美国海军深海装备发展研究

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作者：穆松、张建、王晓静、马晓晨、董亮、朱鹏飞

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来源：《舰艇科学技术》(2022年14期)、溪流之海洋人生

一、引言

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近年来，美国海军加强了深海装备的研究工作，以此为基础发展新的作战概念，意图抢占该领域军事能力的制高点，形成“大国竞争”背景下的作战优势。美国海军在《2000-2035美国海军技术(第二卷：技术)》一书中对深海的划分是“大于1km以下深度的海域为深海。”根据国外对深海的界定，以及对我国海洋国防安全的战略思考和实际需要，本文研究的“深海”是1km以深的海洋区域。深海装备包括潜深可达1km的特种潜艇、无人潜航器，预置系统、深海电子信息装备、水下充电站等。

二、发展背景

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1、大国对抗背景下深海将成为重要的战场

随着国际战略环境的不断变化，美国的战略重心正逐渐由以前的应对地区不稳定和反恐战争，调整为以中俄为假想敌的大国对抗。2017年开始，美国海军战略从“由海向陆”战略，重新回到以大洋作战为主的“制海战略”，要求海军必须能在蓝海作战，深海将成为海军对抗、阻击对手的重要战场，将具备极其重要的战略地位和军事价值。

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2、深海战场具有独特的作战优势

深海与传统的陆地、海上和空中作战空间相比，具有显著的独特优势：①具有战略纵深、便于充分利用广阔的战场空间布放各种平台、传感器、水下充电站等装备；②深海受气象、人类活动等影响更小，环境稳定，不似浅海或水面区域背音噪声大，混响严重，可使装备稳定发挥最大的作战效能；③深海声道轴、可靠声学路径等深海通路、信道具有先天的探测、通信优势；④隐蔽性强，提高了装备的战场生存性和威慑力。

3、积极发展深海装备以形成作战优势

深海将成为“大国对抗”的重要战场，目具有独特的作战优势，美国近年来不断发展水下充电站、深海预置装备、深海无人潜航器等新质深海作战装备，一方面增加深海作战平台的种类和数量，以满足执行多样化任务的需求；另一方面发展可为深海平台所用的探测、导航、动力能源装备，全方位提升其作战效能。

三、深海装备发展重点

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深海装备主要包括深海特种潜艇、无人深潜器、水下预置系统、深海电子信息装备、水下充电站等。美国十分重视深海装备的发展和应用，研发新型深海特种港艇，发展多型大小不等、应用环境不同、执行任务各异的深海无人潜航器，探索性发展深海预置系统，创新深海电子信息装备，开发水下充电站。

1、新型深海特种潜艇

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美国首艘深海特种潜艇NR-1于1969年建成，与其他潜艇不同，该艇可在约1km的深度触底作业，具有观察窗，可控制机械手操纵小型物体，用于海底传感器阵列布放、深海监听等军事任务，以及海底电缆和设施的安装维护、海洋科学研究和海洋考古等民用任务，2008年退役。美国分别于1990年、1999年开展了3次NR-2概念方案设计工作，相较NR-1，NR-2的自持力更久，潜航速度更快，潜深与NR-1持平或更深，可能具有北极作业能力，采用静音技术，能操作无人潜航器等无人系统平台。2002年，兰德公司论证了NR-2需要执行的科研、军事任务以及任务的优先级，如表1所示。NR-2深海特种潜艇披露的信息极其有限，但NR-2的作业能力与NR-1相比技术更为先进、作战能力更强。

表1 NR-2可执行的军事和科考任务

2、深海无人潜航器

美海军非常重视深海无人潜航器的发展和应用，一方面基干REMUS系列、“金枪鱼”系列、“口声旅行者”等居用无人潜航器研发多型深海军用无人潜航器，较为典型的如基于“金枪鱼”研发的“刀鱼”、基于“回声旅行者”研发的“虎鲸”；另一方面是探索性研发了“垂钓者”“海底实验员”等深海无人潜航器，主要用于执行反水雷、反潜、布放和维修海底设施、破坏敌方海底设施等任务。

表2 美国海军深海无人潜航器

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（1）“刀鱼”无人潜航器

“刀鱼”是美海军基于“金枪鱼-21”民用无人潜航器研发的重型无人潜航器，用于近海战斗舰反水雷任务包，采用开放式体系架构和模块化设计，长4.93m，直径0.533m，排水量超过300kg，最大航速5kn，最大作业深度4500m，续航时间超过24h；配备光纤陀螺惯性导航系统、GPS导航系统、多普勒计程仪，能自主精确水下导航：配装低频宽带声呐，可在复杂海洋环境下进行水雷探测、分类、识别。“刀鱼”2017年完成综合评估试验，验证了对不同深度水雷的探测、分类能力，2018年形成初始作战能力，2019年进入初始小批量生产阶段。

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（2）“虎鲸”无人潜航器

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“虎鲸”以波音公司“回声旅行者”无人潜航器为原型设计，采用开放式体系架构，模块化有效载荷及标准化接口，将用于执行水雷战、反潜战、反舰战、电子战等多种任务 ；“回声旅行者”是一型50吨级的超大型无人潜航器，最大潜深3350m，航程可达6500n mile，具备自主避障能力。2019年，美海军采购4艘“虎鲸”超大型无人潜航器，计划2022年交付日。

（3）“垂钓者”深海无人港航器

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“垂钓者”深海无人潜航器由美国DARPA支持研发，能够长距离机动，在深海黑暗、浑浊的环境下执行任务，可搜寻和破坏敌方深海布设的海底通信线缆、各类传感器。目前“垂钓者”仍处于开发阶段，2019年，DARPA授予诺格等中美6家公司合同，开始项目研发；2020年，科特韦尔(Kitware)公司改进机器人视觉感知系统，用于自主导航以及在海底环境中检测和抓取物体；2021年，先进声学概念公司开始为垂钓者开发深海探测技术。

（4）“海底实验员”无人潜航器

“海底实验员”无人潜航器由美国休斯顿机械电子公司于2018年推出，可通过改变形态满足远程机动与海底作业需求。“海底实验员”重1050kg，电力推进，配备30kWh电池组，最大航程200km，工作水深达30kWm，采用可变形设计，有2种形态。机动形态时，长2.9m，外形呈流线型，可以减少水下航行阻力，最大航速达7kn；工作形态时，潜航器展开，伸出机械臂，长度达到3.5m；可由岸上或水面平台布放，自主航行至任务海域，开展海上设施维护，反水雷等作业。

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3、深海预置系统

水下预置系统可以提前部署在关键海区的海底，长期待机。2013年美国海军开始研发“深海上浮式有效载荷”，主要由潜伏平台、载荷存储器两部分组成。平台平时坐底或锚泊于2000～6000m的水下，最长待机5年，战时遥控唤醒，释放存储器；存储器2h内上浮至水面，并释放无人机、无人潜航器、导弹等载荷，遂行信息支援、干扰诱骗、精确打击等任务，2017年已完成样材研发与测试工作。深海预署系统是一种经济、高效的作战装备，美军认为，对手清除这类预置系统的成本，远远超过美军预置系统的研制建造成本，能够让对方“找不到”“反不了”、“反不起”。

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4、深海电子信息装备

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美国以创新的思路研发深海电子信息装备，追求短时间内提升深海装备的动能力、通信能力、导航能力，以提高深海装备的作战效能。

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（1）深海主动探测系统

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深海主动探测系统可部署在海峡等潜艇出入的关键航道，数套系统即可形成封锁线，大范围探测往来的潜艇。该系统由水面浮标、声源、接收阵组成，水面舰船布放，能够利用超视的低速率通信进行数据隐蔽传输和指挥控制，通过超视距或视距通信实现传感器到射手的连接，在任何控制节点和指挥中心都可进行区域融合，探测范围近1万平方千米。2011年完成研发，目前作为向型号转化的备选方案。

（2）“分布式敏捷反潜系统”的深海子系统

“分布式敏捷反潜系统”的深海子系统由固定式“可转换可靠声学路径系统”和移动式“猎潜系统”组成，前者应用固定声呐节点在深海对潜艇实施大面积覆盖探测，后者由数十个搭载主动声呐的UUV组网，在深海探测、跟踪，两系统相互配合，“可转换可靠声学路径系统或其他探潜系统探测到潜艇后，由“猎潜系统”继续进行探测、跟踪。该项目2010年启动，2016年完成研发。美海军在前期的研究基础上，2019年授予Leidos公司合同，对“可转换可靠声学路径系统”进一步开发，与“猎潜系统”分开使用，作为“固定分布式系统”和“水下声学监视系统”的补充，在战略要道布放，为全球范围内的美军反潜战指挥官提供灵活和快速响应的广域监视信息。

（3）深海导航定位系统

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深海定位导航系统是一种类似天基GPS的水下导航系统，通过在深海海域布放一定数量的声源，持续为水下装备播放精确的位置信息。潜艇、无人潜航器等接到不同声源的声信号后，对声信号之间的差异进行解析，计算出自身的位置。深海定位导航系统需要重点攻克声学测量模型、声源和发射信号波形、海上数据采集和验证等关键技术。声学测量模型主要研究时变多途传播和多途时延、多普勒扩展和海洋环境、带限信号和会聚区等问题；声源和发射信号波形技术要寻找适合的声源技术以远距离播送声信号，同时确定声源数量、布放位置和深度；水下数据采集和验证主要是为声学测量模型以及声源和发射信号波形技术提供验证，2016年，美国开始研发“深海导航定位系统”；2018年样机海试，2020年转移至海军，提高了平台的安全性和工作效率，为深海作战提供技术保障。

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5、水下充电站

动力能源是制约深海无人潜航器装备远航程、长时间深潜作业的瓶颈技术，美国试图研发无人潜航器能源补给设施。2015年，美海军开始研究在约3000m深的海底布设一定数量的水下充电站，绵延数百千米，使用寿命超过20年；2018年在水深7m环境下演示验证了用燃料电池为遥控无人潜航器充电，发电功率16kW；2019年将铝动力制氢系统集成至燃料电池，解决了水下充电站长期部署的供能问题，水下充电站是短期内可预见的、能显著提高无人潜航器续航时间的关键技术。深海动力能源技术使无人潜航器在执行任务后拥有足够的返航动力，提高部署灵活性和执行任务的成功率，极大地促进无人潜航器实战化应用。

四、深海装备发展趋势分析

1、深海装备种类多样化

美国早期的深海作战装备较少，典型的包括NR-1深海特种潜艇、水下声学监听系统(SOSUS)等，作战深度约1km。近年来，美军发展了多型深海无人潜航器、深海探测装备、深海导航装备、深海预置系统、水下充电站等，装备种类日益多样化，系统化；大部分装备最大作战深度可达3～4km，部分传感器阵列、无人潜航器集群作战深度可达6km，作战空间深海化，兵力布置空间更加广阔。

2、深海装备形态无人化

美国近年重点研发的深海平台绝大多数为无人系统平台，且功能从最初的反水雷，扩展到战场准备、情报监视侦察、反潜、深海作业等；从最初单体、单一系统独立使用，发展到无人系统集群、与传统有人平台协同，执行各式各样的水下战任务。美军将提高水下战能力的期望极大寄托在无人系统的应用上，尤其是深海战场，对载人平台提出工更高的技术要求，深海无人系统成为最佳选择，是未来海军作战力量的倍增器。

3、深海装备预置化

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深海预置装备包括两类：一类是平时隐秘部署、战时唤醒后可迅速形成作战力量，执行情报监视侦察、打击等作战任务的作战装备；一类是深海保障装备或基础设施，如水下充电站、深海导航定位系统，需预先布设，为无人系统等作战装备提供能源和信息保障。美国通过“深海上浮式有效预置载荷”、“深海导航定位系统”等项目为预置作战念验证、关键技术研发等尊定了较好基础，未来可能会衍生出其他作战样式的深海预置装备，预置时间长短不等、预置载荷种类不同、执行任务更加多样化。

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五、结语

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深海领域因其独特的环境特点，成为重要的战略空间，是装备和技术研发的热点领域，亦是创新的活跃领域。国外一方面根据作战需求，发展新式深海装备，执行传感器布放、反潜、兵力预置等多种仟务；另一方面发展深海探测、导航、动力能源装备，以突破瓶颈技术对装备作战效能的制约。未来，美海军的深海作战装备将是其作战体系中的重要开量，或可颠覆传统的水下作战样式，值得高度关注。

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