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前  言

隨著智能化、信息化的快速發展,以無人技術為主導的智能機器人、無人機、無人艇、水下無人潛航器無人裝備將逐漸成為未來戰場的主角。美國2007~2013年間,美國國防部(DoD)前后發布了4版《無人系統(一體化)路線圖》將天、空、海、陸各類無人系統集成在統一的發展規劃中。此后,美國于2016年發布了《2025年自主水下航行器需求》,報告對水下無人航行器的作戰使命、當前作戰任務、未來任務挑戰、后續發展規劃進行了闡述,并提出了海床戰、反AUV戰等新興作戰概念,旨在通過無人航行器的系列發展,構建新型完整的水下無人作戰體系。

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圖1 美軍水下體系作戰

水下作戰體系復雜龐大,主要由水下預警監視系統、指揮通信系統、攻防作戰系統、綜合保障系統等構成。水下攻防系統由各類潛艇、無人潛航器、跨介質無人飛行器、水下預置無人作戰系統等組成。其中,水下預置無人作戰系統是指將無人機、各類導彈、魚雷等作戰裝備預先放置于大陸架、島鏈等敏感海域并進行長時間潛伏,并可通過遠程手段激活后執行偵察、打擊、航路封鎖等任務,是一種新型的水下攻擊武器裝備。

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圖2 水下無人作戰系統作戰示意圖

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 國外水下預置無人作戰裝備發展現狀


 

1.1  美國“浮載荷”計劃

2013年美國DARPA公布了名為“Upward Falling Payloads(沉浮載荷,簡稱UFPs)計劃,旨在研發一種可在大洋下長時間潛伏的無人分布式作戰系統。系統組成包含有效載荷、遠程通信裝置、浮筒發射裝置等,有效載荷包括低功率的激光攻擊系統、監視傳感器、甚至是作為誘餌或提供情報和目標信息的無人機和潛航器等。在項目第一階段的設計中,DARPA資助了包含深海遠程通信、深海耐壓容器設計、深海載荷釋放發射等十多項研究。在后續的研究中,將通過制造原理樣機驗證深海水下各載荷之間的通信技術、耐壓耐腐蝕殼體設計技術、多種載荷發射技術等。在UFPs項目資助下,美國約翰?霍普金斯大學應用物理實驗室(APL)已研制耐腐蝕且隱蔽性較高的無人機,目前原型系統已完成開發和測試,其特點是能在深海停留和啟動,不需要任何結構性金屬部件和機械加工面,而且成本低,可用于高風險作戰。

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1.2  俄羅斯“賽艇”導彈

2013年5月,俄羅斯在白海進行了水下固定彈道導彈的發射試驗,這種代號為“賽艇”的導彈可裝在集存儲、運輸和發射于一體的特殊儲運發射中,可以保護導彈免受過大的壓力和免遭海水腐蝕,能保證其與指揮所通信暢通,同時由小型潛艇秘密運送至海底布設并長期隱蔽待命,待接到激活指令后,再從海底發射升空執行攻擊任務,隨時對洲際目標實施戰略打擊。目前, 俄羅斯馬克耶夫國家導彈中心只向媒體證實了其正在按照相關性能指標生產賽艇彈道導彈,但沒有透露細節,相關文章分析指出“賽艇”導彈是屬于俄P-29RM“輕舟”潛射彈道導彈系列,其性能指標如圖4(右)所示。

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圖4 俄羅斯賽艇導彈計劃(左)和同系列型號導彈戰術技術指標(右)

1.3印度水下預置導彈

潛射彈道導彈和核潛艇是印度完成核武器試驗后就一直追求的目標,然而?;鶟撋浜肆α可婕凹夹g最復雜、建設困難大,世界核大國在研制潛射核力量方面也曾歷經艱辛,所以印度的核潛艇和潛射導彈的發展也并非一帆風順。2001年,印度研發出代號“78工程”預置導彈發射平臺,并于2008年2月利用“78工程”試射了“海洋”彈道導彈。由于印度國產核潛艇“殲敵者”距離正式形成戰斗力還需一段時間,所以其對“水下預置武器”設想充滿熱情,不排除其退而求其次,選擇水下預置導彈發射平臺作為完善自身核打擊體系的“第二道路”。


可以看出,雖然世界各海洋大國發展水下預置的無人作戰裝備的原因和路線大相徑庭,但均試圖發展水下預置無人作戰裝備完善自身水下作戰體系,同時抵消潛在對手水下作戰能力。

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水下預置無人作戰裝備的特點

水下預置無人作戰系統相比于無人潛航器、潛艇等水下裝備,具有以下特點:


(1) 潛伏時間長,隨時喚醒

根據不同的作戰需求,水下預置的無人作戰系統需在水下潛伏數月甚至數年。同時,在接收到作戰指令后具備快速被喚醒、隨時執行任務的能力。


(2)目標特性小,隱蔽性強

水下預置無人作戰系統外形小,處于靜止狀態,同時海底環境復雜,其混雜在礁巖和海底沉積物中將難以被傳統聲吶探測裝置進行定位和識別;此外,水下無人作戰裝備依靠被動信號接受裝置接收遠程遙控指令,不會主動發射電磁波信息,其自身目標特性較小,更加增加了被探測的難度。


(3) 載荷復雜多樣,功能齊備

水下預置的無人作戰系統不僅可攜帶無人機、無人潛航器、水下通信裝執行偵察、通信、數據中繼等任務,還可攜帶各類導彈、魚雷等執行對陸打擊、反艦、防空、反潛等戰術級任務,甚至可發射洲際彈道導彈,執行核反擊任務。


(4)系統可靠性高,無需維護

水下預置無人作戰系統由潛艇、艦船部署至目標海域后進行二次維護會增加系統暴露風險,降低武器系統的隱蔽性,同時由于部署海域一般為海底,其維護的成本也較高,所以要求整個武器系統具有較高的可靠性。

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水下預置無人作戰裝備發展面臨的問題


(1)海底和大洋深處部署作戰裝備類型受國際條約嚴格限制

1972年生效的《禁止在海底和大洋深處部署核武器和其它大規模殺傷性武器》條約(目前已有94個國家簽署)規定,禁止在海岸線12海里外的公海海底放置核武器或大規模殺傷性武器,所以部署在水下無人作戰裝備的行為和裝備的類型受到嚴格的限制。攜帶核彈頭的俄“賽艇”洲際彈道導彈只能部署在內陸湖泊、近海大陸架或內海上,其原有的威懾效果將大大的降低。

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圖6 水下核試驗


(2)大水深耐壓密封殼體

潛水器耐壓殼結構主要用于承受深水壓力,從而為內部的電子元器件裝置、儀器設備提供合適的環境,并保護它們不會因海水壓力和腐蝕而受到損害,要求耐壓殼體具有足夠的強度和可靠的密封性。目前,美國深海沉浮載荷水下貯存深度最大可達4000m,水下裝備能否承受深水高壓的影響將直接決定裝備的是否可正常使用。

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(3)海底地形地貌復雜多變

海底地貌可以分為大陸邊緣、深海洋底和大洋中脊,不同海域的海底地貌表現現形式也不盡相同,且隨著洋流、地震、海底火山、海底熱泉、黑煙囪等因素影響時刻變化。在海洋部署預置無人作戰系統需對部署海域的地形、地貌進行充分的調查研究。

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圖8 海底地貌立體示意圖


(4)海水腐蝕和微生物污損

海水是包含氯化鈉以及鉀、溴、碘等元素的鹽類,同時海水中溶解有氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體,極易引起碳鋼、低合金鋼等金屬結構的腐蝕。另外,海水中含有豐富的氧微量元素和營養鹽類等,為海洋生物的生存和繁殖提供了必要的條件,而海洋生物的存在則會影響金屬材料的腐蝕行為與機制。水下預置無人作戰裝備需通過新材料研究、微生物控制等手段解決裝備在海水全浸區和海底泥土區的產時間貯存的海洋環境腐蝕和污損問題。


(5)海底沉積物影響

海底邊界層沉積物再懸浮是發生在海岸、大陸架海區中一種非常重要的物理過程。波浪、 海流等海洋動力作用,底棲生物擾動作用,人類海洋活動過程以及沉積物自身特性等都對沉積物再懸浮過程起著重要的影響。海底邊界層沉積物以及沉積物會對預置無人作戰裝備的水下動穩定性、設備外部動載荷造成直接的影響。


(6)深海通訊問題

預置的無人作戰系統需接收激活信號后執行攻擊任務,但海水介質是非均勻且有損的,對聲能的吸收和聲傳播的擴展效應會造成聲信號的衰減和畸變,同時海水信道的溫度梯度,以及存在各種漂浮物和顆粒、波浪、海底粗糙不平、海水介質起伏等因素都會給預置無人作戰系統的信號的接收帶來較大的影響。


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水下預置無人作戰系統發展趨勢


(1)長時間帶動力航行

水下預置無人作戰系統大多采用無動力靜態部署形式,其機動能力和控制區域有限,執行任務靈活性較差。美國目前正在實施的“長蛇座”水下計劃則自身具備動力,能在水下自由轉移,能無人機或無人潛艇執行偵察、攻擊任務。所以水下預置無人作戰系統朝著無人潛航器的方向發展,具備動力航行、游弋、跟蹤能力。

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圖9 美國“長蛇座”計劃無人潛航器


(2)無人自主決策攻擊

自主決策對于無人作戰系統有著重要意義,努力提高智能化程度和自適應能力, 具有容錯和故障診斷和排除功能, 改善系統的安全性和可靠性,是未來無人水下航行體發展的必然趨勢。隨著人工智能技術、計算機技術等的飛速發展,新型預置無人作戰系統應具有足夠高的智能化程度,能有效地探測和識別目標,能夠和環境發生交互作用,增加航行體對場景感知的水平,以便順利完成各項復雜任務,真正成為海中幽靈殺手。


(3)水下無線通信技術

要完成水下目標之間、水下目標與水面目標之間的雙向通信,水聲通信是當前唯一可以選擇的通信形式,但是水聲通信傳輸速度慢,采用聲學無線通信技術無法滿足實際應用需求。水下無線光通信是使用波長為450mm~700mm的藍綠光作為信息載體的通信方式,比較水聲通信,水下無線光通信的優點是數據傳輸速率更高,保密性更強,受海洋環境影響更小并且設備體積小、重量輕,能耗小、成本低。十分適合水下無人作戰這樣的體積小,能源有限的無人水下平臺。


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總  結 

本文介紹了國外水下預置無人作戰裝備的研究進展,分析了裝備特點和發展所遇到的問題,并對未來水下無人作戰裝備的發展趨勢作了簡要分析。

研究表明,水下預置無人作戰裝備潛伏時間長、隱蔽性好、載荷復雜多樣等特點將使其成為水下無人作戰系統的重要組成部分,可執行海洋國境巡查、無人島礁值守、海洋航線封控等多種任務。但同時可以看出,水下預置無人作戰裝備發展同樣面臨巨大的困難和挑戰,相關部門需主動牽引科研單位進行防海洋微生物腐蝕技術、大水深無線通信技術、大深度貯存技術、系統集成和高可靠運行等關鍵技術攻關,推動我國水下預置無人作戰裝備的發展,助力水下無人作戰體系的構建和完善。

本文選自《戰術導彈技術》2018年第1期

作者:袁亞,張木,李翔,趙曉寧,楊帆