无人潜航器在反水雷作战中的应用

无人潜航器在反水雷作战中的应用

陈孟君

中国船舶集团有限公司第七一〇研究所，湖北，宜昌 443003

摘 要：随着海军无人作战平台技术的快速发展，各种武器系统的智能化和无人化是必然的趋势，无人水下潜航器作战系统作为现代海战的“力量倍增器”越来越受到重视。由于反水雷作业的危险性，将无人潜航器与反水雷技术相结合，是未来反水雷的重要发展方向。

关键词：无人潜航器；反水雷；安全性；灭雷具

引 言

随着各种平台、推进、导航和控制技术以及传感器技术的飞速发展，军事装备的无人化成为可能，而现代社会和军事观念的改变，又在客观上提出了作战中要降低昂贵平台的消耗和减少人员损伤的要求。由此，无人装备成为各国军事部门关注和研究的热点。目前，无人指挥平台、无人侦察机、无人战斗机、无人潜航器、无人地面车辆和智能武器相继出现并大力发展。可以预见，军事装备无人化的新型作战模式将逐渐上升为未来战场上的主要攻防手段。

反水雷在与水雷对抗中，始终处于一种不对称的被动地位，是一项充满不确定和危险的使命任务，西方各国海军一直在不遗余力地发展反水雷装备，试图打破这种不对称性。目前，对付水雷主要依靠扫雷和猎雷。

不管是扫雷，还是猎雷，传统的反水雷作战基本上还是由人来操纵驾驶平台进入雷区使用反水雷装备的模式。这种模式主要存在以下问题：一是水雷爆炸有可能对作战人员造成严重伤害；二是水雷产生的巨大心里威慑，使作战人员产生误判、误操作，从而又会增大被炸、被打击的可能性。与传统反水雷装备相比，无人潜航器进行反水雷作业时，在安全性上存在着先天优势，因此，将无人潜航器与反水雷技术相结合，是未来反水雷发展的主要方向。

1无人潜航器的发展现状

无人潜航器是一种无人驾驶、靠遥控或自主控制的水下航行器，其综合了海洋环境技术、探测、计算、能量储存与转换、推进、新材料、新工艺等多个领域的高新技术。无人潜航器包括遥控潜航器和自主式潜航器两大类。遥控潜航器拖带脐缆（电缆或光缆），与母船（或母艇）连接，在操作人员的遥控下航行与工作。自主潜航器是自主航行的，它摆脱了脐缆的羁绊，在海上作业更加灵活自主。

1.1 遥控潜航器

遥控潜航器根据其在反水雷作业中的作用可以分为线导灭雷具、一次性灭雷具以及前置式猎雷系统。

（1）线导灭雷具

灭雷具是猎雷装备的核心，现役灭雷具大多为装备在反水雷舰艇上的遥控潜航器。目前，国外现役灭雷具中比较著名的有：法国的PAP 104（如图1(a)）、意大利的“冥王星”、美国的AN/SLQ-48（如图1(b)）、日本的S-7、瑞典的“双鹰”、德国的“企鹅”B3型等，表1给出了这些灭雷具的相关技术参数。线导灭雷具一般都装有高分辨率声纳、摄像装置、灭雷炸弹或爆破割刀。作战时，猎雷艇上的猎雷声纳探测出水雷目标后，从母艇上放出灭雷具，并操控其驶向目标，在距目标数十米处，灭雷具上的高分辨率声纳或摄像机对目标进行识别，确认是水雷后，灭雷具投下灭雷弹。当灭雷具航行到安全距离后引爆灭雷炸弹，炸毁水雷或使其失效。

（a）法国的“PAP 104”                      （b）美国的“AN/SLQ-48”

图1  线导灭雷具

表1  典型线导灭雷具的技术参数

（2）一次性灭雷具

一次性灭雷具是在线导灭雷具的基础上发展起来的，其工作原理和灭雷方式与线导灭雷具相同，不同之处在于一次性灭雷具造价低廉、使用方便、灭雷速度快（无需回收）、携带量多。目前，一次性灭雷具中主要有：德国的“长尾鲨”（如图2(a)）、英国的“射水鱼”（如图2(b)）、法国的“凯斯特”、挪威的“水雷狙击手”等，表2给出了部分国外一次性灭雷具的主要技术参数。

表2  部分国外一次性灭雷具的战术技术参数

（a）德国的“长尾鲨”                        （b）英国的“射手鱼”

图2一次性灭雷具

1.2 自主潜航器

自主潜航器通过配置搜索声纳、合成孔径声纳及多波速测深声纳等设备，可以不受深度限制探测水雷。在甚浅水区和拍岸浪区，因不适宜使用大型平台，用小型自主潜航器探雷已成为浅水反水雷的主要手段之一。目前，一次性灭雷具中主要有：德国的“SeaOtter MkII”、瑞典的“AUV62-MR”、美国的“REMUS-100”、法国的“Alister-100”、英国的“Talisman”、等，表3给出了国外典型无人水下自主潜航器的主要技术参数。其中，

SeaOtter MkII无人水下航行器的主要使命是猎雷（专业舰艇、建制式、岸边控制、空投）、反潜战、情报监视和侦察、环境快速评估、反恐和兵力保护、海上安全以及特种部队支持等。其优点是采用经过验证的技术、现今可用的技术、高度灵活性、完全自容的系统，无需外部辅助（例如水声应答器）、精确导航、可空运，若需要，可集成到综合反水雷指控系统中，见图3（a）所示。 瑞典的AUV62-MR水雷侦察无人水下航行器是在62型重型鱼雷的基础上研制的一种无人水下航行器，是AUV62 F系列无人水下航行器中的最新一型，2008年开始研制，主要用于搜索水雷目标，见图3（b）所示。

表3  国外主要猎雷无人水下自主潜航器

（a）德国的SeaOtter MkII                    （b） AUV62-MR探雷工作中

图3 无人自主探灭雷潜航器

2 无人潜航器的关键技术

水下无人作战战略的实现离不开水下作战体系中无人装备与技术的发展，水下作战战略的实施需围绕有关装备的关键技术进行突破，这些关键技术的成熟发展是夺取海战场作战海区水下信息控制权，满足水下作战指挥和水下兵力兵器使用对信息的保障要求，满足对敌实施隐蔽攻击等任务需求。当前，制约、决定无人潜航器反水雷系统发展的关键技术主要包括：能源与动力技术、自主及协同控制技术、布放回收技术以及隐身技术等。

2.1能源与动力技术

无人潜航器的续航能力主要是由所使用的能源决定的，所装备的猎雷设备和通信设备同样需要消耗大量的能源。因此，能源与动力技术将在很大程度上决定着航行器的性能。目前具有较高发展潜力的能源包括：电池、燃料电池以及热机系统的燃料等。

各国正在开发的电池主要包括：锂钴电池、锂离子电池和熔盐电池、锂-亚硫酰氯电池、铅酸电池、锰碱性电池以及其它的特殊电池，如高温钠-硫电池等。燃料电池主要有铝氧半燃料电池、铝-次氯酸钠电池、铝-过氧化氢电池等。国际上正在研究的热机系统主要是热芯燃烧室与斯特林发动机组合而成的系统，可提供的能源相当于银锌电池的10倍。

2.2自主控制技术

高智能的无人潜航器是指其在执行作战任务的过程中，可以根据环境的变化，选择最优的作战流程，安全可靠的完成其规定的作战任务。因此在此过程中，航行器需要具备根据环境改变来改变其工作流程的能力，归纳起来主要有以下几个方面：

a）任务规划与管理

无人潜航器反水雷系统在未知、复杂和危险的环境下执行任务时的任务管理与控制是一个复杂的实时问题，需要非常先进的任务管理与控制系统使其在水中自主执行各种任务，其关键是开发高性能的软件。任务管理系统需要对反水雷系统所要执行的各种任务进行规划、监控，并完成航行器的导航、数据处理与记录以及故障管理等。

b）自主避障技术

避障是指在发生紧急情况时的紧急处理过程，如当无人潜航器遇到突发障碍物而有碰撞危险时，应根据实际情况进行路径规划，采取躲避等措施。避碰问题实际上是一种最优化问题，其优化指标是消耗的时间和能量。

目前，美国、英国等国无人潜航器的自主避障技术处于世界领先地位，现在的技术超越了基本的避撞功能，综合了各种分散的数据融合模块，并且引入了态势感知技术。自主避障技术主要通过系统的前视声纳、内部处理器（母船上的处理器）以及软件来实现，其核心是内部处理器。

2.3协同控制技术

目前发展的无人潜航器反水雷系统多数情况下还是单独执行某项任务，但随着使命需求的不断复杂化和多样化，仅仅通过追求单个无人系统某些性能指标的最优已经远远不能满足要求，多航行器协同具有空间分布、功能分布、时间分布的特点，能够扩展单体航行器的感知范围，提高工作效率，实现单体航行器无法或难以完成的复杂任务。

2.4收放技术

无人潜航器的布放与回收技术是航行器的关键技术之一。航行器的布放技术可以确保航行器安全入水去执行任务，而当航行器完成使命后，通常需要回收到母船（艇）上，以便补充能源、下载数据、维护保养和重新设置使命任务。航行器的布放与回收可分为水面布放回收与水下布放回收。

目前，很多水面舰船布放航行器都利用机械吊臂将其布放到水中，例如美国海军的“战场准备自主无人潜航器”。美国的“海马”也进行过从水面舰船的倾斜滑轨布放的试验。水面回收方式主要有利用机械挂钩回收和利用滑道和回收器进行回收。

潜载航行器的布放与回收技术可以分为艇内发射回收技术和舷外发射回收技术。其中,艇内发射回收技术适用于仿鱼雷外形的航行器，也是目前最为普遍的一类航行器。一方面是对其水下特征更好把握，另一方面是发射时可利用鱼雷管或导弹管等较为成熟的发射技术，可大大降低潜射航行器的开发难度。但相对于发射而言，航行器的水下回收难度很大，没有成熟经验可寻。舷外发射回收是将航行器附着在潜艇的耐压艇壳外部，消除了发射管直径对尺寸、形状和配置的限制，不占用潜艇空间。但是这种发射回收方法改变了潜艇的平滑外形，改变了潜艇的水声特征，从而可带来一系列的问题。

2.5隐身技术

水下无人装备隐身设计是指为降低深水装备声、电、磁等物理特性，以期降低敌方发现概率而进行的设计。隐身性能对于通常隐蔽执行任务的水下无人装备意义重大，对于防御来说，隐身水下无人装备能够在敌方未知的情况下探测、识别和实施对抗，在敌方进行反对抗前扼杀其破坏行动；对于主动进攻而言，隐身水下无人装备能够缩短敌人发现距离，在敌人采取对抗前实施出其不意的打击，大大提高作战效能。

降低水下无人装备噪声特性通常采取下面两个步骤：一是噪声源和机械噪声的产生机理建模与仿真，通过量化分析预测通过降噪处理和改变设计所带来的降噪效果；二是对噪声进行主动或被动抑制，如先进的低噪声学设计以及总体装配工艺上的主、被动混合隔振措施等。降低深水装备电磁特性一般采用整体电磁屏蔽措施，或在水下无人装备壳体制造中采用低磁金属材料或非金属复合材料等。

3 对反水雷发展的影响

水下无人潜航器在未来战场上是一支不可忽视的重要作战力量，成为21世纪高技术战争舞台上的重要武器装备。无人潜航器的发展越来越受到重视，发展速度越来越快，由此引发装备技术、战场环境等问题，并使作战方式、作战概念等方面发生巨大的变化。

3.1  降低平台全寿期费用及减少人员伤亡

无人潜航器在设计时无需考虑人员战斗和生活环境条件，以及演练等因素，从而可以大幅度降低各种费用。同时，随着大国海军的作战范围从远洋转移到近岸浅水，其作战环境发生了重大变化。这里海底地形复杂，潜艇在浅水中不易隐蔽，水雷对潜艇的威胁大大增加。无人潜航器却能在这样困难和危险的近海水域中顺利完成各种作战任务，从而避免了有人作战平台的损失和人员伤亡。

3.2  无人潜航器有效提高反水雷作战效能

无人潜航器在反水雷方面具有不可比拟的优势，尤其是在困难和危险的近海水域进行反水雷更是这样。它可由母舰（或潜艇）携带、投放，远离母舰执行任务，确保母舰安全；可通过无线电或水声实时与母舰进行数据交换，及时报告现场情况、接收指令；根据具体情况，可遥控或近距离进行水雷处理作业。无人潜航器的使用，大大提高了海军反水雷作战的能力，使无人潜航器成为对付“不对称”水下威胁的有力武器。

3.3  实现雷区无人化

对水雷进行侦察：侦察水雷是反水雷作战的主要样式之一，其主要目的是查清敌方是否在预定的航道、常用航线和海区布设有水雷或探查敌方布设水雷障碍的情况。如对预定登陆的沿海水域的侦察，避免暴露登陆企图，就可由潜艇在安全海区发射无人潜航器，自主航行到预定海域附近隐秘侦察，并将获得的侦察数据进行编码处理，再传送给母艇，以实现远距离快速侦察。

确定雷区边界：当在预定水域发现敌方布设水雷后，首先就要确定雷区边界，以获得雷区范围的大小。无人潜航器可按侦察和规避水雷及水下障碍物的战术行动规则，深入到敌水雷区绘制整个雷区图，并进一步搜集和查明敌人布雷数量、类型和布深，为编队避开雷阵或进一步灭雷作好充分准备。

确保航道安全：当通过敌方布雷海域或遭敌水雷封锁时，为了在短时间内快速安全通过，可以采用无人潜航器深入敌水雷区查明航道，引导我方舰艇安全通过雷区。

4 无人潜航器反水雷的发展趋势

由于水雷威胁的加大，各国目前比较重视利用无人潜航器进行反水雷作战。反水雷作战任务比较单一，作战时对象明确，且目标不具有机动性，因此，对潜航器的自主程度要求相对较低，所以发展较快，型号也较多,这些水下潜航器呈现以下几种特点：

（1）多为自主式潜航器

由于自主式潜航器不需要人工的连续控制就能独立工作，也没有缆绳长度和重量的限制。因而，在有人平台控制范围内，当硬件条件能够保证的情况下，自主式潜航器比遥控式潜航器具有更大覆盖范围，所以也是发展的重点对象。

（2）反水雷潜航器的工作深度出现了两极化发展的趋势

深海潜航器大量出现，但同时也出现了能在甚浅水区和拍岸浪区工作的潜航器以及海滩作业的爬行器，还包括一些半潜式航行器等。

（3）将成熟的商用潜航器进行改装用于反水雷任务

将技术成熟、工作可靠、价格便宜的潜航器改装用于反水雷，是贯彻可承受性的具体措施之一。

（4）大力加强软件开发，加快猎雷速度

多个国家正在研发“计算机辅助探测与计算机辅助识别”等软件技术，处理潜航器收集的各种数据，从类似水雷的物体中识别出真正的水雷，以加快猎雷和清除水雷行动的速度。

5 结论

使用传统装备进行反水雷作战是一项极其危险的任务。因此，反水雷作战及装备研发人员一直致力于提高反水雷作战的安全性。其中，研发无人操纵的反水雷装备和远程（雷区外）遥控反水水雷装备是未来发展的主要方向。按照沿海、近海、中远海的反水雷需求，应陆续发展沿海水下无人潜航器、近海水下无人潜航器和中远海水下无人潜航器，从而提升反水雷作战能力。

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