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世界无人艇技术研发动态与作战使用分析
来源:军工天地 | 作者:佚名 | 发布时间: 58天前 | 631 次浏览 | 分享到:
军用水面无人艇(USV)是无人驾驶技术和现代作战理念在军事领域的优势结合,它融合了智能导航与制导、远程通信、舰艇操纵自动化等多项前沿技术……

军用水面无人艇(USV)是无人驾驶技术和现代作战理念在军事领域的优势结合,它融合了智能导航与制导、远程通信、舰艇操纵自动化等多项前沿技术,是一个国家尖端科技的集中体现。无人艇及其编队作战具有决策快速、以小博大、可有效减少人员伤亡等突出优势,自面世以来深受世界各军事强国的青睐与重视,纷纷推出新一代产品。

 

美国海军cusv无人快艇,来自网络

一、无人艇技术研发动态

在无人艇技术的研发链条中,世界各国除了在传统的导航智能化、姿态控制与远程通信方面发力以外,随着无人艇技术的服役使用,各国发现,一些看起来“非核心、非主流”的因素却在实际上影响或制约着无人艇实际使用的效果,而这些技术逐渐成为近年来的研究热点。

⒈船型设计与制造

船型技术是水面无人艇快速性和稳定性的关键技术,目前,已有产品主要包括半潜、常规滑行、半滑行、水翼等艇型,在研产品集中于常规滑行、半滑行两种。常规滑行通常采用V型、深V型或M型,综合性能好,拖曳能力强,但对负载分布非常敏感,稳定性差;半滑行型艇具有较低的阻力和较高的适航性,耐波性好,是一种性价比高、航行姿态稳定的水面平台,航速可超过30节。

⒉吊放与回收技术

无人艇吊放是无人艇实际使用的第一步,回收则是最后一步,无论吊放与回收,传统上均需要母舰舰员辅助配合,难以适应高航速、高海况时的需求,因为这不仅耗费大量的时间,还大大增加了人员操作时的危险性。

鉴于此,各国竞相研发快速安全又不需要人工干预的吊放回收方式。美国“独立”级濒海战斗舰采用的是艉部收缩臂式收放系统,而“自由”级濒海战斗舰采用的是舷侧伸缩收放系统,德国主要为自行研发的吊艇架式收放系统,法国主要为艉部双滑道式收放系统,耗时最短、海况影响最小的是坞舱式回收方式。

⒊通信与网络安全

无论现在以受控为主的工作模式还是未来自主规划为主的工作模式,可靠通信的范围就是无人艇有效工作的范围。在无人艇挑战赛中,通信问题频发,除了同频干扰外,强烈的电磁环境也是重要原因。在未来海战场,复杂的电磁环境将是无人艇工作的强大威胁,而对于大中型无人艇,远海通信体系的保障能力尤为重要。

此外,由于船舶与所控无人艇的紧密联系,网络的安全性非常重要。总的原则是设置网络深度防御机制,对网络侵害行为进行阻止、辨识防范,降低恶意攻击对系统的损害。

二、世界主要国家的无人艇装备及作战使用理念

目前,全球无人艇市场共有60余种型号,军用无人艇占比超过70%。无人艇装备及其作战使用是一个国家海军战略的自然延伸,各国依据各自不同的军事需要产生了技术侧重不同的产品,呈现百花齐放的繁荣发展局面。

⒈美国

在水面无人艇方面,美国始终占据技术发展的制高点,代表和引领着这一领域的发展方向。在作战使用上,美军认为,隐于深水之下的潜艇是对其遍布全球的航母舰队的最大威胁,所以,运用无人艇反潜是美海军最紧迫的任务。在已经定型或服役的十余款产品中,最新最强的无人艇为反潜连续追踪无人艇(ACTUV,又名海上猎人),长约19m,排水量约157t,设计时速为27节,高于一般柴电潜艇的速度,作战半径3000km,海上续航时间长达30天,可携带无人潜航器,采用通气管桅柱结构,内部安装数据链与控制系统天线,在耐波性与续航力方面较传统水面舰艇有明显优势。

目前ACTUV面临的最大挑战是安全航行,尤其是海上避碰。由于没有舰桥人员监控,ACTUV需要一定的技术来保证其高度的态势感知能力。此外,由于ACTUV需要在海上长期执行任务,没有海上自修能力,该艇的推进系统、任务系统及远程通信能力必须具备高度的可靠性。

 

图1 正在吊装的美海军ACTUV

⒉以色列

以色列在无人艇装备开发研制中具有先发优势,已经拥有多型装备入列,其中尤以“海上骑士”和“海星”两型装备最为先进。在作战使用上,以色列突出“察打一体”的特点,主要用于侦查预警和轻量级打击。代表产品“海上骑士”由以色列拉斐尔先进防御系统公司研制,是前期主力“保护者”型的升级版。

“海上骑士”艇体结构扩展至11m,仍为喷水推进但在大浪中航行更为稳定,航速最高40节,可连续航行12h,作战半径500km。

“海上骑士”配备有先进的导航雷达和全球定位系统,红外传感器能够捕获周边环境、搜集情报并进行实时监控。武备方面,配备一门水炮和多枚“长钉”导弹,是世界上首艘能发射导弹的水面无人艇,可执行反恐拦截、精确打击等任务,但目前主要用于海域巡逻。

 

图2 以色列海军“海星”无人艇

另一款主要产品“海星”由以色列航空防御系统公司独家生产,主艇体结构同为硬壳充气式,艇长11m,有效载荷2.5t,最大航程300海里,可执行侦察监视、反水雷和电子战。

“海星”采用开放式结构,装有光电传感器、目标搜捕传感器、通信情报系统等,武器配置为一门带稳定装置的小口径舰炮,其水上操作可由陆基、海基甚至空基平台控制,综合性能与“保护者”不相上下。

⒊英国

英国海军无人艇款型较少,受海军规模与使命任务限制,主要遂行近海侦查监视的作战任务。2020年7月,英国防务巨头BAE系统公司宣布研制成功“Pacific950”无人武装快艇,可自主驾驶长达10天,能够以45节高速追击目标、最大航程可达300海里。该艇安装有多种侦察监视设备,并装备一挺12.7mm机枪,能够执行从侦查监视到引导攻击的多个阶段复杂任务。该艇所载智能系统会根据战场环境进行自主定位与航路规划,能够在复杂海况环境中快速做出决策。鉴于机器人自主攻击系统还不够完善,艇上机枪的开火权仍由人工控制。

 

图3 英国海军“Pacific950”无人艇

⒋德国与法国

德国与法国无人艇研究及作战使用均起步较晚,总体规模较小,种类不多。德国正尝试将无人艇用于侦查和对点攻击,法国则重点将无人艇的作战使用放到战场环境保障方面。德国共有近10型无人艇处于研发或使用阶段,主要在研型号为“哨兵”和“近岸攻击”无人艇,尤以前者更为突出。

“哨兵”无人艇采用模块化结构,全长近5m,外形设计和艇体材料使之具有优良的隐形能力和抗沉性,艇上装有声纳和雷达,另有代表德国工业水平的光电传感器备用,已多次投入海试。

代表法国最高水平的无人艇为“FDS-3”无人猎潜艇,该艇全长8.3m,质量6.7t,采用柴油动力推进,航速12节,续航力20h,通过艇载天线实施遥控,利用全球定位系统按照规划航路航行,执行过航道清扫、港口搜索等任务,尚未具备反潜作战能力。

⒌日本与新加坡

日本无人艇的特点为“轻、快”,作战使用上侧重于反水雷,典型产品为最新研制的水面无人艇为“OT-91”型,采用喷水推进,最高航速40节,主要用于海上情报侦察和反水雷等,另外,日本近年对外发布的“Aquarius”无人艇颇具看点,该艇采用三体船结构,长5m,翼展8m,吃水仅1m,船体采用轻量级复合铝制材料,采用太阳能和电力混合动力,巡航速度6节,是一款军民合用的浅水新概念无人艇。

 

图4 日本军民两用“Aquarius”无人艇

新加坡在无人艇研制上紧随美国之后,作战使用上秉承“一专多能”的理念,企图以“无人”代替“有人”的作战使用效果,典型产品为“警惕”级自主无人艇(IUSV)。该艇制造商Zycraft公司多年来不断升级优化其功能,时至今日最高速度已超过40节,续航能力30天,使用半径1500海里,动力装置为两台Yanmar涡轮柴油机,总功率960马力,配有陀螺稳定器用于稳定满载为25t的艇体,可以独立自主进出港口并沿繁忙的水道航行。在未来,该艇将逐渐实现反潜、反蛙人、搜救和侦察任务。

总之,无人艇作战理念与一个国家的海军实力紧密相关,使命任务紧紧围绕典型作战样式和海军行动,服务服从于本国的海军战略。

三、发展趋势

总体来讲,水面无人艇技术发展趋势表现为由单打独斗向集群作战发展、由自动化向智能化发展、由近海向远洋发展,由单功能向多功能发展。

⒈进一步加强无人艇协同自主化

由于无人艇所处的水面环境十分复杂,不仅包括静态障碍物,同时还受海况、其他舰船航行的影响,对自主驾驶的要求很高,所以,减少人工干预的成分、构建安全的信息共享网络、使无人艇具备自主机动和清除障碍的能力是未来无人艇技术发展的首要问题。在作战使用中,无人艇通常采用集群攻击的方式打击敌方单一大型舰艇,要求具有强大的指挥控制、态势感知和实时信息处理的能力,相比于其他硬件系统,高度自主化和智能化是无人艇发展的关键环节。

2020年8月,美国海军在弗吉尼亚州詹姆斯河上进行了一次“蜂群”作战演示,共有13艘无人艇参加,它们在收到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了一系列复杂动作,实施了对“入侵目标”的包围和拦截,成功完成了护航作战任务。

⒉进一步提高续航能力

随着未来无人艇执行任务的多样化,尤其是反水雷、反潜等军事任务需要载荷笨重的武器弹药,对无人艇的动力设备提出了更高的要求。无人艇的优势在于快速性,但是在保证有效载荷的前提下实现长航程并表现出优异的耐波形非常困难,美国等国家正在研究通过转化太阳能、海浪能等方式为无人艇提供源源不断的能源供应。

美国波音公司与液体机器人公司正致力于完善海浪波和太阳能混合驱动方案,初级产品已经在美无人艇“SHARC”上展示,可自主航行1年;日本在太阳能利用方面已有成形产品问世。

⒊进一步拓展作战使用空间

从早期的以执行侦察预警任务为主,无人艇的军事应用逐渐向军事打击发展。鉴于海上反潜的高风险性和困难性,无人艇可能最先在反潜领域获得突破,事实上,美国的“海上猎人”无人艇已经具备一定的实战反潜能力。在不远的将来,无人艇可携带鱼雷或小型反水雷武器执行有限区域反潜或扫雷任务,此外,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。以以色列为例,由于其在无人机方面的发展也相对较成熟,实现无人机与无人艇的协同作战预计会成为无人艇研发技术下一步发展的新方向。

四、结语

无人作战平台将是未来战争中侦察监视、情报收集、精准打击、减少伤亡或实现零伤亡的重要支撑。国外水面无人艇已经走过了将近20年的发展历程,自主决策、编队智能协同完成多种军事任务是未来发展的清晰目标。无人艇作为平台中体积最大、自持力最强、所载设备和武器最多、可执行任务最广的类别,将会在未来战争中协同无人飞行器、无人潜航器、无人车辆等共同构筑完整的无人化战场,将人类社会战争形态推向新的高度。