21世纪是海洋的世纪。海洋慢慢的变成了大国地缘战略竞争和军事竞争的主战场。我国未来面临的战争大多数来源于海上。随世界军事信息化智能化加速发展,高端战争的海战装备无人化、自主化、智能化和体系化趋势慢慢地加强。世界主要军事强国在推进水面战场与装备无人化、自主化、智能化建设的同时,慢慢地增加水下无人装备建设。水下无人装备慢慢的变成了大国军事竞争中实现水下攻防对抗的重点热点装备。
水下无人装备是无人系统体系的重要组成部分。近年来, 随着大国军事竞争不断加剧,许多国家都加快了水下无人装备的发展, 以抢占未来海上竞争新的制高点。水下无人装备发展呈现出百花齐放的局面。
总体上看,水下无人装备大致上可以分为两大类,即无人水下航行器(unmanned undersea vehicle, UUV)和水下无人预置系统。
UUV慢慢的变成了当今世界主要军事强国进行水下作战的主战装备之一。按照不同标准,UUV可大致分为以下几类:
依据其控制方式,UUV可大致分为遥控式水下潜航器和自主式水下潜航器。前者一般不自带能源,需要利用一条脐带缆从甲板进行供电,并利用电力载波形式进行通信,具备较好的实时操作性,多装备摄像机、成像声呐、机械手等设备,进行水下观测、攻击、打捞、设施安装/拆除、船舶清洗等作业。后者为无缆、自主式水下航行器,一般具备自主导航、控制、预编程、安全保障、位置回传等功能,可用于战场前线侦察、探测、突袭等。
依据其直径大小,UUV可大致分为超大型(直径在2100mm以上)、大型(直径在533~2100mm)、中型(直径在254~533mm)、小型(直径在76.2~254mm)。
依据其排水量,UUV可大致分为大型(排水量大于2000公斤)、重型(排水量300~2000公斤)、轻型(排水量50~300公斤)、便携式(排水量小于50公斤)。
依据其航程,UUV可大致分为远程(大于500公里)、中程(200~500公里)、近程(小于200公里)。
此外,还有水下滑翔机、仿生型UUV、海底爬行式UUV等新型水下无人航行器,无法用特定标准划分。
水下无人预置系统最重要的包含水下预置武器和水下预置基础设施。水下预置装备一般长期潜伏于数千米海底,具备探测、通信、上浮、攻击等能力,携带探测/攻击性载荷,可对空中、水面、水下的目标进行监视、打击。
依据作战功能,水下无人预置装备能分为侦察预警型和攻防打击型;依据作战方式,可大致分为直接型和间接型;依据作战模式,可大致分为主动型和被动型等。水下预置基础设施包括水下监听网、水下探测系统等。
目前世界上代表性的水下无人预置系统主要有美国的“上浮式有效载荷”和“海德拉”项目、俄罗斯的“赛艇”系统等项目。
水下无人装备主要的技术支撑有防水防腐耐压技术、控制导航定位技术、目标探测与识别技术、通信组网技术、人工智能技术、能源动力技术和设备健康管理技术等,技术结构较为复杂,具有典型的军民结合特征。目前,世界上只有十几个国家从事该类装备研制活动。
在当前军事智能技术和深远海技术持续不断的发展的推动下, 水下无人装备已具备执行多类型复杂任务的能力, 将对未来战争产生非对称、颠覆性作用, 在智能化海战中的地位日益突出。
水下无人航行器具有效费比高、隐身性能好、作战用途广和智能程度高等优势, 是未来智能化战争中重要的新质作战装备。UUV的发展给海洋作战带来了革命性变化,极大扩大了水下战场的覆盖维度。根据近期及未来水下作战需求,美海军在新的主计划中赋予UUV九大使命任务(见图)。随着UUV服役数量的增加,主要国家正在逐渐发展精确打击、编队蜂群作战等能力。
水下无人预置系统搭载载荷丰富多样, 具有潜伏时间长、广域分布、隐蔽性好及响应快速等优点, 已成为未来水下攻防对抗体系的重要组成部分。水下预置装备是一种可在水下隐蔽部署、无人值守、长期待机、远程唤醒的全自主集群作战的新概念武器装备,具有武器打击链路全时、全天候远程唤醒和体系化、网络化、智能化等特点,可长周期、全天候在水下遂行情报/监视/侦察、反潜/反舰/防空/对陆打击、区域封锁、战略威慑等作战任务,可形成覆盖一定区域、维持一段时间的全海域隐蔽、无人自主、长期生存与维持能力。
水下无人装备起源于20世纪50年代末,但由于技术条件限制,很久里发展缓慢。进入21世纪以来,伴随着智能算法的应用、海洋资源的探索及军备竞争的需要,在军民科研领域掀起了UUV研究热潮,各种新概念、新方向被提出,UUV的自主控制水平进一步提升,其任务开始从反水雷向反潜、水下侦察、探测与识别等领域扩展。
美国是最早研制水下无人航行器(UUV)且技术最先进的国家,主要的UUV产品有蓝鳍金枪鱼机器人公司的Bluefin系列、WHOI的ABEAUV、Oceanserver公司的IverAUV等。军用UUV的典型型号有便携式的SAHRV、轻型的SMCM和重型的BPAUV等。
近10多年来,美国已相继发布了《水下战纲要》(2011)、《水下战新纪元》(2015)、《水下战科学与技术目标》(2016)、《无人航行器主计划》《无人系统发展路线图》等十余项顶层战略规划文件, 为水下无人装备的发展确定了多层次、全方位、体系化的基本框架, 有效指导了美军水下无人装备的技术发展和作战应用。
长期以来,美国注重建设信息主导的水下战装备体系,加入多种新型的无人装备,使传统装备兵力构成和作战模式出现重大变化。自2013年提出发展新型超大型UUV设计概念后, 仅2022年上半年,美国就开展了“黑鱼”和“虎鲸”2种大型UUV的下水测试, 企图拓展其水下非对称优势。近年来,美国的大型UUV研发侧重于向装备概念更新颖、作战模式更多样以及遂行功能任务更齐全的方向发展。
欧洲国家在UUV的发展上仅此于美国,主要的UUV产品有挪威的REMUS系列(交付美海军)和HUGIN系列、法国的Alister系列、瑞典的SAAB系列、英国的Autosub系列和Tailsman系列、德国的seaOtterMK系列等。
俄罗斯和日本在UUV研究方面也具备较高的水平,例如俄罗斯海洋技术研究所研制了SKATAUV和MT-88AUV。日本海洋科学技术中心研制了深海型URASHIMAAUV等。
近年来,我国在大型UUV方面也有所发展, 如2019年国庆70周年阅兵式上展示的“HSU001”大型UUV, 即是其中的典型代表。
随着水下无人装备实际应用的不断推进, 未来水下无人装备将向着更远、更深、更强、更灵活以及更智能的方向发展,从依靠人指挥控制到自主作战, 实现与有人装备、无人装备之间的协同运用, 真正融入现有装备体系, 支撑提升体系整体能力,呈现出以下发展特征。
未来海战样式复杂多变, 不仅要求UUV具备多种用途, 还要求UUV任务能力多样。除侦查探测外, 进一步向态势评估、区域控制、中继通信、中继导航以及火力打击等多任务作战能力方向发展。并随着综合任务能力有一定的要求的快速提高, 研制集高自主性、强导航能力、大负载能力和任务重构能力于一身, 具备对多种不一样目标作战能力的大型综合作战平台,成为UUV发展的重要趋势。
未来海上攻防对抗力量分布式发展, 需要UUV能够在更广阔空间中发挥功用, 这就要求UUV向长航时、远航程、大深度和跨介质方向发展, 以适应深远海环境和立体协同任务要求。在燃料电池等新型能源技术的支持下, UUV能源系统向高质量比和体积比能量的高密度能源方向发展, 以提升持续任务能力。同时, 通过新型水下远距离导航和通信技术的应用, 进一步支撑UUV拓展大潜深和远航程能力, 支撑完成如防区外远程潜入敌区等任务, 发挥隐蔽优势, 提高自身生存能力。
为有效应对未来复杂多变的海战场环境, 提高作战效率, UUV平台与载荷将向着模块化、标准化和集成化等“通用”方向发展, 可根据所执行任务的需要加载不同任务模块, 增强系统和结构的兼容性, 便于系统重组重构和任务扩展。同时, 注重新材料、新结构等新兴技术在平台构型设计上的应用, 减轻UUV平台质量, 增强平台隐身性能, 通过应用智能驱动材料开发大变形、高自由度和低成本的仿生UUV。
随着UUV承担任务的难度和复杂度逐渐提高, 单个UUV已难以满足实际作战能力需求, 网络化和集群化协同作战将成为UUV未来发展的必然趋势。在水下信息网络技术和分布式优化技术发展的支撑下, 从开展UUV与有人装备协同运用入手, 逐步开展UUV集群协同运用研究, 向分布式组网和跨域集群等协同作战方向发展。集群形式主要有同构集群和异构集群两种。同构集群为多个相同型号单体UUV协同完成通信、指挥控制与决策而组成的群组, 异构集群则通过与其他无人系统组网成组, 通过分布式态势感知和信息共享,协同完成作战任务。