水面無人艇在水面艦艇編隊水下防御的發展展望

唐 波，孟 荻，范文濤

（中國人民解放軍92578部隊，北京 100161）

0 引言

因輻射噪聲水平存在天然差距，水面艦艇編隊在反潛過程中通常處于“敵暗我明”的明顯劣勢，更可能的作戰樣式是編隊遭受魚雷攻擊后實施水下防御作戰，后續再發射魚雷進行反擊，編隊核心艦艇的水下安全受到嚴重威脅[1]。

水面無人艇作為一種具有一定自主能力，可在不搭載操作人員情況下自主航行并完成一定作戰或作業任務的水上平臺[2-3]，具有以下顯著優點：1）無需搭乘操作人員、不受人類生理條件限制，能在更為惡劣或高威脅條件下代替有人裝備執行任務，可減少人員傷亡、降低人員工作強度和提升任務能力；2）無需考慮載人保障，更易小型化和提升隱蔽性，使用更為靈活；3）相比有人艦艇系統規模較小，集成化、模塊化程度高，經濟性好。另外，根據任務載荷的不同配置，可配合主力艦艇完成戰場偵察、情報收集、預警巡邏、反水雷、反潛等多種任務，在軍事領域運用前景非常廣闊[4-6]。因此，水面無人艇的發展與應用將對未來的海上作戰樣式產生深遠乃至革命性的影響，也是扭轉目前水面艦艇編隊反潛作戰被動局面的可行途徑之一。

本文通過總結國內外水面無人艇的現狀及發展趨勢，分析其發展必要性，以水面艦艇編隊防御魚雷攻擊為典型應用場景，開展水面無人艇作戰使用方法研究，并對其對抗效能進行仿真分析評估，為提升水面艦艇編隊水下防御能力提供支撐，同時，還可牽引水面無人艇在水下信息對抗領域的發展與應用。

1 國內外水面無人艇現狀及發展趨勢

1.1 國外水面無人艇發展現狀及趨勢

隨著精確化、遠程化、智能化武器的廣泛應用，在現代戰爭“零傷亡”目標驅動下，世界各軍事強國高度重視無人裝備發展。其中，在海軍裝備領域方面，美國等世界海軍強國正在大力發展水面無人艇裝備，相關技術領域的發展十分活躍。據目前掌握，美國、以色列研制的8型無人艇已交付各國軍方，使命任務包括警戒巡邏、情報偵察、反水雷、反潛等。

1）美國。

美國在2007年制定了“海軍水面無人艇主計劃”，確定了圍繞“確定”級、“港口”級、“通氣管”級、“艦隊”級等4級不同尺度的無人艇平臺（見表 1），以模塊化設計實現多種任務功能的發展路線。根據任務需求搭載反潛模塊時，即為反潛型無人艇，可供水面艦艇及其編隊執行周邊海域的反潛工作，配置的反潛設備包括拖曳線列陣聲吶、吊放聲吶以及多基地舷外聲源，實現對潛艇的主被動探測、多基地協同探測，一旦發現敵方潛艇后可對目標進行持續跟蹤，并通過衛通數據鏈引導水面艦艇實施攻擊。相比有人艦艇平臺具有明顯優勢：①隱蔽性較高，艇體主體水下10 m處潛行，只有通氣管桅桿露出水面；②使用效費比高，建造成本為潛艇的十分之一，但同樣可達到消除敵潛艇威脅的目的，可改變美軍傳統反潛兵力的組成，減輕己方潛艇反潛作戰的負擔。

表1 美國無人艇主計劃中提出的4型無人艇Table 1 Four types of unmanned vehicles proposed in American unmanned vehicle master plan

在此基礎上，美國正進一步發展“反潛持續跟蹤無人艇”等可長期部署自主執行復雜任務的大型無人艇，首艇“海上獵手”已于2016年初下水，在其中后部安裝了中頻主被動聲吶，是SQS–56艦殼聲吶的改進版本，稱為模塊化可擴展聲吶系統，可實現主被動探潛、魚雷探測與報警、小目標探測等能力，其前部還安裝了高頻聲吶，可對目標進行近程精確跟蹤與識別[7-8]。為進一步提升作戰效能，其技術發展重點還逐步轉向無人艇群以及無人艇與無人機、無人航行器等多無人平臺自主協同作戰領域[9-10]。

圖1 美國無人艇主計劃中提出的4型無人艇Fig.1 Four types of unmanned vehicles proposed in American unmanned vehicle master plan

2）以色列。

以色列主要發展執行情報偵察和戰場監視、警戒巡邏、反水雷、火力打擊等任務的無人艇，用于保護港口及海上設施安全。如“保護者”型無人艇采用模塊化設計，可根據任務需要將不同的武器裝備像搭積木一樣快速安裝在艇上，執行反恐、監視偵察、水雷戰和電子戰等多種任務；“黃貂魚”、“海星”等無人艇在開發過程中采用了諸如陀螺穩定攝像系統、模塊化集成框架和任務包等已在航空裝備大量使用的成熟技術和系統設計思路[11]。近期完成研制的KATAN無人艇最大航速達60 kn，可在 6級海況下安全航行，可搭載使用模塊化機槍、小型導彈以及電子對抗等多種任務載荷；“海鷗”無人艇可配套使用吊放聲吶、拖曳聲吶、小型魚雷等多種模塊化載荷，具備擔負反潛和反水雷任務能力。

圖2 以色列主要水面無人艇型號Fig.2 Main types of unmanned surface vehicles in Israel

3）其它國家。

歐洲等國也在積極推進研制軍用無人艇，發展設想已體現出極高的技術水平和良好的前瞻性[12]。如：英國“衛兵”無人艇，采用隱身設計和噴水推進技術，主要用于情報偵察和港口周邊警戒巡邏；法國“檢察員”無人艇，配備探雷聲吶和一次性滅雷具，主要承擔反水雷任務。

4）發展趨勢。

綜合國外發達國家海軍水面無人艇裝備發展情況，可總結出以下3方面發展趨勢。

① 使命任務由單一任務向多種兼容發展。借鑒利用無人機等無人裝備成熟技術及商用成熟技術，在同一船型平臺基礎上通過搭載不同任務模塊實現多種任務功能已基本成為行業共識。

② 功能定位由保障裝備向主戰裝備發展。無人艇早期主要擔負警戒巡邏、情報偵察、反水雷等輔助性任務，隨著自主能力的水平提升，其任務功能正拓展至反潛、反艦、電子對抗等作戰領域。其中，智能化自主反潛是各國反潛型無人艇努力的方向，通過對潛自動檢測識別和自行決策跟蹤，降低對無人艇的通信需求，以擴大編隊作戰范圍來提升效能，并嘗試逐步擴展魚雷報警等水下防御功能。

③ 作戰使用由獨立作戰向體系協同發展。各國無人艇提出多類無人裝備協同發展、協同使用的長遠目標，與布放回收平臺、訓練與后勤保障等配套裝備同步發展，并正在推動軍事力量體系的發展變革。

1.2 國內水面無人艇發展現狀

國內水面無人艇技術研究起步相對較晚，據目前了解，國內已在無人艇總體技術、環境感知技術、自主決策與控制技術等方面已經取得了突破性進展，部分民用無人艇產品在海洋環境監測、水下地形測繪等領域已投入使用（見表2）。但總體而言，相比國外先進水平還仍存在明顯差距，主要表現在以下幾方面：1）缺乏需求牽引，業內單位自行發展，現有產品與應用需求存在差距；2）未建立統一標準規范，產品種類多、差異大，無法相互兼容，難以融入現有體系；3）仍有多項關鍵技術沒有突破，總體任務集成設計水平較低，任務載荷尚未形成系列產品。

表2 國內典型水面無人艇情況表Table 2 Typical domestic unmanned surface vehicles

2 水面艦艇編隊水下防御無人艇需求分析

水面艦艇編隊面臨的水下威脅主要是潛艇發射的重型魚雷，潛艇憑借其優良的隱身和探測性能，可在中遠距離下（20～30 km）發射魚雷對編隊核心艦艇實施隱蔽攻擊，導致編隊反潛過程中更可能的作戰樣式是遭受魚雷攻擊后進行水下防御，后續再發射魚雷進行反擊。由于潛用魚雷制導方式多樣，可根據戰場態勢適時互相轉換，且隨著人在回路的線導導引、寬帶聲自導、多目標處理、目標尺度識別等先進技術的應用，魚雷的突防能力大幅提升，水面艦艇編隊的水下安全受到嚴重威脅。

為提升編隊核心艦艇遭受魚雷攻擊時的生存能力，世界各國都在加快編隊水聲對抗系統的發展與應用。在該系統的支持下，編隊內各艦利用自身魚雷報警聲吶進行水下警戒，通過跨平臺數據連接，可實現編隊內的信息互聯。當編隊內任意艦艇發現魚雷目標后，進行跟蹤、識別并自動報警，同步將目標信息傳遞給編隊指揮艦，在其綜合顯控上形成水下防御統一態勢，判斷魚雷攻擊的目標，制定水聲對抗方案并報請編隊指揮員決策，將方案下發至編隊內各艦艇執行，通常包括噪聲干擾器、聲誘餌組合使用以及各艦機動規避方案。

然而，水面艦艇編隊遂行作戰任務過程中，在進行隊形設置時，需綜合考慮防空、反潛以及魚雷防御等多種任務需求，在無法兼顧的情況下，通常選擇盡可能擴大整個編隊的警戒范圍。在此條件下，作為對編隊隊形要求最為緊密的魚雷防御作戰將可能會出現探測、對抗的空隙，使得編隊核心艦艇被魚雷從空隙中抵近而不自知，進而面臨單艦自防御的嚴峻形勢。

針對水面艦艇編隊存在對來襲魚雷探測、對抗間隙的問題，可利用水面無人艇機動能力強、載荷配置多樣等優勢，將配置有對抗載荷的水面無人艇布放在間隙處，在威脅情況發生時快速響應，作為編隊補充手段實施水下防御，保護編隊核心艦艇安全：1）可作為編隊新增的探測平臺和信息節點，彌補編隊目前的探測間隙，有效提前編隊水聲對抗的起始時刻，可在魚雷距離核心艦艇更遠距離條件下實施對抗，充分發揮層次對抗的防御效果；2）可作為編隊的快速移動對抗節點，在發現魚雷目標后，對潛艇平臺聲吶實施抵近干擾，持續阻斷其線導導引，對魚雷聲自導實施機動尺度誘騙，牽制其偏離核心艦艇機動規避方向。

對于潛用魚雷來說，通常采用線導導引低航速隱蔽抵近艦艇編隊，以降低其航行噪聲、縮短被魚雷報警聲吶發現的距離，待接近核心艦艇后轉為高速實施目標跟蹤、識別與攻擊。因此，為保證魚雷低速時可達到抵近編隊的目的，采用小舷角迎擊態勢實施攻擊更為合適，且此時艦艇進行大角度機動轉向的耗時也相對較長。

綜上所述，水面無人艇應布置在核心艦艇前方的左右兩側，彌補魚雷探測空隙，輔助編隊防御威脅程度更大、來襲概率更高的小舷角魚雷。并且，應在護航艦艇與核心艦艇之間，在編隊內部形成遠、中、近多層防御圈，通過多次對抗來提升對魚雷的綜合防御成功概率，水面無人艇的具體布置使用方式如圖3所示。

圖3 水面無人艇輔助水面艦艇編隊防御魚雷攻擊示意圖Fig.3 Schematic diagram of unmanned surface vehicle assisting surface ship formation to defend against torpedo attack

3 水面艦艇編隊水下防御無人艇對抗效能仿真分析

基于水面無人艇水下信息對抗系統效能評估仿真系統，構建水面無人艇輔助水面艦艇編隊防御來襲魚雷攻擊典型作戰場景，并開展大樣本仿真分析，通過對比有無水面無人艇條件下，水面艦艇編隊防御魚雷成功概率的提升程度來分析評估水面無人艇的對抗效能。

水面艦艇編隊初始態勢如圖4所示，護航艦艇1、2、3均勻分布在以核心艦艇為圓心，半徑為15 km的右半圓上，護航艦艇 4位于核心艦艇后5 km處，水面無人艇分布在以核心艦艇為圓心，半徑為10 km的右半圓上；來襲魚雷與核心艦艇初始距離為20 km，來襲方位采用小舷角攻擊，即核心艦艇的0～90°舷角。對于上述對抗態勢，利用效能評估仿真系統對有無水面無人艇條件下、不同數量水面無人艇布放在不同舷角、魚雷來襲舷角0～90°（間隔15°）時，進行5 000次蒙特卡洛仿真，具體結果如表3所示。

圖4 水面艦艇編隊防御魚雷攻擊初始態勢圖Fig.4 Initial situation diagram of surface ship formation to defend against torpedo attack

表3 有無水面無人艇條件下、不同布放舷角水面艦艇編隊防御魚雷攻擊成功率Table 3 Success rate of surface ship formation to defend against torpedo attack with or without unmanned surface vehicle %

由表3仿真結果可知：當編隊單舷加入的水面無人艇數量為1艘時，在45°來襲舷角附近，可顯著提升水面艦艇編隊防御魚雷成功率，平均值由66.94%提升至 88.66%；而在其它來襲舷角情況下的變化不明顯。主要原因是45°舷角附近正好是編隊探測魚雷的盲區，來襲魚雷可隱蔽穿越護航艦艇防御圈并抵近核心艦艇，整個編隊將面臨核心艦艇單艦自防御的嚴峻態勢。因此在該舷角附近布放水面無人艇，可有效彌補編隊探測盲區，提前防御實施起點，并對來襲魚雷實施誘騙，牽制其跟蹤，進而顯著提升防御成功率。而在其他舷角上，因護航艦艇可自行探測到來襲魚雷并由編隊統一決策、實施對抗，水面無人艇的作用體現不明顯。

當編隊單舷加入的水面無人艇數量增加至 2艘時，可進一步提升水面艦艇編隊在15°、30°等小舷角魚雷來襲情況下的防御成功率，平均值由44.12%～42.39%提升至83.26%～89.38%，主要原因是該態勢下編隊核心艦艇需進行轉向機動規避的角度大、耗時長，單艘無人艇攜帶聲學誘騙載荷對魚雷的牽制時間不足以讓核心艦艇逃出魚雷的自導作用距離。因此，在 45°舷角配置 1艘無人艇保證彌補編隊探測盲區的基礎上，通過增加無人艇的配置數量，對來襲魚雷實施接力誘騙，可進一步拉大魚雷與核心艦艇之間的距離，從而提升成功概率。

4 結束語

考慮到水面無人艇相比有人艦艇平臺展現出獨特的優勢，在水面艦艇編隊水下防御等軍事領域具有廣闊的應用前景。本文結合國內外水面無人艇的發展情況，開展無人艇輔助水面艦艇編隊防御魚雷攻擊的作戰使用方法研究，并進行了對抗效能仿真評估，可有效牽引水面無人艇在水下信息對抗領域的發展。并且，隨著輕型拖曳式魚雷報警聲吶、爆炸式聲學干擾、機動式尺度誘騙、人工智能等新技術的快速發展，將為后續編隊水下防御無人艇的工程化研制提供技術支撐。