|
水下无人航行器（UUV），又称无人潜水器，是一种无人水下智能化平台，通常被各国海军用于水下搜索、监视、侦察、猎雷、通信、导航和反潜作战等任务，具有广泛而重要的军事应用价值。因此，世界各国对其青睐有加。目前，随着人工智能（AI）技术的成熟和推广应用，智能化UUV将在海战中扮演更加重要的角色。 一般而言，依据UUV的主体尺寸大致可将其分为4个等级：小型UUV、中型UUV、大型UUV和重型UUV。其中，小型UUV的直径在3～10inch（76～254mm）之间，中型UUV直径在10～21inch（254～533mm）之间，大型UUV直径在10～21inch（254～533mm）之间，重型UUV直径在21～84inch（533～2133mm）之间。其中，重型UUV（XLUUV）一般搭载有各类武器或者任务载荷舱，具备导航定位、海上火力投送、保障与支援、航行器间通信联系、战场态势评估等功能，是一种可自主航行的察打一体型智能化无人水下作战平台。 近年来，世界各国在重型UUV的装备方面均有一定发展，其中美国在这一领域已连续研究多年，研制了多型工程样机，并通过持续的海上试验获取了大量数据。除此之外，俄罗斯、法国等传统海军强国，乃至伊朗、韩国等区域性海洋国家也在积极开展重型UUV的研制。重型UUV正成为各国海军追捧的一个新的热点装备。本文选取美俄等国海军中有代表性的重型UUV技术方案，逐一进行介绍，旨在为我国装备论证部门及工业部门开展该领域的相关研究提供借鉴与支持。
1 P" A! p9 P) @0 o- ~) w! y
国外重型UUV最新研制进展 ⒈美军重型UUV研制进展 根据美国海军对UUV装备的发展统一规划，从2017年开始，决定由洛克希德•马丁公司和波音公司对重型UUV装备研制开展竞标。洛克希德•马丁公司提出的重型UUV方案外形上更类似于放大版鱼雷，如图1（a）所示。波音公司从2015年开始，对大型UUV开展了一系列的研制工作，研发了大直径UUV的工程样机并进行了系列试验，如图1（b）所示；此后又开发了“回声探路者”（EchoSeeker）以及“回声航行者（EchoVoyager）”两型工程样机，如图2所示，并进行试验验证。正是前期技术储备较为充分，波音公司在2019年2月竞标成功，获得了美国海军4艘重型UUV合同。
图1 洛马与波音公司UUV方案 波音公司竞标成功的重型UUV被美军命名为“虎鲸”（Orca）。实际上，“虎鲸”正是基于图2（b）中“回声航行者”的技术方案改进而来。与“回声航行者”相比，“虎鲸”在舯部加装一个有效载荷舱段，总长为25.5m×2.6m×2.6m（总长×总宽×总高），其最终方案如图3所示。
图2 波音公司UUV工程样机 “虎鲸”XLUUV正常排水量45.36t，最大工作深度3000m，最高航速8.0kn，巡航速度2.5～3.0kn，巡航速度下的续航力为150nmile。采用流线型水动力外型，横剖面为带圆角的正方形，X形艉操纵面布局，无艏升降舵，推进器为导管桨。“虎鲸”采用模块化设计，从艏至艉可分为控制、有效载荷、平台、动力和推进等5个模块。甲板后部布置有可折倒式通信桅杆装置，桅杆竖起高度为4m。位于舯部的有效载荷搭载舱长约10m，有效载荷的搭载重量约为8t，可搭载包括重型鱼雷、水雷、巡航导弹等载荷，甚至小型UUV。“虎鲸”服役后，将可以执行反舰、反潜、对陆攻击、攻势布雷、ISR（情报、监视和侦察）、猎/扫雷（MCM）等多样化任务。
图3 波音公司重型UUV方案总体布局示意图 ⒉俄罗斯重型UUV研制进展 2017年7月，互联网上披露了一型名为“Cephalopod”的俄罗斯海军重型UUV的概念方案图像。“Cephalopod”采用回转体流线型水动力外型，与传统的水滴形潜艇外型类似，如图4所示。在艏部和艉部分别布置有横向侧推装置，艉操纵面为十字形布局，无艏升降舵，单轴、单桨推进方式。艉部上方的稳定翼较高，在稳定翼的顶部布置有无线电天线装置。由于俄罗斯军方公布的信息较少，只能通过有限的信息对其进行分析。从概念图像上推测，艏部偏下部位布置了尺寸较大的声呐基阵，两侧舭部布置有2枚口径324mm的轻型鱼雷。根据鱼雷尺寸推测，该重型UUV的总长在10m左右，排水量约为18t，续航力较高，一旦服役，足以对其所部署海域构成局部的战术威胁。
图4 Cephalopod”重型UUV的概念方案图像 2018年5月，俄海军开始对第二代重型UUV“大键琴（Harpsichord）”进行海试。“大键琴”重型UUV包含“大键琴1”及其改进型“大键琴2”两个型号，如图5和图6所示。“大键琴”系列重型UUV采用回转体水动力外形，X型艉操纵面，艉部布置4具矢量推进器，艏部布置横向侧推装置。与“大键琴1”的外观相比，“大键琴2”的最大区别是在背部有小的隆起结构。“大键琴”系列重型UUV长约7m，直径约1m，重量约为4t，续航力约27nm，下潜深度可达6000m（有报道说2000m）。
图5 “大键琴1”重型UUV
图6 “大键琴2”重型UUV及内部布局
图7 核潜艇驮带“大键琴2” 该型UUV可由水面舰艇或潜艇携带，图7为俄罗斯媒体公布的在核潜艇上层建筑的透水空间内驼带“大键琴”重型UUV的画面。该UUV不携带武器，配置有侧扫声呐、电磁传感器和摄像机等多种传感设备，可执行情报监视和侦察（ISR）、海底成像、海底扫描、海洋科考等军民任务。 ⒊法国军用重型UUV概念图像 2016年10月，法国泰雷兹公司（ThalesGroup）在泛欧航展上展示了其大型UUV的概念方案。该型UUV被称为AUSS，主要用于执行反潜、反水雷等战术任务，在和平时间还可兼顾海洋石油/天然气开采平台、石油天然气运输管路的巡检任务。 如图8所示，AUSS采用头部稍尖的鱼雷形水动力外形，直径533mm（21inch），对转桨推进，艉部布置有环形稳定环，最高航速可达17kn，自持力14天。AUSS搭载多种传感器，可搜集声学、视觉和无线电信号，艏部布置一个可伸缩式天线装置。必要时，AUSS可上浮至近水面，并调整尾倾至90°，将天线伸出水面，与卫星或其他水面平台进行数据传输和通信。泰雷兹公司的一名高管表示，AUSS已完成了数次海上试验。该公司还将与DCNS海军造船厂合作，探索在潜艇平台和水面舰艇平台搭载AUSS的技术方案。
图8 法国大型UUV概念方案 ⒋韩国军用重型UUV概念图像 2019年10月22日，在浦山举行的MADEX-2019防务展上，韩国韩华系统公司公布了一款反潜无人航行器ASWUUV，如图9所示。该UUV的主尺度约为10m×1.5m×1.5m（总长×型宽×型深），横截面呈带圆角的方形，采用十字形艉操纵面布局，无艏升降舵，导管桨推进形式；工作深度为305m（1000ft）。
图9 韩国ASWUUV概念图像 顾名思义，该重型UUV的主要作战任务使命是反潜作战。因此，该UUV配置有较强的声呐系统，在两舷侧各布置一面较大的平板声呐基阵，用于搜寻敌方潜艇。上甲板布置可折倒式天线装置。该UUV采用燃料电池AIP主动力系统，除了拥有较高的续航力和作战半径之外，燃料电池AIP动力系统也大大地降低了机械噪声，为该平台的搜潜、攻潜任务提供了有利条件。在作战使用上，该UUV将与水面舰船、水面无人艇、其他传感器及作战平台协同作业，一旦发现水下可疑目标，UUV即可通过数据链将数据共享至其他作战平台，协同锁定并摧毁目标。 ⒌伊朗军用重型UUV概念图像 欧洲军事杂志独立撰稿人HISutton在其网站上公布了伊朗军用重型UUV的目标概念图像。伊朗地处波斯湾北岸，其地缘政治与欧美等大国截然不同，因而其军用重型UUV的任务使命与欧美国家相比也存在较大的区别。对伊朗海军而言，和平时期扼守霍尔木兹海峡，对进出波斯湾的别国舰船形成有效战术威慑，并在战时实施有效的火力打击，是伊朗重型UUV的主要作战任务使命。因此，伊朗军用重型UUV的技术特点是：⑴强化反舰能力和手段；⑵较高的续航待机能力；⑶相对弱化情报战、信息站能力。此外，受国力所限，伊朗的重型UUV尽可能地降低成本以减轻军费压力。 根据以上任务使命需求和约束，基于伊朗现有的加迪尔（Ghadir）级小型潜艇，进行无人化改造，不失为一条可取的技术途径。如图10所示，该UUV采用无指挥台围壳、单轴单桨、回转体流线型水动力布局，操纵面配置为艏升降舵+X字形艉操纵面；为改善UUV低速状态的操纵性，艏艉部的透水空间内还布置有一对横向槽道侧推装置；艏部布置马蹄形共形声呐基阵及高频前视避碰声呐，船体中前部的偏上位置布置2具533mm口径的鱼雷发射管装置，偏下部位布置液氧罐及其附属设施；船体中后部布置斯特林AIP机组及蓄电池组，后部布置舷外推进电机、螺旋桨及操舵装置；上层建筑内布置有可折倒的无线电天线及光学潜望镜，上层建筑后部还布置有可收放式浮标，用于通信及导航。
图10 伊朗重型UUV概念图像 该UUV采用AIP+高性能锂电池的动力组合方式，续航时间不低于7天。该方案基于现有水下平台，大量采用成熟技术，其研制难度较小。一旦投入使用，将可迅速形成战斗力，对往来霍尔木兹海峡的其他国家舰船，将形成强有力的战术威慑态势。 二、 发展趋势及启示 军事需求和战略决策是武器装备建设不断向前推进和发展的依据，分析近几年来国外重型无人潜水器的发展，无一不是契合自身的国家安全需求，将无人水下平台发展放在海军装备建设中的重要位置。水下无人潜水器已经成为各国水下作战的重要力量，攻防兼备、察打一体的重型无人潜水器成为了当前和未来一段时间各国海军的研发热点。目前，国外重型UUV的发展总体上呈现如下趋势： ⑴军用UUV呈体系化、型谱化发展，重型UUV成为无人作战体系中的重要组成节点。以美军的无人装备发展规划为例，未来无人作战平台将由单平台向无人作战集群发展，因此功能各异、体量由小到大的UUV呈系列化、型谱化发展。重型UUV作为无人作战集群中的关键节点，不要求该平台的功能齐备、面面俱到，而是需要平台“各司其职”，发挥体系作用。未来无人作战集群中各个平台之间的指挥协同、信息融合、智能决策等问题，将成为需要重点解决的关键技术。 ⑵重型UUV平台向大型化、综合化、强调多任务能力方向发展。无人值守重型UUV较高的续航力和自持力要求平台具有较大的体积和重量，动力、机动性和生存能力等方面也将实现重大跨越。对平台设计而言，除了需要解决传统的减阻增效、空间优化等问题之外，新型高密度能源、高精度导航、高速率数据传输等问题，也将成为研究重点。 ⑶模块化、智能化成为重型UUV未来的重要发展方向。重型UUV体量较大，有效载荷装载能力较强。通过平台的模块化设计，可实现平台的多用途化，既减小了设计难度，又降低了建设成本。重型UUV与人工智能新技术的结合，将使得重型UUV具备高度智能的自主路径规划、信息融合、智能判断、任务智能决策等能力，可进一步提高作战效能。 三、 结语 具有强大的有效载荷搭载能力的重型UUV一旦投入使用，将会使得舰艇及潜艇等传统的海上作战单元如虎添翼，极大地增强作战半径和效能，也将催生新型作战方式，改变传统海上作战格局，对未来的战争模式产生较为深刻的影响。本文对国外重型UUV的发展经验和典型重型UUV技术状态的介绍，能够为我国水下武器装备建设中重型UUV的发展提供积极的指导及借鉴作用。 1 END 1 【作者简介】文/叶效伟胡桂祥俞圣杰，分别来自中国船舶科学研究中心深海载人装备国家重点实验室和南京理工大学泰州科技学院。第一作者叶效伟，男，1986年出生，硕士，工程师，研究方向为水下运载器总体设计。文章来自《船舶物资与市场》（2020年第3期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有，转载也请备注由“溪流之海洋人生”微信公众平台“编辑与整理。 相关阅读推荐 技术交流▏基于无人自主航行器的智能水下多参数移动监测平台 海洋论坛▏大排量无人潜航器发展及关键技术 院士论坛▏徐芑南等：蛟龙号载人潜水器在大洋勘探中的发展回顾与展望 海洋技术▏“蛟龙”号载人潜水器的布放回收系统及其关键技术 科技前沿▏载人潜水器发展现状及趋势 新闻资讯▏全海深载人潜水器钛合金载人舱通过验收 公众号 溪流之海洋人生 微信号▏xiliu92899 用专业精神创造价值
+ L/ R; v5 E, w用人文关怀引发共鸣
1 d+ U2 J) f+ T您的关注就是我们前行的动力 投稿邮箱▏191291624@qq.com 0 q! t: q6 B( }0 p
| 
0 |6 J4 [6 j% T9 ^; \, m8 r
, G0 ~1 t! [4 e( N. ^( X$ w
7 Z, ]2 U" j* F+ p) G
( d% k+ u( e& y) t& N" C! k