【專題】國外無人水面艇未來發(fā)展及關鍵技術

1、【專題】國外無人水面艇未來發(fā)展及關鍵技術與有人水面艇相比，無人水面艇具有機動靈活、隱蔽性好、活動區(qū)域廣、使用成本低等特點。目前，無人水面艇服役數(shù)量很少，主要用于執(zhí)行海上監(jiān)視偵察、反水雷戰(zhàn)、電子戰(zhàn)等軍事任務。未來，隨著智能化程度的不斷提高，無人水面艇將具備遂行反潛、反艦作戰(zhàn)等能力。美國海軍公布自主無人艇集群方案( Autonomous SwarmBoats )時長 1 分 34 秒無人水面艇自主程度不斷提升洛馬公司Marlin 無人潛航器與其他無人裝備相比，無人水面艇的發(fā)展相對滯后，但自主程度在不斷提升。自主程度是衡量無人系統(tǒng)先進性的核心指標。無人水面艇按自主程度可分為遙控型、半自主型和全自主型

2、 3 類。由于全自主控制方式對智能化程度要求較高，實現(xiàn)極為困難，尚處于研究探索階段。目前，各國無人水面艇多采用半自主型。但是，從國外已服役或在研的無人水面艇主要型譜看，全自主型無人水面艇是未來無人水面艇的發(fā)展目標。多功能無人水面艇發(fā)展備受關注目前，開展無人水面艇研制的國家和地區(qū)主要包括美國、以色列、歐洲、日本等，但僅有美國和以色列的部分無人水面艇型號裝備了部隊。 各國正在競相發(fā)展集反水雷戰(zhàn)、 反潛戰(zhàn)、電子戰(zhàn)等能力于一體的多功能無人水面艇。海事無人系統(tǒng)分類圖美國已研制并裝備多種型號，且制定了明確的發(fā)展規(guī)劃。 美國正式服役的無人水面艇主要有“遙控獵 雷系統(tǒng)”“海狐”和“斯巴達偵察兵”。洛馬公司 A

3、N/WLD- 1“遙控獵雷系統(tǒng)”其中，“遙控獵雷系統(tǒng)”由洛克希德馬丁公司在21世紀初研發(fā)成功，可對水雷進行快速偵察、探測、分類、識別并準確定位，也可用于反潛搜索、水面監(jiān)視和沿海情報收集?！昂：庇擅绹黠L海事公司研發(fā)，目前在美國海軍中服役的主要有“海狐MK1海狐” MK2兩型，美國海軍主要利用該艇進行江河地區(qū)的作戰(zhàn)評估，以及遠征部隊的安全保障等。 2002 年，美國海軍水下戰(zhàn)中心正式啟動“斯巴達偵察兵”無人水面艇的研制工作，2004 年法國也加入其中。該艇備受各軍種重視，美國海軍陸戰(zhàn)隊將其用于執(zhí)行遠征后勤和再補給任務，特種部隊將其用于水文調查及其他偵察、欺騙任務，陸軍將“海爾法”等導彈裝備該艇

4、執(zhí)行精確打擊任務，協(xié)助內(nèi)陸湖泊地帶的作戰(zhàn)。目前， “遙控獵雷系統(tǒng)”和“斯巴達偵察兵”已裝備美國海軍近海戰(zhàn)斗艦，參與作戰(zhàn)部署。美國海軍測試“斯巴達偵察兵”無人水面艇此外， 美國于 2010年啟動“反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人水面艇”研制計劃。該艇設計長19 米， 排水量 157 噸， 最高航速 38 節(jié)， 可持續(xù)工作30 天，一次加油最多可航行6200 千米，采用三體船型，可攜帶無人潛航器。上述指標均處于國際最高水平，同時也代表著無人水面艇的未來發(fā)展方向。美國DARPA”反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人水面艇”（ ACTUV ）概念動畫 時長 1 分 51 秒美國無人水面艇的發(fā)展思路和頂層規(guī)劃也十分明確和清晰。21 世

5、紀初，美國海軍在 21 世紀海上力量海軍設想中提出，在 2015 年前將新型無人平臺引入未來網(wǎng)絡化作戰(zhàn)體系中。2007 年 7 月，美國海軍首次發(fā)布海軍無人水面艇主計劃 ，設定了無人水面艇的 7 項使命任務反水雷戰(zhàn)、反潛戰(zhàn)、海上安全、反艦戰(zhàn)、支持特種部隊作戰(zhàn)、電子戰(zhàn)、支持海上封鎖行動，為美國工業(yè)界、學術界和國際合作伙伴指明了未來無人水面艇的發(fā)展重點及技術攻關方向。美國海軍海軍無人水面艇主計劃此后，美國軍方開始統(tǒng)籌各軍種無人系統(tǒng)發(fā)展，并統(tǒng)一發(fā)布無人系統(tǒng)路線圖 ，對無人水面艇的作戰(zhàn)需求、關鍵技術領域以及與其他無人系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通性進行了總體規(guī)劃。其中， 2013 年 12 月發(fā)布的最新版 無人系

6、統(tǒng)路線圖 對無人水面艇未來5 年（近期） 、 10 年（中期） 、 25 年（遠期）的技術發(fā)展重點和能力需求做出了更細致的說明：無人水面艇近期的技術發(fā)展重點將圍繞增強型動力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)等方面，中遠期則將重點開發(fā)高效自主系統(tǒng)、障礙規(guī)避算法以及安全架構等；無人水面艇近期的能力需求是提高在本地受控區(qū)域執(zhí)行特定任務的自主性并提高聯(lián)網(wǎng)能力，中期將擴展行動范圍并增加任務類型，遠期則實現(xiàn)在全球自主執(zhí)行任務。 無人系統(tǒng)路線圖提出無人水面艇面臨的技術挑戰(zhàn)主要包括海上持久能力、惡劣環(huán)境中的生存能力等。同時還指出，為將無人系統(tǒng)潛能最大化，未來各類無人系統(tǒng)必須實現(xiàn)無縫互操作技術。美軍 2013 年版無人

7、系統(tǒng)路線圖以色列發(fā)展的無人水面艇型號種類僅次于美國。目前，以色列開發(fā)的無人水面艇包括拉法爾公司和航空防務系統(tǒng)公司聯(lián)合開發(fā)的“保護者”、埃爾比特系統(tǒng)公司的“黃貂魚”和“銀色馬林魚”、 航空防務系統(tǒng)公司的“海星”等無人水面艇。其共同特點是充分借鑒無人機技術，并采用模塊化設計。其中“保護者”項目開展最早，發(fā)展最為成熟，該艇隱身性高，裝備有現(xiàn)代化傳感器系統(tǒng)和多樣化武器系統(tǒng)，首批12 艘已于 2006 年服役。以色列拉法爾公司和航空防務系統(tǒng)公司聯(lián)合開發(fā)的“保護者”水面無人艇歐亞多國積極推進研制，產(chǎn)品尚未交付部隊。英國在研的無人水面艇主要包括“衛(wèi)兵”“哨兵”“黑魚”等。 其中“衛(wèi)兵”最為典型， 由奎奈蒂克

8、公司研制， 采用先進的隱身設計和噴水推進技術，航速可達50 節(jié)。法國在研型號主要包括“檢察員”MK人“羅德爾”和“巴西爾”等，其中“檢察員”采用 MK1雙柴油機噴水推進，最高航速達35 節(jié)。德國在研型號為“哨兵”和“近岸攻擊無人艇”，其中“哨兵”采用模塊化設計，隱身性和抗沉性好，目前已投入海試。日本發(fā)展的無人水面艇主要是 UMV-H （高速型） 、 UMV-O （海洋型）和 OT-91 型無人水面艇。 其中， OT-91 型為最新研制型號， 采用噴水推進， 最高航速 40 節(jié)，主要用于海上情報偵察和反水雷等。法國泰雷茲公司開發(fā)的“翡翠鳥”無人水面艇進行海試無人水面艇關鍵技術有待提高無人水面艇的

9、關鍵技術主要包括自主規(guī)劃與控制技術、艇型技術、武器發(fā)射控制技術、布放回收技術等，這些技術都有待進一步提高。而無人水面艇的通信技術和動力系統(tǒng)可借鑒有人水面艇的成熟技術。自主規(guī)劃與控制技術自主規(guī)劃與控制技術是無人水面艇的核心技術自主規(guī)劃與控制技術是無人水面艇的核心技術，能夠降低無人水面艇對于操控人員和通信帶寬的需求，同時擴展超視距作戰(zhàn)的戰(zhàn)術應用范圍。通過自主技術，可使無人水面艇在海上安全、反探測、潛戰(zhàn)和反水雷戰(zhàn)等任務中， 長期獨立地執(zhí)行遠程航行、評估、危險規(guī)避和信息收集等任務，也可使多個無人水面艇進行協(xié)同作業(yè)，提高其在大規(guī)模反潛戰(zhàn)和反水雷戰(zhàn)中的作戰(zhàn)效能。目前，美國海軍正在發(fā)展的無人水面艇自主程度依

10、然較低，需保持與操控人員之間的通信才能順利工作。自主水平的提高需要更先進的信號處理和決策技術的支持。就當前的技術水平而言，無人水面艇的預編程任務尚無法適應外界環(huán)境的動態(tài)變化。未來面臨的挑戰(zhàn)是發(fā)展具備自適應能力的無人水面艇，以及多無人水面艇之間的自主、協(xié)同作業(yè)。艇型技術 艇型技術是提升無人水面艇快速性和穩(wěn)定性的關鍵技術艇型技術是提升無人水面艇快速性和穩(wěn)定性的關鍵技術。國外海軍裝備的無人水面艇主要采用了半潛式、常規(guī)滑行、半滑行、水翼等艇型，但在研型號多采用常規(guī)滑行和半滑行兩種艇型。半潛式無人水面艇的大部分艇體在水下，與常規(guī)船體設計相比，興波阻力較小，平臺穩(wěn)定性高，速度在 25 節(jié)以下；常規(guī)滑行無人

11、水面艇通常采用 V 型、深 V 型或 M 型，綜合性能好，拖曳能力強，速度超過20 節(jié)，但其艇體阻力對負載分布非常敏感，穩(wěn)定性較差；半滑行無人水面艇與常規(guī)滑行無人水面艇相比，具有較低的阻力和較高的適航性， 耐波性好， 是一種效費比高、 穩(wěn)定的無人水面平臺，航速超過 30 節(jié)；水翼艇在所有艇型中阻力最小、適航性最好，是中等海況下比較穩(wěn)定的平臺，航速超過40 節(jié)，但缺點是不適合拖曳且成本較高。其他艇型主要包括純排水型、小水線面雙體船型、穿浪型和多體艇型等，這些艇型適合特定需求，通用性較差。美國正在研制的反潛戰(zhàn)持續(xù)跟蹤無人水面艇采用了三體船型，以實現(xiàn)其預期航速和作戰(zhàn)任務需求。武器發(fā)射控制技術無人水面艇武器發(fā)射控制面臨諸多技術挑戰(zhàn)為執(zhí)行反水雷戰(zhàn)、反潛戰(zhàn)、水面戰(zhàn)等任務，要求無人水面艇能夠攜載和投送武器。目前，無人水面艇武器發(fā)射控制面臨的主要技術挑戰(zhàn)是：要求其在各種海況下都能夠可靠地跟蹤、瞄準目標并實施攻擊。惡劣海況將給無人水面艇帶來姿態(tài)難