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【UUV】国外无人潜航器的发展现状与展望
发布时间:2017-01-16 11:33:21 访问量:1557

UUV】国外无人潜航器的发展现状与展望

无人潜航器(Unmanned Underwater VehicleUUV),是一种主要以潜艇或水面舰船为支援平台、能长时间在水下自主远程航行的智能化装置,它可以携带多种传感器、专用设备或武器,执行特定的使命和任务,被视为现代海军的力量倍增器,其军事用途已经受到世界许多国家的广泛重视。

 

随着新军事变革的迅猛发展,人类战争正向信息化战争形态转变,战争无人化成为重要的发展趋势之一。近几年来,包括无人潜航器在内的无人作战系统已成为世界各国争相研制的热点兵器,目前在研或已研发的一系列无人作战装备,涵盖情报收集、水下及水上侦察监视、作战打击、后勤支援等诸多领域,已成为世界各国海军装备的一个重要的研究方向。

 

无人潜航器的发展历程

 

20 世纪90 年代以来,水下无人作战装备受到国外海军的重视,发展迅速。

 

1994年,美国正式将水下无人潜航器发展列入计划;2000年,发布第一版《无人潜航器主计划》,在2002年的“21世纪海上力量2003年的海军转型路线图中都特别强调了发展UUV的重要性。200411月,美海军公布了长达127页的无人潜航器总体规划。这份新计划以2000年公布的版本为基础,结合美海军这几年在军事转型、技术研发和平台建设等方面的理论探索成果与实践经验,阐述了UUV新的任务使命、实现途径、技术目标与发展建议。重新定义了无人潜航器的使命和任务以及海军希望无人潜航器所具有的能力,同时明确了美国海军正在建造和研制的所有水面舰艇和潜艇都将配备无人潜航器。该总体规划称,无人潜航器开发的关键在于通用化和模块化。

 

2005年,在美、英等军事大国的带动下,世界无人潜航器的发展取得了重要进展。美国海军调整了其无人潜航器的发展计划;因潜航器在伊拉克作战中的良好表现,英国海军开始从美国引进这种装备,德国也研制出了新型无人潜航器,并开始了演示试验活动,澳大利亚、挪威等国也在积极研发无人潜航器的相关技术。2007年,美国统筹空中、地面和水下无人系统,统一发布《无人系统路线图》,每两年进行滚动修订并发布,在20117月美国发布的《水下战纲要》,提出要加强对大直径潜航器(LDUUV) 、特种部队航行器、分布式水下网络、全球快速打击系统等有效负载的利用,研制的样机包括MANTALDUUV。最新版为2013年发布的《无人系统集成路线图(2013 2038)》。

 

国外无人潜航器的最新发展现状

 

军用无人潜航器具有自主性、低风险性、隐蔽性、可部署性、环境适应性等特点,具有重要的军事价值,目前正成为各军事大国海洋技术研究的前沿。本文将以美国、俄罗斯、欧洲和日本为研究对象,就国外无人潜航器领域的最新发展进行介绍与分析。

 

一、美国海军无人潜航器的最新发展现状

 

与世界上其他十几个研制UUV的国家相比,美海军处于领先地位。美国海军在国防部《无人系统发展路线图》的指导下,先后颁布了包括《无人潜航器主计划》在内的大力发展各种无人系统的一系列纲领性计划,分别指导不同类型无人装备的发展。2016年美国海军在政府国防预算中获得了大量的资金支持,用于扩大无人潜航器编队的规模。美国现有在研、在役多项水下无人潜航器,覆盖各种排水量和动力类型,用途涵盖海洋环境调查、侦察与反水雷、察打一体化等任务。

 

2015年,美国在对原有项目进行试验、测试和部署的同时,发布多个新项目计划,加大对该领域的研发力度。

 

1反潜战持续追踪无人艇”ACTUV

 

ACTUV项目是美国科学应用国际公司为DARPA研制的无人潜艇探测器,该项目旨在应对未来安静型柴电潜艇的威胁。该无人艇采用光电传感器、远程/近程雷达,以及光探测/测距设备,利用人工智能与艇载传感器进行导航,具有探测、跟踪、告警、规避功能,能够进行无线和卫星等多种通信。艇体采用复合材料,具有隐身性能;该艇暴露在水面以上的部分体积不大,雷达反射截面积较小,其主艇体潜行在10m以下,整艘艇的隐蔽性和浅海航行能力均较好;航速达到27kn,作战半径达到3000km,续航时间为期3个月,机动性能较强,具有极佳的前沿部署能力及大范围反潜能力。

 

2015年初,ACTUV进行了为期6周的测试,测试范围为35海里。测试中,共设置了100种不同的场景对该系统特性进行测试, ACTUV成功跟踪了1km外的目标艇。2015年底,美海军反潜战持续追踪无人艇ACTUV)即将下水,担负起在沿海搜索敌方潜艇的使命。

 

 ACTUV项目概念图

  ACTUV反潜效果图

ACTUV外观图

 

2、 大直径无人潜航器LDUUV

 

大直径无人潜航器(LDUUV)能够搭载不同传感器和任务模块,灵活配置,自动控制能力更高,能够数月、远距离执行任务。具有扫雷、跟踪、情报侦察、自主工作、智能化攻击的能力,可搭载各种类型的导弹、炸弹甚至核弹进行自主攻击;既可独立使用,也可在包括巡航导弹核潜艇、弗吉尼亚级攻击核潜艇和水面舰艇等多种平台上部署。LDUUV是察打一体化大直径重型无人潜航器,作为未来多项作战概念的核心节点,计划2016年进行巡航试验,2017年服役,2020年具备完全作战能力。

 

20161月,美海军研究局(ONR)计划于春季开始对长航时、大排量无人潜航器LDUUV进行900~1100海里的无人自主航行测试。ONR旨在对LDUUV的耐久性进行研究,希望该系统可持续在水下运行数十年;除了进行深海航行测试,LDUUV研制的下一个里程牌是集成新型传感器和有效载荷。

 

20158月,美海军批准LDUUV项目的风险降低决议,即该项目达到了里程碑A”,标志着该项目获得了进入下一个开发阶段的授权。目前,被称为海军创新原型样机的该项目LDUUV-INP可续航60天以上,于20154月中旬在“2015海空天博览会首次展出,LDUUV-INP代表了无人潜航器(UUV)的研究前沿,该项目在自持力、功率和自主性等性能上都有跨越式发展,将给海军作战人员带来改变游戏规则的能力。12月,美海军对LDUUV无人潜航器通用控制系统(CCS)软件进行了系列测试,表明CCS软件具备对LDUUV进行指挥控制的能力,该软件可作为海军无人系统的大脑,为无人系统提供任务规划、任务管理等能力,并可适应从无人机到无人潜航器等各类无人平台。图4创新性海军原型样机”LDUUV-INP,图5为美海军潜艇导弹发射管发射无人潜航器系统示意图,图6为美国测试中的潜射无人潜航器原型。

 

大排量无人水下潜航器创新性海军原型样机”LDUUV-INP

 

美国从潜艇导弹发射管发射无人潜航器系统示意图

 

美国测试中的潜射无人潜航器原型 

 

3、 无人潜航器“REMUS600”首次在潜艇上部署

 

水熄(Hydroid)公司的REMUS600等便携式无人潜航器在过去10多年间已被多国海军使用。作为低成本高效率的装备,它们被用于浅海航道测量、水雷监视和物体搜索等工作。

 

“REMUS600”潜航器重500磅,长3.25m,采用模块化设计,见图7,可搭载多种不同类型的传感器,配备有双频侧扫声呐、合成孔径声呐、声学成像系统、摄像机以及GPS装置等。

 

20154月,美海军在弗吉尼亚级攻击型核潜艇上首次部署“REMUS600”无人潜航器,在全球战略热点地区进行水下任务中的应用。“REMUS600”潜航器将通过弗吉尼亚级潜艇上一个11m长的任务模块释放。在2015年美海军以沿海战舰(LCS)搜索沿海水域潜艇的PLUS计划中,REMUS600潜航器采用拖曳阵无源声呐进行广域监视,把探测的信息输入水下探测器进行数据采集后,由卫星将数据传输至陆基站点数据处理设备。PLUS的样机由6REMUS6005台水下探测器构成。7月,美海军北达科他州号核动力攻击潜艇成功在水下发射并回收REMUS600无人潜航器。

 


REMUS 600无人潜航器

 

REMUS 600结构示意图

 

4 DARPA开展深水导航定位系统POSYDON)项目的研发

 

20154月,DARPA发布了深水导航定位系统POSYDON)计划相关跨部门公告,向工业部门征集发展可靠、精确、经济可承受的水下导航系统的项目方案,旨在为潜航器提供无所不在的稳健定位、导航和授时能力(PNT)。

 

POSYDON 项目是在目标海底布放若干声信号源,潜航器通过测量待测点到这些信号源的绝对距离,获得持续、精确的定位。该项目的特点是潜航器无需浮上水面寻求GPS定位,也无需释放任何射频传输信号,因此可最大限度地降低被探测的风险;同时可降低成本和动力消耗。DARPA希望该系统主要为自主无人潜航器提供导航,并可接收兼容于其他潜航器。项目时间暂定48个月,分3个阶段进行。

 

POSYDON项目示意图

 

5、 美陆军研发GPS拒止环境下包括无人潜航器在内的无人系统感知技术

 

201510月,美国陆军为自主无人系统在GPS拒止环境下的组队与合作AUSTC)项目向工业界发布资源寻求公告,寻求在GPS拒止环境下的无人系统感知能力。

 

该项目开发的技术可应用到包括无人潜航器在内的部分无人系统中。该项目将在GPS拒止下的精确测绘、定位、目标探测、跟踪和合作的能力上开辟一条独特的途径,该技术可用于自主无人系统的态势感知、合作和作战,并包括3D4D测绘、定位、目标瞄准、跟踪、集合3D影响、先进实时分析、GPS拒止环境无线电通信网络、目标打击和合作等。

 

6 DAPRA提出面向远洋与未来的发展计划

 

美国DAPRA提出了分布式敏捷反潜(DASH)项目计划,该计划由水下传感器网对潜艇进行探测和定位,在远距离探测、识别、通信、能源管理、传感器与平台的集成、半自主处理、传感器平台的搭建等方面实现了突破。DASH目前已进入样机制作阶段。

 

此外,作为UUV应用构想之一,美海军研究部门还提出了跨越未来计划(LeapAhead Project),2015年该计划已进入厂家听证阶段。该计划的核心是开发与LDUUV进行集成的反潜战(ASW)任务包(ASWMP),并对自主执行任务、态势识别、水下传感器等领域进行技术研发。     

                 

 

DARPADASH项目团队将一个用于追踪水下潜艇的UUVSHARK)投入海中执行任务

 

二、俄罗斯无人潜航器的最新发展现状

 

俄罗斯对无人系统研制工作可以追溯到前苏联时期,但解体后由于缺乏经费等原因发展降速。近年来俄军方不断加大对无人系统研发的投入,依仗其雄厚的工业基础和技术实力,取得了很大的发展。

 

2016年俄罗斯正在发展无人潜航器颠覆性技术。1月,俄罗斯海军正在投资一项包括无人潜航器与无人水面艇在内的具有变革海军战争潜力的未来技术,据防务专家称,俄有可能同时开发上述两种无人装备,但开发长航时无人潜航器的可能性更大,UUV的任务将可能扩大到包括反潜和电子战,以及情报收集。

 

20158月,负责生产专业潜水设备的特提斯公司计划2016年将向俄海军提供5马尔林-350”型远程控制水下无人潜航器,用于替换此前从英国采购的型潜航器。目前已成功完成了国家试验工作。该潜航器用于在水下350米搜索目标和调查工作。

 

马尔林-350”型远程控制水下无人潜航器

 

20151111日,俄披露了正在研发的一种水下高速自主潜航器——“海洋多用途系统Status-6”,如图8所示,该潜航器可携带核弹头,可在沿海地区破坏敌方重要经济区域,并可造成大范围的放射性污染。该潜航器下潜深度为3280ft(1000m),速度可达56kn(103km/h),续航可达6200mile(10000km)。可由奥斯卡II型潜艇或09851项目潜艇所携带。预计在2019年生产出原型机, 2020年前进行测试。据悉,该无人潜航器的速度和下潜深度将大大超过现有任何国家公开的潜航器,性能堪称世界第一。

俄罗斯海洋多用途系统Status-6” 结构示意图

 

三、欧洲无人潜航器的最新发展现状

 

近年来,瑞典萨博(SAAB)公司致力于无人潜航器的研究,在2015年的英国防务展上,该公司展出了该领域的多项研发成果。

 

 

 

AUV62-MRAUV:自主式水下潜航器)水雷探测系统水雷探测系统是SAAB公司研发的最新型自主水下航行器(AUV),具有水雷探测、反水雷、远程作业与高阶自主能力,采用模块化设计,可执行多任务。载荷包括:各独立载荷模块、合成孔径声纳(SAS)、前向声纳、声纳阵列、图像传感器、环境传感器,发射机与应答机等。

 

 

多功能水下潜航器SUBROV一种最新型的远程操作UUV,可被任何潜水艇运载发射,适于21英寸标准级鱼雷发射管。可执行多任务,SUBROV采用模块化设计,具有侦察/干扰、扫雷、通信/监视、自主水下潜航器的恢复等功能。其载荷包括:HD照相机、避障声呐、分析器、无刷推进器、用于导航的USBL/MEMS/DVL/INSAUV恢复工具(操控引导AUV进入鱼雷发射管)。

 

 

多点水雷排除系统(MuMNS)具有现场清除水雷、水雷探测和水下破坏等多功能,模块化使MuMNS具有天生的灵活性。载荷包括:导航传感器、各类照相机、声纳,水雷破坏器。

 

 

海黄蜂(SEA WASP)是一种水下非常规爆炸处理装置,采用模块化设计,具有优异的适航性,可执行多任务,重要设计包括水下机器人(ROV)的传感器和导航组件,亦可整合成一个完整的系统。载荷包括:传感装置(可灵活配置)、宽频声纳、LED灯和视频摄像机、iCON智能控制系统、多普勒测速器(DVL)、内部测量单元(IMU)等。

 

四、日本无人潜航器的最新发展现状

 

近年来,日本的军事战略从专守防卫转变为动态防卫机动防卫,日本持续增加防卫预算,特别是2013财年~2016财年防卫预算总额都有较大幅度的增加,日本将有限资源集中于包括无人潜航器技术等关键技术创新在内的重点项目与核心技术,以满足其增强军事能力,成为军事强国的野心。

 

在过去十几年中,日本已经为无人潜航器的研制投入了数亿美元的资金,其无人潜航器技术已达到世界领先水平,但日本的UUV目前主要用于民用的深海开发,极少用于军事领域。

 

1UUVUSV(无人水面艇)的联合通信技术

 

随着日本在20151月发布新的军事和国家安全空间战略,日本拟全面提升包括海洋在内的ISR能力,日本电气公司提出了无人潜航器的水下无线充电站系统的建议。日本防卫技术研究总部于20153月下旬宣布,该部与舰艇装备研究所正合作研究UUVUSV的联合技术。该项目旨在实现UUVUSV间的实时数据传输,以加强情报收集的准确性、时效性与有效性。

 

该系统采用UUVUSV边协调边进行上下并行巡航,如下图所示,通过水声通信实时向USV传输UUV获取的水下信息,经USV中继传输给母船,并将USV搭载的GPS及水下位置测量装置获得的UUV位置信息传输给UUV,使UUV准确掌握自己的位置。并且,USVUUV具有自主避障能力与应急处理能力,在巡航中可根据母船操控员指令改变航线。

 

 

UUVUSV进行联合通信试验

 

系统巡航速度为3节,可进行海上目标探测,并可根据实时传输的数据确认水下目标,在改变航线后,UUVUSV可按梳形航线再次探测目标,并进行再次确认。

 

2、 川崎重工与英国大学共同研发自主无人潜航器控制系统

 

201512月,川崎重工与英国赫瑞瓦特大学签订合同研发自主型无人潜航器搭载的控制系统,用于进一步探明海底石油和天然气分布。研究周期从20159月~20198月,将研究对多传感器数据融合算法,以实现AUV在近距离对海底管线位置的预测,即使在覆盖泥沙的情况下也能准确无误地发现目标。该研究将开发出更为前沿的无人潜航器(AUV)。

 

五、无人潜航器装备配置

 

综合国内外文献,UUV所担负的军事任务按水下防御、水下主动自主式攻击和战斗支援3种样式,可以分为战场目标、环境探测及信息搜集;反水雷和反潜;作为通信和导航网络节点。

 

根据上述任务,结合现有的海军武器装备,以下将对目前国外研制和使用的部分UUV的装备配置进行介绍。

 

1 战场目标、环境探测及信息搜集

 

UUV 执行战场环境侦察任务,采用配置拖曳式声纳能提高探测能力,矢量水听器线列阵作为试验样机,有30m 长,可实现远程探测、通信以及导航的一体化。但目前仍停留在理论和样机阶段,未得到实战验证。

 

2、反水雷和反潜

 

反水雷任务可以分解为探测、分类、识别和灭雷几种,根据任务可为UUV配置各种不同功效的声呐:如用于避障和搜索的前视声纳——声学透镜前视声纳或多波束前视声纳;用于水雷探测和识别的360°旋转双频扫描声纳;用于AUV水下回收的寻的和对接声纳,用于导航的惯性导航设备或多普勒声纳等。还有光电装置:如激光线性扫描成像装置,如彩色/黑白摄像机、微光电视或蓝绿激光;用于实现水雷磁探测的磁传感器。

 

UUV 反潜有战略反潜和战术反潜2 种方式。UUV更适合战略反潜,通过设置UUV监控点,监视离开港口或通过关键点的敌方潜艇。UUV战术反潜,可以采用鱼雷、火箭深水炸弹或直接撞击进行硬杀伤等;亦可采取软杀伤方式,配置声诱饵、干扰器或气幕弹等,模拟本舰辐射噪声和应答鱼雷主动寻的舰艇回波信号。

 

3、 通信、导航网络节点

 

目前常见的用于通信和导航的UUV,采用天线进行无线电通信和GPS导航,较为可行的水声通信方式是采用声学水下——水声信息链。挪威和澳大利亚已有相应的设备。目前,美国考虑采用精确水下地形显示导航系统,但只能针对特定区域。

 

由于水下导航和通信存在诸多问题,UUV要实现全自主和协同作战,难度很大,需要相关技术和实际装备有明显的突破。

 

美军UUV主计划中将信息作战列为UUV的一项作战使命。考虑用UUV实现水声病毒的信息作战,目前在技术上还难以实现。

 

六、无人潜航器在海洋作战中的应用分析

 

美国海军战争学院战略学专家认为,水下无人潜航器(UUV)可以替代载人潜艇和侦察舰船,而且不用惧怕恶劣的水文环境和海底极高的危险度,可以长时间、高密级地侦察搜集水中的各种情报,是未来战争当之无愧的海底侦察兵

 

水下无人潜航器可用于海洋信息战的信息侦察,对加强水下情报、侦察、监视(ISR)系统具有重要作用;可以利用多种传感装置,为潜艇和水面舰艇提供水下图像