来自 科研成果 2019-10-08 07:00 的文章
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美军政大学力发展无人舰艇用途仍以帮衬应战为

海军专家解读无人艇:未来海上作战的“翘楚精灵”

图片 1 美“大拖力”无人舰艇

今年8月,美国海军在弗吉尼亚州詹姆斯河进行了一次无人艇“蜂群”作战演示,安装了CARACaS系统、故障自动防护系统的13艘无人艇,以集群作战模式完成一系列复杂机动动作后,实施了对“可疑船只”的包围和拦截,成功完成了护航作战任务。可以说,无人艇的问世在一定程度上创新了美国海军的作战方式。

图片 2 美“海马”无人潜艇

近年来,随着无人机、无人车等新型无人装备相继诞生并取得长足发展,无人装备领域发展正从空中陆地向海上不断迈进,无人艇的发展前景如何?未来海战是否走向无人化?本期我们邀请海军军事专家刘伟为您作相关解读。

  近段时间,无人舰艇、无人潜艇成为媒体上的热点字眼。美国海军专家称,全球海军正掀起建造能在水面和水下执行任务的无人驾驶舰队的热潮。

10月5日,美国海军宣布在无人艇技术研究领域取得重大突破,无人艇不仅具备保护本方舰艇的能力,还能以“蜂群战术”向敌方舰艇发起自主攻击——

  未来战争将是一体化联合作战。无人海上平台必将与其他武器平台一起执行联合打击任务。

今年8月,美国海军在弗吉尼亚州詹姆斯河进行了一次无人艇“蜂群”作战演示,共有13艘无人艇参加,其中5艘无人艇采用自主控制,另外8艘由后方人员实施远程遥控。它们在收到来自直升机提供的威胁报警后,依托雷达和红外传感器探测目标,以集群作战模式完成一系列复杂机动动作后,实施了对“可疑船只”的包围和拦截,保护本方船只安全撤离,成功完成了护航作战任务。

  无人舰艇“家族兴旺”

所谓“蜂群战术”,顾名思义,就是像蜜蜂一样成群结队地攻击同一个目标,这样的攻击具有快速、机动和密集等特点。在海上实施“蜂群”攻击,通常是指同时利用多艘高速快艇协同攻击敌方单一大型舰艇的作战行动。“蜂群”攻击要求为协同行动提供强大的指挥控制、态势感知、信息共享和实时通信能力,而“蜂群”攻击的实现则要求无人艇在自主操作的情况下完成,即信息化之外又增加了自主化,包括高速的自主信息处理能力和精准的自主路径规划能力,其难度之大可想而知。据美国海军透露,普通的巡逻艇通常需要3至4名海员操控,但是安装了CARACaS系统、故障自动防护系统后,1名海员就能完成20艘无人艇的操控。与无人机不同的是,无人艇还具备了一定的自主性,并且不是每一步都需要有人发号施令。

  近年来,无人舰艇在自主侦察、监视、猎雷、靶船等方面性能卓著,使得世界各国海军越来越重视无人海上平台的发展。按照航行状态分,主要有无人水面舰艇和无人潜航器两种。

美国海军之所以大力推进无人艇技术研究,与2000年美国海军“科尔”号驱逐舰遭受恐怖主义袭击直接相关。在那次袭击中,一艘装满炸药的小艇突然撞向停靠在也门亚丁港的“科尔”号驱逐舰,造成17人死亡,39人受伤。美国海军认为,基于网络自主化的无人艇将在保护海军舰艇、港口和海上设施免受类似袭击方面发挥重要作用,同时还可以使海军和舰艇装备从这种危险的防御任务中解脱出来。一方面可以避免人员伤亡,另一方面为更好地执行其他任务创造条件。

  与无人地面车、无人机相比,国外海军目前已生产或研发的无人水面舰艇数量还很少,“斯巴达人”、“猫头鹰”等无人水面艇被提及的频率较高,具备供海军使用的潜在可能性。

在过去20年中,无人装备尤其是无人机的军事应用取得了突飞猛进的发展,各国对无人艇技术的经费投入也逐年增加。从世界范围来看,当前的无人艇主要由美国、英国、法国、加拿大、以色列、日本等10余个国家研制,能够完成情报搜集、物理表征、反水雷、海事安全和训练测试等方面任务。

  “猫头鹰”无人水面艇是自主搜索艇的民用改进型,低剖面艇体提高了隐蔽性,增大了载荷能力。“猫头鹰”能够以遥控模式作业并能在河流和浅海地区进行水上侦察。

目前在全球无人艇市场,共有60余种无人艇,已经投入使用的型号中,军用无人艇数量约占70%。在无人艇的研发方面,美国始终处于领先地位,世界上近一半的无人艇是由美国研制。美国海军始终重视对无人艇自主化方面的研究,并积极吸收民事部门针对自主化和网络化操作的研究成果。此外,美国海军还资助国家航空航天局喷气推进实验室开发了机器人智能指挥与感知的控制体系架构,旨在使用最少的人工干预完成无人艇的操控和导航。在此次无人艇“蜂群”作战演示中,起关键作用的正是CARACaS系统。CARACaS系统成本极其低廉,并很容易安装在巡逻艇及其他船只上,配备该系统的无人艇一定程度上可以自主完成运输特种部队、保卫港口和码头的任务,真正做到了“低投入高回报”。

  “斯巴达人”无人水面艇是美国海军于2002年开始研制的模块化刚性充气艇。它长7米,续航时间8小时,航程达150海里,航速超过8节,载荷1.18吨,配备有各种传感器和任务模块,最初被美国海军用来验证其在水雷战、兵力保护、精确打击以及多无人水面艇的指挥控制中的作战使用。在未来几年,美国海军还将研制11米长的更大型无人艇,其作战效能更为可观。

截至目前,美国海军已经在无人艇和无人潜航器上对CARACaS系统进行了长达8年的全面测试,下一步美国海军还将组织更多无人艇参与试验,并将引导无人艇开展更为复杂的协同行动。总的来讲,其未来发展方向包括以下几个方面:

  无人舰艇家族的另一个分支是无人潜航器。近年来,无人潜航器发展很快,正在逐步取代以往由潜水员操作的有人操作水下航行器,用于海洋开发、科学研究、搜索救援、回收和测量。

进一步加强无人艇协同自主化。减少操作人员的数量、构建安全的舰艇网络、具备自主机动和待命以及清除障碍的能力,是美国海军对未来无人艇能力构想的重要方面。由于无人艇所处的水面环境十分复杂,不仅包含静态障碍物,同时还受海况、其他舰船航行的影响,对自主化操作的要求很高。因此,相比于其他无人系统,除了传感器、通信与数据接口、动力等所有无人系统都存在的技术问题外,高度自主化是影响未来无人艇发展的一个关键环节。

  以美国海军为例,目前现役的无人潜航器有半自主型水文勘测潜航器系统、远程水雷侦察系统和多任务重组无人潜航器。

进一步提高续航能力。随着未来无人艇向执行侦察监视、反水雷、反潜等多种任务的方向发展,对其续航能力要求越来越高,但由于要与速度、耐波性以及有效载荷和动力等方面进行权衡,制约了续航能力的发展。为此,美国海军将提高无人艇的燃料有效载荷率作为技术发展的目标之一,同时还在研究通过转化太阳能、海浪能量等方式为无人艇提供持续不断的能源供应。

  半自主型水文勘测潜航器已在美国广泛应用。它是一种人员便携式装备,重约36千克,配备了旁扫声纳及声学多普勒水流测剖仪,采用声学系统导航,能测量电导率、温度、水深等。经过不断改进,该型潜航器已经能够跟踪污染源、确定发光生物体最大浓度、确定污染物浓度最大区域。

此外,武器化也将成为未来无人艇发展的一个重要趋势。正如无人机近年来走过的历程一样,无人艇未来最有可能首先具备反潜攻击能力,可发射鱼雷或小型反鱼雷武器,其在反水雷方面所发挥的作用将进一步拓展,可以执行目前由有人驾驶直升机和反水雷系统承担的任务。无人艇还将在电子战领域得到应用,帮助海军舰艇对敌实施引诱和迷惑。

  远程水雷侦察系统使用化学电池作为动力源,主要用于水雷侦察,该系统由专用鱼雷管释放。

著名发明家尼古拉:特斯拉进行了遥控无人艇试验,其试验艇成为人类第一艘水面无人艇。

  发展远程水雷侦察系统的最大瓶颈是续航力问题,因而又出现了“多任务重组无人潜航器”。这种潜航器长18.82米,直径6.4米,重约1.8吨,可根据不同任务更换模块进行重组,完成海上侦察、水下搜索和测量、通信和辅助导航、潜艇跟踪。

美国将一型V-8汽油机驱动的小艇,改装为遥控扫雷艇。

  无人舰艇能力知多少

美国研制的“遥控猎雷作战样机”成功在波斯湾进行了海上作业。

  无人舰艇的应用已不是什么新鲜事,以色列在这方面就走在了前列。据报道,以色列“保护者”无人水面艇首批将服役12艘,每三艘编成一个机动编队,轮流在靠近埃及的加沙地区巴勒斯坦人控制区海岸线、以色列本土沿海地区和黎巴嫩相邻水域进行巡逻。

美国海军研制的“斯巴达人”无人艇首次演示,可通过换装任务模块,执行多样化任务。

  以色列无人水面艇还在国外得到了应用和推广。其中,“保护者”在2004年就被新加坡海军看中,一次性采购了多艘拟用于测试的该型无人水面艇,当时造成了以色列海军计划中的评估测试被迫推迟。

以色列展示了“黄貂鱼”无人水面艇,其具有出色的自主导航与定位能力。

  新加坡海军将这些无人水面艇部署到阿拉伯湾,在“伊拉克自由行动”中用以提高监视、识别和拦截能力,最大限度地减少人员伤亡。另外一种艇型“海星”也已经出售给尼日利亚海军,用于其石油平台保护。

以色列海军对“保护者”无人艇进行了新一轮作战评估海试,旨在研究未来无人艇发展的突破口。

  发展无人水面艇的大多数技术已经成熟,并具备实用性。从理论上讲,目前已经可以用相当低的成本研制具有一定续航力的高速、隐蔽、灵活的无人水面艇。但从工程角度看,还有一些技术问题需要解决,包括无人水面艇之间的互通问题,无人水面艇与其他无人系统、有人水面系统的通讯问题,适合部署的传感器组件问题,释放和回收的最佳方式等。

美国“食人鱼”无人艇亮相,可执行海岸部队的任务。

  无人水面艇是以遥控模式工作的,如果其能以自主、自适应控制模式工作时,其实用价值将是非常大的。比如,随着水雷威胁的上升,为识别、分类和消除水雷,需要收集目标的信息,此时,将多个具备大范围探测感知能力的无人艇协同使用,就可大大提高猎雷能力。

新加坡大型无人艇完成海上试验,可进行连续48小时的自主航行。

  无人水面艇能够执行港口防护和舰船兵力保护任务,能进行潜水反潜或对付集群小艇,能进行秘密后勤补给,运送和放置海底传感器,能布放海底或水中漂浮的声纳传感器。此外,无人水面艇还能收集海洋学数据来支援部队作战,探测生化武器。

美国海军研究局取得新突破,无人艇不仅具有保护本方舰艇的能力,还能以“蜂群战术”向敌方发起自主攻击。

  无人海上作战平台的未来

未来无人艇发展路向何方,让我们拭目以待……

  未来,无人海上平台关键技术将得到较大发展,自主技术、通信技术有望突破。无人海上平台关键技术的深入发展与日益成熟是促进无人海上平台功能水平进一步提高的关键。

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  美国国防部发布的《无人系统发展路线图》认为,未来影响无人海上平台发展的关键是自主技术和通信技术。前者包括自主控制、自主识别、自动规避等,这是无人系统发展应用的前提;后者包括用于无人海上平台的无线电通信、光学通信、水声通信等,这是无人海上平台实现安全、实时、高效传输和交换信息的关键。

  侦察、监视仍是无人海上平台的使命。执行打击和联合作战将成为未来发展方向。随着高科技的不断应用,无人海上平台已从传统的监视与侦察扩大到通信中继、反水雷战、反潜战、电子战等军事领域。

  但从目前的发展来看,无人海上平台仍以辅助作战为主。在未来战争中,无人海上平台必将与其他武器平台一起执行联合打击任务。这种联合,既包括有人系统和无人系统的联合,也包括无人系统之间的联合。

  无人海上平台必将对未来作战样式和理念产生深远影响。目前,世界各国海军的无人海上平台已开始不断编入作战序列。以美国海军为例,随着小型无人海上平台的广泛装备,近海战斗舰均可携带无人水面艇和无人潜航器。

  未来几年中,美海军将会出现更多的无人潜航器部队和无人水面艇部队等兵力。

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