[梅高美美俄无人潜航器发展透视 已成今世海军的技艺倍增器。据海军内情网2016年9月19日报道]美国海军最近发布了新版水下科技目标文件,新增两个重点关注领域——水下机动作战和水下精确定位导航授时。

“电磁静默战”主要内涵是:战场上所有军用设备均不再主动辐射电磁信号,或者采用更加隐蔽的方式辐射电磁信号的一种作战场景或作战模式,而不是单纯地不辐射任何电磁信号。“电磁静默战”典型作战方式包括:一是火力打击引导与跟踪更多地依赖无源雷达、电子侦察、红外搜索与跟踪.“电磁静默战”所涉及的主要作战系统有:一是低截获/低检测概率传感器,包括无源雷达、电子侦察系统、信号情报系统、红外搜索与跟踪系统,在作战中的主要作用是无源定位、跟踪、火力引导。当前的态势感知能力主要依赖多种有源、无源情报监视与侦察传感器,包括各类雷达、各类情报系统(信号情报、测量情报、地理空间情报、人工情报等系统)、各类电子侦察系统以及其它力热声光电传感器等。

  水下力量是当前在“反介入/区域拒止”环境下搜集情报、实施力量投送的最有效手段之一。各军事大国试图通过大力发展以自主潜航器为主体的水下战无人装备来构建或保持水下优势,打造新型水下作战体系。

[据海军技术网2015年7月24日报道]Harris公司已经获得了一项后续的合同,价值1500万美元,为美国海军最新的“弗吉尼亚”级潜艇的LWWAA系统生产、测试、交付声学传感器。Harris公司开发的声学模块组件,帮助LWWAA系统向潜艇的作战系统传输数据,以便对敌方潜艇和舰船进行精确的跟踪。传感器被布放到潜艇的壳体,提升了潜艇对己方潜艇和敌方潜艇的态势感知能力。Harris公司水下系统商业总监吉姆称,这些最新的声学传感器系统将会装备于18艘舰艇。
Harris的解决方案保护我们在海上作战的军队,向海军提供态势感知能力,使其能够完成关键任务。Harris公司将向诺格公司交付产品,诺格公司是项目的最初承包商。合同包括的所有交付工作将于2019年12月结束。LWWAA是一块大型平面阵,安装于潜艇两舷侧,为潜艇的作战系统提供声纳传感器输入。LWWAA使用诺格公司开发的光纤声学传感器,将水中目标的声能转化成能够识别和跟踪的信息。

在9月初,Moises
DelToro少将——水下战首席技术官,签署一份新文件,更新2013年9月发布的水下战科技目标文件。

静默;辐射;传感器;无源;敌方;己方;情报;跟踪;挑战;火力

  近几年来,以无人车、无人机和无人潜航器(UUV)为主体的无人作战装备逐渐在军事应用中崭露头角,特别是UUV已成为世界各国海军装备的一个重点研究方向。

梅高美美俄无人潜航器发展透视 已成今世海军的技艺倍增器。这是第三版水下战科技目标文件,根据经验教训、各界意见反馈对相关内容进行了更新。

引 言

  UUV在军事领域的运用主要包括:水下搜索、监视、侦察、猎雷、通信、导航和反潜作战等。目前,世界上已有十多个国家进行UUV研究,其中,美国、俄罗斯、欧洲、日本等国家处于领先地位。随着科技的进步,尤其是小型化模块技术、高性能电池、通信导航以及控制技术的发展,世界UUV发展水平迈上了新台阶。

梅高美美俄无人潜航器发展透视 已成今世海军的技艺倍增器。水下机动作战重点解决的问题是如何面对新兴水下战武器、水下传感器、无人系统和海底基础设施。

梅高美美俄无人潜航器发展透视 已成今世海军的技艺倍增器。如何在战略层面充分展示实力、慑战止战,以及如何在战斗层面充分隐蔽实力出奇制胜,是战争永恒的主题之一。具体到电磁频谱领域内的斗争,考虑到电磁频谱固有的空域开放性,其核心工作以“隐蔽实力”为主,即如何尽可能减少电磁辐射,或以更加隐蔽的方式辐射。未来战场上用频系统的巨大价值以及失去用频系统可能造成的巨大损失,是交战双方角逐斗法的重点。这种以“不辐射或隐蔽辐射电磁能”为主要特征的“电磁静默战”已成为信息化战场上新的作战样式。

梅高美美俄无人潜航器发展透视 已成今世海军的技艺倍增器。  无人潜航器的发展背景

该文件称:“机动作战就是通过快速、灵活、伺机而动的军事行动,使敌人疲于应对瞬息万变的战场情况,最终破坏敌人决策的连贯性。由于水下区域的不透明性,充满怀疑和欺骗,机动作战本就是水下战的主要原则。”

什么是“电磁静默战”?

梅高美,  UUV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。水下无人潜航器分为遥控无人潜航器(ROV)和自主无人潜航器(AUV),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。

水下精确态势感知的目标是:操控敌方的海上态势感知信息,最大限度的限制敌方的海上机动作战,增强美国和盟军的海上作战机动性,提供水下机动和非机动装备,影响敌人能力或战斗意志。

以“电磁静默”为目标的作战方式,国内外均有相关研究。“电磁静默战”理念的萌芽距今差不多已有十几年。2000年的国际光学工程学会会议录上刊登了一篇论文,名为红外搜索与跟踪和电子支援措施数据融合:实现海上防空领域的全静默搜索功能。该论文首次提出了“全静默搜索”的理念,即不用任何有源设备即可实现对威胁目标的搜索与跟踪。这是关于“电磁静默战”最早的描述之一。2015年底美国战略与预算评估中心发布的《电波制胜》研究报告中则将“电磁静默战”称为“低功率到零功率作战”。不管如何称呼,随着信息化战场无源精确定位直接引导火力打击能力的不断提升,战场上有源电磁设备的“粗放式”应用会越来越少,未来战争朝着“电磁静默战”转型是大势所趋。

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文件称:“对于执行水下任务的设备,能够精确定位自身是至关重要的,未来水下装备需要新的定位导航授时方法,在敌方拒止区域将定位导航授时误差降到最低”。

梅高美美俄无人潜航器发展透视 已成今世海军的技艺倍增器。“电磁静默战”主要内涵是:战场上所有军用设备均不再主动辐射电磁信号,或者采用更加隐蔽的方式辐射电磁信号的一种作战场景或作战模式,而不是单纯地不辐射任何电磁信号。“电磁静默战”所应关注的核心问题主要有两个:敌方若采用“电磁静默战”这种作战模式,己方应如何应对(如何发现、跟踪、定位、软/硬打击敌方目标);己方若采用“电磁静默战”这种作战模式,如何在确保电磁静默的前提下确保己方电子信息系统正常运作,尤其是那些不得不辐射电磁信号的电子信息系统(如干扰机、高功率微波武器系统等)。

  现代海军的“力量倍增器”——无人潜航器

水下精确定位导航授时的目标是:促进相关技术成熟,使水下装备在不断变化的作战环境中持续可靠的获得高精度的定位导航授时信息,促进新技术的发展成熟,降低对传感器的依赖程度。

“电磁静默战”典型作战方式包括:一是火力打击引导与跟踪更多地依赖无源雷达、电子侦察、红外搜索与跟踪;二是通信与组网更多地以扰分多址、扩频等隐蔽方式为主;三是电子攻击更多地采用抵近式、网络化、网电一体战等低功率攻击方式;四是定位导航与授时则更多地采用不依赖GPS的方式,如基于第三方辐射源的精确导航。

  1994年,美海军正式将无人潜航器发展列入计划,提出优先发展无人潜航器的水雷侦察、情报监视侦察和海洋调查能力。2000年、2004年、2011年美海军先后发布了三版《无人潜航器主计划》,为水下无人潜航器的发展确定了多层次、全方位、体系性的基本框架。

“电磁静默战”所涉及的主要作战系统有:一是低截获/低检测概率传感器,包括无源雷达、电子侦察系统、信号情报系统、红外搜索与跟踪系统,在作战中的主要作用是无源定位、跟踪、火力引导。二是低截获/低检测概率通信系统。包括各类时域、频域、空域、能域、码域隐蔽式通信系统,如,空域定向通信、扩频通信等,在作战中的主要作用是降低己方电子信息系统在利用电磁频谱共享数据过程中暴露自身的概率。三是低功率电子对抗系统,包括利用网络化低功率诱饵、精确电子战系统等,在作战中的主要作用是对敌方传感器、通信系统实施抵近式、高精度、低功率干扰、诱骗。

  2011年美海军发布的《水下战纲要》,提出要加强对大型UUV、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;2017年1月,美国公布了《下一代无人水下系统》报告,提出近、中期无人水下系统构想,建议采用商用无人潜航器扩展水下竞争优势;2017年9月,美国著名智库发布《恢复美国制海权》报告,要求美海军未来装备超大型和智能型无人潜航器。

“电磁静默战”有啥挑战?

  国外无人潜航器的最新发展现状

作为一种新兴的作战方式,“电磁静默战”还面临着诸多挑战,这些挑战既涉及技术层面,也涉及战术层面,主要有:

  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。

一是动态感知的挑战。当前的态势感知能力主要依赖多种有源、无源情报监视与侦察传感器,包括各类雷达、各类情报系统(信号情报、测量情报、地理空间情报、人工情报等系统)、各类电子侦察系统以及其它力热声光电传感器等。在“电磁静默战”中,态势感知所采用的传感器应尽可能实现无源化。然而,与有源传感器相比,无源传感器的感知能力通常要差一些,如何改进是挑战之一。

  美国 美国是世界上水下无人潜航器发展最全面、最成熟的国家。目前,美海军在役或在研的无人潜航器主要有远程环境测量系统、半自主型水文勘测潜航器、刀鱼反水雷潜航器、战场预置式自主潜航器、大排水量无人潜航器等。

二是通信与组网的挑战。当前的战场通信与组网能力已经有意识地朝着隐蔽式方向发展并已经开发出了相关技术与装备,但主流的战场通信与组网设备仍以传统的粗放式、开放式使用为主,诸如定向功率控制、扩频通信、扰分多址等“静默式”能力与系统要么不成熟、要么仅在特定环境、特定平台使用。因此,如何在普及隐蔽式通信与组网能力的同时,确保不影响作战效能,是通信与组网能力的挑战之一。此外,随着量子通信技术的日渐成熟,或许可为“电磁静默战”提供另一种解决方案。

  美海军近期公布了未来几年开发大型和超大型无人潜航器计划,2017年投入巨资进行研发,大型无人潜航器被赋予了多种作战任务,包括反潜、监视、侦察、反鱼雷以及其他任务。超大型无人潜航器将比大排量无人潜航器拥有更大的承载能力,其不仅在建造模式上采用模块化建造,同时还拥有容纳各类任务模块的能力。

三是火力打击的挑战。火力打击方面所面临的主要挑战是如何从当前“单纯以有源传感器实现精确引导”的作战方式转型为“以无源传感器为主(甚至是完全采用无源传感器)来实现精确引导”。由于无源传感器在定位精度、目标识别等方面的能力通常要弱于有源传感器,因此,实现这种转型仍需克服一系列挑战。

  2017年7月,美国国防高级研究计划局授权BAE系统公司460万美元的合同,研制“机动式艇外秘密通信和进入”水下无人潜航器。该UUV由攻击型核潜艇运载投放,有两大特点:一是装备主动声呐而非被动声呐,可远离母艇进行探测,既保证了母艇的安全,又延伸了反潜搜索半径;二是可将探测信息实时传回母艇。这相对于由人工回收后对其载荷舱内收集的数据进行下载和分析,或者上浮至水面,通过天线将数据传输回母艇的传统方式而言是一项重大突破。

四是电子攻击的挑战。在未来的“电磁静默战”环境下,电子攻击方面所面临的挑战最为严重,这是因为,作为一种攻击性电磁频谱作战行动,电子攻击必须要辐射电磁信号。因此,电子攻击所面临的主要挑战不是如何实现“不辐射电磁信号”,而是如何隐藏、伪装所辐射的电磁信号。

  2017年8月,亨廷顿·英格尔斯工业公司研制的海神双模式水下无人潜航器成功完成了对抗性战斗空间的无人任务测试。该水下无人潜航器也是美海军大型水下无人潜航器的选项之一。所谓“双模”,是指既可以完全自主运作,也可以由人来驾驶行动。该型UUV载荷包括声学通信系统、铱卫星通信系统以及语音和无线电系统、一体化导航系统,使用GPS进行基础定位可以执行多种任务:从预定水域巡逻到隐蔽跟踪弹道导弹核潜艇。还可以携带MK67水下机动水雷或MK54鱼雷,在必要时能对所跟踪的目标实施打击。

如何准备“电磁静默战”?

  俄罗斯 俄罗斯对无人系统研制工作可以追溯到苏联时期,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,UUV产品已经达到世界一流水平。代表型号有状况-6、朱诺、护身符水下无人潜航器。

“电磁静默战”是一种全新的、陌生的作战方式,要满足这种新型作战方式的作战需求,就要做好“电磁环境利用”。

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从资源运用的角度看,“电磁环境利用”即综合利用电磁环境信号:实现符合“电磁静默战”作战需求的态势感知、通信与组网、火力打击引导等能力。可以看出,只有同时满足如下两方面需求才可以纳入电磁环境利用的范畴:一是所利用的对象必须是战场上的电磁“环境”信号,而非由己方有意发射的电磁信号,这些“环境”信号主要包括第三方辐射信号(如卫星信号、广播电视信号、移动基站信号等)和敌方辐射信号(如敌方的通信、导航、敌我识别乃至干扰信号);二是利用的效果必须能够满足“电磁静默战”作战需求,即,必须能够确保“不辐射或隐蔽辐射电磁信号的同时不影响作战效能”。

  海神双模水下无人潜航器

从预期作战效能角度来看,典型的电磁环境利用方式主要有:对敌态势感知与软硬杀伤引导方面,可充分利用广播电视、移动基站以及天基卫星等各种空间无线电辐射信号的反射特性,实现对空中、地面及海上或海下敌方目标的高精度探测、定位、识别、跟踪、并最终引导火力打击、电子攻击乃至赛博攻击。己方通信与组网方面,亦可利用上述第三方辐射信号来实现隐蔽通信。

  欧洲 欧洲主要有挪威、英国、法国、德国以及瑞士等国研究UUV,并在锂电池、导航等相关技术领域与美国水平相当或接近。欧洲各国研发的一系列UUV产品包括:挪威先后研发的休金系列、REMUS系列3型;法国的Alister系列,Alister-9型为军用UUV;德国的3型UUV(MK-I、MK-II、Deep
C);瑞典的2型UUV(SAROVH、AUV 62MR)等。

从相关技术成熟度来看,电磁环境利用尚需突破诸多关键技术:一是异构、多源电磁环境信号的“聚集”技术,这是电磁环境利用的基础技术。这种“聚集”涉及时、频、空、能、码等多个域,主要目标是把多个高度异构的多源信号当作一个宽带信号来处理。二是高精度无源探测技术。该技术有些目前已有一定基础,有些则尚需深入研究(如基于太空辐射信号的无源高精度定位技术)。三是基于第三方辐射源的自定位导航与授时技术。主要涉及时间、频率基准构建与补偿等技术,目标是实现不依赖导航卫星的高精度导航定位与授时。所依赖的第三方辐射源包括广播发射台等。四是扰分多址通信技术。即在发射端专门找有信号的信道(如第三方乃至敌方辐射源所用信道)进行通信,在接收端利用盲源分离等技术实现己方信号与背景信号的分离。

  近年来,瑞典萨博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。其中包括:水雷探测系统AUV62-MR;多功能水下潜航器SUBROV;多点水雷排除系统MuMNS;水下非常规爆炸处理装置海黄蜂SEA
WASP等。

(作者单位:中国电子科技集团公司)

  在2017年9月英国防务展上,德国ATLAS
ELEKTRONIK公司展出了一种混合型自主水下潜航器SeaCat,该型UUV长3700毫米,直径324毫米,速度6节,潜深为3~300米,可用于水下目标的在线处理、自动目标识别、可移动数据存储、扫描声呐前视等,具有卓越的操纵性能及出色的机动性和快速响应能力,在适应性、环境感知等方面也有良好的表现,采用多频段通信,在目标探测识别、海战水文观测、海域侦察测绘中具有广泛应用前景。

  日本 近年来,日本军事战略从“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—2017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。

  当今世界局势风云变幻莫测,日本发布了多项战略计划,拟全面提升包括海洋在内的情报、监视与侦察能力,开展了多项相关研发。其中,日本舰艇装备研究所于2015年研发了一款水下滑翔机型UUV,该型UUV不带螺旋桨推进器,通过排水量控制姿态进行航行,是优良的安静型低成本UUV;日本电气公司也提出了建立无人潜航器水下无线充电站系统的建议。

  无人潜航器在水下作战中的效能分析

  水下无人潜航器技术的进步将给海战带来革命性变化,将极大地增强水下行动的能力。根据近期及未来作战需求,以及续航能力、指挥控制通信自动化、负载/传感器等技术发展情况,其担负的任务包括情报监视与侦察、反潜战/水面战、水雷战、海军特种作战、海床作战、电子机动战以及军事欺骗等,旨在维持水下优势。随着各种关键技术的攻克,其作战效能将得到进一步增强,成为未来水下作战的利器。具体表现在以下领域。

  情报、监视与侦察 无人潜航器能够到危险度很高或其他平台无法进入的水域,利用自身携带的各种传感器,长时间自主收集和传输各类信息等。

  时敏目标打击 无人潜航器不仅能够自身携带武器,还能投送浮动导弹发射舱等装置,可用于迅速接近目标并对时间敏感目标实施快速打击行动。

  反潜战 无人潜航器在反潜战中可作为潜艇的外部水声传感器平台,执行情报、监视与侦察任务;并可将敌军潜艇引诱至火力攻击范围内增强打击能力;还可作为潜艇远距离的通信中继站。

  态势感知 无人潜航器可长时间、大范围地收集海洋水文、环境和气象等各种数据,为夺取战争的胜利赢得先机。

  通信/导航网络节点 无人潜航器可搭载或者向海洋中投放通信和导航等装备,成为前方部署网络中心的水下节点,为多种平台提供横向网络连接和导航服务。

  军事欺骗干扰 无人潜航器可作为通信干扰器,在濒海水域对敌方发出虚假信号实施干扰;还可以作为潜艇诱饵发布虚假信息,以达到克敌制胜、遏制敌方军事行动的目的。

  水雷对抗能力 无人潜航器通过配备前视声呐、侧扫声呐和海底绘图仪、海底剖面仪等设备,提高潜航器声呐探测宽度和探测速度,在没有猎雷声呐的条件下也能独立完成水雷探测识别任务。

  有效载荷投送 无人潜航器可将需要的各种有效载荷秘密投送到指定区域,为水雷战、反潜战、特种作战、海洋勘测等提供支持和保障。

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  UUV与USV进行联合通信试验

  检测/识别 无人潜航器能够为反恐行动和本土安全提供支持。如对码头可疑船只进行检查或港口周边海域巡查等。

  未来发展趋势

  近年来,水下无人潜航器性能稳步提升,作战应用范围和深度不断拓展,开始登上战争舞台,受到越来越高的关注和重视。无人潜航器在水下作战中的应用,将改变传统水下作战模式,催生新型作战力量,模糊战争与非战争界限,对未来战争产生深远影响。未来无人潜航器的发展趋势主要集中在以下几个方面。

  向大型化、综合型、多任务作战能力方向发展。随着未来水下战场的需要,现正向具备执行侦察和探测移动目标(如对方潜艇)、快速环境评估、区域控制、中继通信/中继导航甚至火力打击等综合型、多任务能力方向发展。多任务需求,使UUV成为水下信息交换、指控中心,大型化是UUV发展的必然趋势。

  向分布式组网、跨域集群编队和协同作战方向发展。多个无人潜航器编队、无人潜航器与潜艇和无人机之间协同作战技术成为研究重点,依托人工智能理论、数据融合与数据管理技术、高续航力的先进推进技术、水下自主导航通信等相关理论技术支撑,由海底声呐节点、无人潜航器和无人机进行分布式组网,实现无人潜航器集群作战,形成广域监察能力,使敌方潜艇失去作战效能。

  向“体系化”“智能化”“模块化”和“通用化”方向发展。加强体系化建设,针对不同的水下环境和作战需求,发展成体系的水下无人潜航器,匹配相应的多种平台;提升智能化水平,提高UUV执行任务时的自主性、交互能力、探测能力或完成各种人力无法胜任的水下工作;注重单元模块化和软件模块化,便于系统重组重构;强调通用化设计,提升系统应用的灵活性,并最大程度地减少水下无人潜航器的种类。

  新型水下定位导航网络为水下精确导航开辟新途径。水下高精度导航目前已成为各国的发展热点。美国推出的深海定位导航系统项目及俄罗斯研发的水下格洛纳斯系统,将增加水下作战空间的透明性,提升水下作战力量的生存能力,使UUV看得更远,为水下无人潜航器导航提供新的方式。

  开发新能源,提高UUV的续航能力。安全好、高能量密度的新型蓄电池、燃料电池是未来发展的重点。目前正在研发的锂硫电池、锂空气电池等,未来将可能取代锂离子电池。新型铝-海水燃料电池、氢燃料电池等高能量密度电池有望为UUV及其他平台提供更加持久、安全的能源。

  结 语

  随着水下无人潜航器的快速发展,水下战场将呈现无人化趋势。虽然各国发展无人潜航器普遍受到缺乏高能长效电池、指挥控制技术障碍以及回收过程复杂等问题的困扰,但是近年来无人潜航器在军事应用上迸发出了巨大的潜力与广阔的应用前景。

  可以预见,随着相关技术的不断发展,续航能力更强、多种技能集成于一身的水下无人潜航器,必将得到更加飞速的发展。水下无人潜航器必将在未来战争中发挥巨大作用,深刻改变未来海洋作战的具体模式,正加速成为未来水下战场的主角。

  版权声明:本文刊载于《军事文摘》杂志2018年第3期,如需转载请务必注明“转自军事文摘微信号(mildig)”。

 

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