水下無人平臺在“馬賽克戰”中運用構想與分析

趙志允，陳建華，彭 濤，于化鵬

（1.海軍潛艇學院，山東 青島 266042；2.泉州信息工程學院，福建 泉州 362000；3.中國人民解放軍92730部隊，海南 三亞 572000；4.軍事科學院 國防科技創新研究院，北京 10010）

0 引言

隨著人工智能等高新技術驅動的武器裝備快速發展，美國長期保持的軍事競爭優勢受到很大沖擊，使得美國已經很難構建下一個更大、更快、更具殺傷力的作戰平臺來解決所有面臨的新問題。為解決上述問題，“馬賽克戰”（Mosaic Warfare）作為一種作戰概念和作戰體系應運而生，在海戰方面，其具體表現為“分布式殺傷”概念的進一步迭代升級。面對日益復雜的海上斗爭形式，研究分析美“馬賽克戰”對我海戰的威脅，并開展水下無人平臺的作戰運用構想和設計，不僅具有作戰運用理論研究價值，而且能夠為牽引裝備建設提供軍事需求參考。

1 “馬賽克戰”概念及其對我海戰威脅研判

1.1 “馬賽克戰”概念內涵

“馬賽克戰”概念最早于2017年8月由DARPA（美國國防高級研究計劃局）下屬的戰略技術辦公室（STO）提出。相比于傳統戰爭，“馬賽克戰”適用于動態威脅，即根據可用資源能夠進行快速定制，將低成本傳感器、多域指揮與控制節點及其相互協作的有人、無人系統等低成本、低復雜系統靈活組合，以期達成理想的整體效果，形成不對稱優勢[1]。

從概念提出開始，DARPA圍繞“馬賽克戰”概念發展、關鍵支撐技術項目開發和推演與評估等持續推進，并于2020年2月11日，由美國智庫——戰略與預算評估中心（CSBA）發布《馬賽克戰爭：利用人工智能和自主系統來實施以決策為中心的行動》報告，認為在與中國和俄羅斯的長期競爭中，正在失去技術和作戰優勢，應摒棄“消耗戰”思想，實施以人工智能和自主系統為支撐的“以決策為中心”的“馬賽克戰”。

“馬賽克戰”是為體系戰而優化的兵力設計。模塊化和可擴展的馬賽克兵力具有高互操作性，可創建多個殺傷網，從而代替殺傷鏈。它基于“馬賽克拼圖”理念，將武器、平臺、傳感器、通信網、指控系統等作為“馬賽克碎片”，依托傳統武器化解的末端功能要素，依托先進的網絡、數據鏈和人工智能技術實現動態組網、協同和自適應，構成去中心化的極具彈性、魯棒性、適應性的作戰網絡，形成部分損失不會對整體作戰效能產生影響的作戰效果。

1.2 “馬賽克戰”對我海戰的威脅

1.2.1 “體系作戰”重構升級

美軍認為，近年來，中國不斷推進新軍事變革，持續推進海軍“體系化”作戰力量建設，并逐漸形成海上“體系對抗”、“體系破襲”的作戰理念[2]。其中，美軍的信息系統是重要攻擊目標，海上指控網絡和通信系統等關鍵節點受到極大威脅，致盲、致癱瘓的風險是美軍無法承擔的重大損失。為應對這種風險，“馬賽克戰”采用馬賽克拼圖的理念，構建去中心化的新型作戰體系，若干塊馬賽克發生破損或缺失，可重新拼接構成新的圖形，實現智能化自適應重構。

因此，“馬賽克戰”的作戰概念將對我認知對手作戰體系帶來很大困難，原有的“體系作戰”理念將隨之調整，原有的以海上兵力集團為核心的作戰體系變得模糊不清，作戰空間、作戰對手、作戰方式、作戰進程等一系列的要素都將進一步擴大化、模糊化和不確定，從兵力建設與運用到具體的指揮決策，都將給我帶來極大挑戰。簡言之，即在我當面乃至很大范圍內的所有兵力兵器都可能是作戰體系中的一塊馬賽克，戰爭威脅變得無處不在。

1.2.2 殺傷效能有效增強

從2014年美國提出“分布式”殺傷理念到2017年美海軍在《水面部隊戰略》報告中，正式明確“分布式殺傷”的概念內涵，并將其上升為“重回制海權”的核心作戰理論。它將火力集中上升到一個新的高度，利用“分兵集火、凡船皆戰”實現“兵力分散實現火力集中”，有利于控制更大海域，同時給對手帶來決策的迷茫[3-7]。“馬賽克戰”在美海軍主導的“分布式”殺傷、空軍主導的“敏捷戰”、陸軍主導的“多域戰”的基礎上，在殺傷理念上進一步迭代和升級，進一步打破兵種、軍種界限，強調以結果為核心地提出了以“殺傷網”取代“殺傷鏈”。相互協作功能節點組建“殺傷網”，眾多功能節點分散部署，部分節點功能喪失不會影響“殺傷網”作戰效能的發揮，提高了殺傷能力的彈性和生存力。對比原來的由情報、偵察、監視、計算、通信、指揮、控制、殺傷（C4KISR）構成的作戰鏈條，任何一個環節被摧毀或失效，都將導致整個鏈條失效。

殺傷網在系統魯棒性和靈活性增強的同時，也將帶來多維度同時多方向攻擊。這是因為殺傷網中蘊含著多鏈路打擊可能，使用不同領域和類型的兵力，對敵多目標實施多方向的同時攻擊，將帶來“應接不暇的困境”，增加了應對的復雜程度。與此同時，“馬賽克戰”可以充分發揮“以多對多”的分布式打擊威力，徹底清除對方作戰體系中某類高價值目標群。比如在海戰設計階段，美軍就能將我海上作戰艦艇通過作戰網絡進行充分的偵察監視和目標分配，一旦開展，我海上作戰兵力將同時面臨不同方向來襲武器威脅，這將對我海上兵力集團安全產生極大威脅[1-2，6-7]。

1.2.3 作戰力量構成全面升級

海戰本身包括了空中、地面、海上和海下等多種復雜環境下的作戰力量和行動。馬賽克戰具備整合各域作戰平臺的強大能力，既可以融合水面艦艇、海軍航空兵、水下潛艇等傳統的海軍力量，還可以融合陸地遠程火力、空軍作戰飛機、太空系統武器等其他軍種作戰力量。同時，大量的無人裝備和預置武器系統等無人作戰力量將融入到作戰力量系統中去，人工智能、通信組網、輔助決策等技術也將大量運用，各作戰單元在自適應通信網支持下自主協同作戰。在未來海戰中，美海軍自身作戰力量全面升級，運用方式也更加靈活多變，真正形成“隱匿與無形，組合于隨機”，給我辨別作戰對手和威脅方向帶來了復雜性和不確定的難題和挑戰。為了給馬賽克作戰提供靈活的自主平臺，小型低成本無人平臺正在開發，比如“小精靈”、“深海有效載荷”、“垂釣者”等項目[5-6，8-11]。

1.2.4 新型水下無人裝備加速研發

新型水下無人裝備可以作為新型作戰力量的重要組成部分，無論是在構建信息傳輸與感知網絡還是組成動態殺傷鏈條，都是馬賽克戰作戰拼圖的重要一環。其中，水下無人潛航器和武器發射平臺是新型水下無人裝備的2個重要方向。

1）加速發展無人作戰潛航器。比如大排量潛航器（LDUUV）攜帶輕型魚雷作為打擊載荷，長度近11 m，水下自持力60 d，可替代攻擊型核潛艇執行編隊水下警戒任務。“曼塔”（Manta）可根據任務需要攜載各種不同的傳感器、武器，能夠勝任搜集情報、偵察、監測、反水雷、反潛等多種任務，尤其適合在封鎖的、高危險性的淺水區域執行任務[8-14]。

2）研發水下武器發射平臺。例如“海德拉”（Hydra）項目是 DARPA牽頭開發的借助成熟技術和新任務載荷，其構件技術研發一種高效費比的模塊化水下發射平臺，主要部署于淺海和重要航道，采用標準化的外殼及模塊化負載，第1階段演示目標是裝載、發射75枚“地獄火”導彈[8-14]。

2 “馬賽克戰”中無人潛航器與水下預置系統作戰運用構想

“馬賽克戰”的作戰概念是為了應對中、俄日益強大的軍事力量而設計，是將原有的美軍作戰體系去中心化、柔化和網絡智能化。面對上述威脅和挑戰，僅僅依靠原有的作戰體系顯然難以應對，必然在原有作戰力量的基礎上，通過新的武器裝備的力量構成和新的作戰運用方法，抓住對手的弱點，達到攻其不備，探尋克敵制勝的法寶。

2.1 作戰運用基本構想

根據我“遠海防衛”的要求，面對可能發生的大規模海上沖突，重要兵力集團面臨“馬賽克戰”殺傷網的重要威脅之下，特別是在對方各種無人作戰平臺和節點方面，需要以“無人”對抗“無人”，充分利用作戰海域地理環境，發揮水下無人平臺的作戰效能。基本使用方法和主要使用時機和場合有：

1）部署在我重點海域，保護我重要價值目標或兵力集團安全，尤其是防御敵水下襲擊，重點兵力包括我航母戰斗群、戰略導彈核潛艇、登陸運輸編隊等。根據美對“馬賽克戰”的作戰概念的兵棋推演驗證可知，其水下首選突擊兵力是無人潛航器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）和其他無人作戰平臺，其目標小、隱蔽性強、靈活智能的特點給我傳統的水下防御帶來很大困難。因此，需要采用水下UUV設置多層立體防線，持續水下偵察警戒，并通過欺騙誘導使得自身成為敵UUV水下突擊首要目標，通過“水下無人”對抗“水下無人”，保護我有人兵力安全，并通過有人兵力和無人兵力的協同使用力求實現局部的對抗優勢。

2）通過遠程兵力源頭布防，將UUV和水下預置系統（Preset Undersea System，PUS）隱蔽預先安放在敵港口基地附近的水下。PUS根據打擊目標的不同，其武器裝載也有所不同。比如打擊目標為敵進出港作戰艦艇時，PUS以對海攻擊武器為主，例如魚雷、反艦導彈、自航式水雷等；打擊目標為敵港口基地岸上目標時，PUS以對陸攻擊武器為主，例如巡航導彈等。此外，為了對抗敵信息戰優勢和防御系統，還需要在 PUS中配置一定的電子戰進攻型武器。當需要激活和使用時，通過遠程隱蔽式通信系統遙控激活，激活后可通過UUV上浮作為通信節點接受指揮控制命令和目標指示信息，指揮系統水下PUS攻擊目標。

2.2 破敵“馬賽克戰”的主要運用方法

“馬賽克戰”作為一種新的作戰概念，既是美軍落實其戰略意圖的需要，更是技術發展推動的結果，是主觀和客觀相結合的產物，意圖形成新的不對稱優勢，并引起新一輪的軍事競賽。我們既不能忽視、漠視它的存在及其帶來的緊迫威脅，也不要被其所恐嚇而自亂陣腳，擾亂自我建設進程和軍事準備節奏，被其牽著鼻子走。清醒的認知不會帶來恐慌，反而為合理應對提供了基礎和前提，馬賽克概念設計作戰體系多方面的變革，既包括新的平臺開發也有現有體系的“馬賽克化”改造，更有許多關鍵技術、前沿技術亟待開發，既不可能一蹴而就，也并非無懈可擊。

1）破壞“馬賽克”作戰體系的信息傳輸鏈路和計算中心，通過軟、硬對抗，阻斷、干擾、誘騙、迷惑敵信息傳輸和智能算法系統。UUV裝備信息作戰系統通過UUV水下隱蔽靈活的部署和活動，對敵分布式信息節點，比如水面無人艇、通信浮標、水面艦船等進行信息戰。雖然整體兵力規模和效能上處于劣勢，但可以通過集中兵力和運用時間，在有限的作戰海域和作戰時間內對敵信息網絡形成破壞，并在需要的時候自行攻擊摧毀或引導其他兵力摧毀重要節點或算法中心。

2）通過UUV和PUS的合理配置和使用，在一定區域內形成水下攻防作戰群，阻斷敵海上兵力集團行動，打擊敵海上作戰平臺。敵兵力馬賽克化的同時，海上兵力集團仍將繼續存在，特別是在容易發生沖突的海域，單個兵力行動的活動無論進攻還是防御都將處于不利地位。因此，將UUV和水下 PUS部署在我重點海域前側或附近，在對敵作戰前激活使用，能夠在敵兵力活動范圍內部或者后方形成水下兵力存在，到達出其不意的作戰效果。與此同時，通過UUV兵力行動和PUS打擊，敵整個作戰網絡將在短時間內形成大量干擾。隨之而來的是新的作戰任務規劃需求和算法挑戰，影響“馬賽克”作戰網絡整體自適應的快速性和魯棒性，為我有人兵力防御和進攻行動爭取了時機和主動。

3 UUV與PUS關鍵技術分析

3.1 平臺總體

在水下無人平臺頂層規劃與作戰效能評估技術方面，國內外正在建設空、天、陸、海、深水五維立體通信、目標感知和作戰網絡體系，在水下無人攻防頂層規劃與作戰效能評估方面的研究已取得了一定的進展。在水下無人平臺仿生外形與總體布局技術方面，為了在有限能源的情況下實現超遠航程，國內外已開展了新型仿生外形與總體布局技術研究，突破了水下滑翔技術及其工程應用，正在進行柔性翼波動、水下撲翼、尾鰭擺動等技術的初步研究；在水下無人平臺大深度材料與結構設計技術方面，國內外已實現了高強度質量比、高鋼度質量比、耐腐蝕復合材料的廣泛應用，并且針對多球聯接結構、藕節結構、夾層結構等新型結構形式進行了初步研究，使 UUV、PUS等可在超過萬米的水下進行工作；水下無人平臺開放式設計技術方面，美國和西歐一些國家在UUV、PUS等方面已突破了系列化、模塊化、通用化設計技術，取得了很好的實際效果。此外，國外已實現水下無人平臺的水下外掛式投放、雙管回收和帶纜單管回收，正在研究保形投放與回收技術。美國擬采用艇外“保形”投放和回收方式實現水下作戰單元的投放和回收，即在水下無人平臺上建立作戰單元的“系留區”，該“系留區”在水下無人平臺上的凹陷處為“淺口槽”形式，裝載作戰單元后，其線型結構可以與運動平臺或海底基站的外廓形狀融為一體，實現保形[5-17]。

3.2 通信組網

美國Benthos公司在20世紀90年代末與烏茲霍海洋研究所合作生產的水聲調制解調器（Modem），傳輸距離 5～7 km，速率最大可達2 400 bit/s。美國海軍實驗性遠程聲吶和海洋網絡計劃組建的 Seaweb2000的水聲網絡，利用了 17個節點。實際上這個計劃在1998年就已經開始實施，主要的合作公司是Benthos Inc.，具體布設的工作水域位置在麻薩諸塞州的Buzzards Bay海灣。該網絡布設海區水深約 10 m，多途時延為 10 ms左右。美還在圣地亞哥海岸外進行Seaweb2001演習，共布設了40個通信節點。在演習中，利用潛艇“USS Dolphin”號與水下無人平臺在布網區域中現場進行有關網絡性能的測試。美國在Monterey Canyon建立了深海水聲通信局域網絡，檢測范圍為5～10 km，水下節點與海面浮標之間利用10～30 kHz的垂直聲信道，浮標與岸基通過射頻方式通信。美海軍空間及海上作戰系統中心根據關鍵海區大范圍水下預警的要求，開發了“可部署分布自主系統”（DADS）[4，7-8，13-18]。

俄羅斯近期研制成功了一種極低誤碼率遠程水聲調制解調器，在幾千瓦的發射功率下，傳輸距離可達100 km以上，在2～10 kHz帶寬內利用偽隨機編碼，反卷積信道均衡實現潛艇間文字傳輸，傳輸速率僅6 bit/s左右。法國ORCA儀器公司的MATS系統傳輸速率為20～4 800 bit/s；TIVA系統（高速率、遠距離圖像和數據傳送水聲通信系統），傳輸速率為9 600 bit/s，傳送1幅240×180分辨率的圖像費時36 s。

3.3 集群協同

為了提高完成任務的效率，多個 UUV、PUS的協同控制受到了國內外的高度重視。目前，協同控制技術主要有主從式編隊協同控制、基于行為的協同控制技術、基于信息一致性的協同控制技術。

2006年美國麻省理工學院公布了其“協同自治式偵察與探測網絡系統”，通過多種無人系統的協同配合，完成偵察與探測任務。較好地解決了移動探測網絡結構配置、節點數量與組網方式、通信方式，水下多基地協同探測技術，淺水環境下沉底、掩埋目標及相關聯的底部混響三維聲散射基本物理機制，網絡導航、搜索以及目標辨識問題等關鍵技術。歐盟于2007年組織德國、意大利、葡萄牙、挪威、法國等國家聯合開展了“水下無人系統協同”項目，主要解決多個水下無人系統之間的協同導航及編隊控制、通信等問題。為了實現水下潛航器的能源補充和物質轉移，美國和歐盟開展了水下潛航器與能源補充基地或深海工作站之間的動態對接研究。目前，動態對接技術主要有基于聲學、電磁學、光學的動態對接技術[5-6，8，13]。

3.4 水下態勢感知

水聲網絡技術支撐快速部署水下態勢感知網。通過網絡技術將多個不同位置布放的傳感器進行互聯，采用集中或分布式數據處理實現對網絡覆蓋范圍內目標的檢測、定位、追蹤等，即形成分布式水下探測系統，態勢感知海域實現全覆蓋。DARPA近海水下持續監視網（PLUSNet）構建一種半自主控制的海底固定+水中機動的網絡化設施，由攜帶半自主傳感器的多個潛航器組成，可以在185 km×185 km的大約34 000 km2的區域內為反潛戰提供監視能力。該項目已于2013年10月完成海上測試。“分布式敏捷反潛系統”是移動式與固定式結合的全方位廣域探潛網絡，由深海系統、淺海系統兩部分構成。淺海系統采用無人機探潛，利用無人機攜帶的非聲傳感器，搜集尾流等非聲學特征。深海系統由海底固定聲吶節點和數十個UUV構成，能夠避開艦艇聲吶橫向探測常遇到的因海底和海面聲波折射造成的目標模糊問題；支持深海網絡的UUV獵潛系統（SHARK）項目，數十個UUV攜帶聲吶等傳感器組成深海網絡，單個UUV探測直徑可達55～75 km，經組網可探測大面積水域，為水面艦艇打擊群等高價值裝備掃清水下威脅[9，13，17-18]。

新型探測技術也提供了新質探測能力[19-20]。日本海洋-地球科學技術局開發出激光三維水下掃描儀可供自主UUV搭載，在中等距離（20 m）獲得高品質海底圖像，該技術可用于海底地形測繪、水下設施檢查、水雷探測等。美國DARPA “持久海洋生物傳感器”（PALS）項目利用海洋生物的感知能力輔助探測并跟蹤水下目標。

4 結束語

上述就“馬賽克戰”作戰概念在作戰體系、殺傷效能、作戰力量構成等方面對我海戰威脅進行研判，詳細提出了水下無人作戰平臺的基本作戰構想。針對“馬賽克戰”作戰概念反映的美軍戰略意圖及其產生的背景，研究了突破新型不對稱優勢的兵力運用方法，并分析闡釋了相關關鍵技術發展，為研究“馬賽克戰”對于海戰的影響及其對策方法提供了一定的理論參考價值。