊、對陸攻擊等作戰任務，具備主戰裝備屬性。如美國大型無人艦的概念需求提出了垂直發射系統的配備要求，將具備執行防空反導、反艦火力打擊等任務能力。

3.2.3 從單體作戰向集群協同發展

軍事化運用進程推動下，無人艇將從單艇利用隱身和高機動特性執行獨立作戰任務向多艇集群利用協同優勢執行聯合作戰任務的方向發展。中小型無人艇受限于噸位限制，獨立執行任務的能力有限，但作為一種廉價裝備對戰損的承受能力強，集群協同作戰方可充分發揮優勢。無人艇集群將可通過大范圍的通信網絡，完成數據融合、信息共享和群體行為控制，實現多個體磋商、協同決策和行動，完成能力需求更高的任務。美國海軍已完成了可行性驗證與控制體系架構技術的突破，為無人艇集群協同作戰奠定了基礎。

3.2.4 有人-無人深度融合發展

圖 5 美國海軍無人艇發展路線圖Fig.5 The roadmap of USV

各國正在將無人艇裝備的發展納入其宏觀軍事力量體系，推動軍事能力體系變革與有人-無人作戰概念的創新，以適應未來多域聯合作戰需求。美歐多國已相繼提出了多類無人裝備協同發展、聯合使用的長遠目標，有人-無人作戰未來將呈現更加復雜的模式。可能形成以航母、潛艇作為后方指揮中樞，無人系統作為前出打擊力量的編成模式，實現有人平臺和無人平臺聯合作戰，進而形成無人艦艇、無人機、無人潛航器的協同分布式作戰體系，實現海-空-水下的多域聯合作戰。同時，形成多種無人系統相互搭載的作戰力量，為指揮人員提供更加豐富靈活的戰術決策方案。

4 結 語

無人艇目前尚處于快速發展和應用探索階段，但關鍵技術的持續突破，型號研制試驗的快速發展，作戰概念的創新完善，正在全方位推動軍事化運用的進程。作為新一代裝備的典型代表和體系中的關鍵環節，無人艇未來可以具備完成更加復雜任務的能力，將改變兵力運用方式，變革海上作戰理念與戰爭形態。