2019年水下无人系统发展综述

王雅琳，刘都群，杨依然

北京海鹰科技情报研究所

摘 要

本文对2019年世界各主要国家和地区水下无人系统的发展情况进行了综合梳理分析。首先研究了美国和日本发布的水下无人系统相关战略规划，之后整理了世界主要国家和地区水下无人系统装备发展情况，并对水下无人系统的关键技术（水下光学通信技术，水下导航技术，能源动力技术，协同作战技术）发展情况进行了总结。综述表明世界各主要军事强国从战略规划、装备研制和技术攻关等维度不断推进水下无人系统能力建设，全面提升水下无人自主作战和跨域协同作战能力水平。

1 引 言

水下无人系统可执行海洋探测、水下监视与侦察、反水雷和反潜等各类作战任务，具有很高的军事价值，已成为世界各主要军事国家拓展水下作战域、占据海洋作战优势的重要支撑装备。2019年，美国、俄罗斯、日本和欧洲等国家和地区从规划、装备、技术和部署等层面加速推进水下无人系统发展，全面提升水下无人自主作战和跨域协同作战能力水平。

2 战略规划

2.1 美国

2019年2月，美国海军水下作战需求部门（N97）负责人发表演讲时表示，未来可能将无人潜航器纳入美国海军355艘舰船的目标内。6月，美国国会研究处（CRS）发布《海军大型水面无人艇和水下无人潜航器背景和相关问题》报告，指出包括超大型无人潜航器（XLUUV）在内的大型无人系统十分重要，美国海军正在采取加速采办策略使其尽快服役，未来将成为美国海军构建分布式舰队架构的关键。

2019年11月，美国海军潜艇部队司令在2019年海军潜艇联盟年度研讨会上表示，美国海军计划成立第二无人潜航器中队（UUVRON-2），并使无人系统扩展到舰队规模。UUVRON-2将部署在东海岸，但美海军没有给出具体时间安排。第一无人潜航器中队（UUVRON-1）于2017年底成立，计划在2024年前配备45艘无人潜航器。

2.2 日本

2019年8月，日本防卫省防卫装备厅公布《多域综合防卫力量构建研究开发愿景》文件，基于2018年公布的新版《防卫计划大纲》中提出的能力需求，旨在对日本未来的技术创新进行指导，其中强调了增强现有水下作战能力，从整体上实现长航时水下无人系统的装备部署，提升无人装备的认知和判断能力。

具体而言，在警戒监视方面，提出部署能在广域执行协同作战的无人潜航器和舰艇，发展声呐探测技术和高速大容量水下通信技术；在支援作战方面，实现无人潜航器的自动投放、回收、补给、供电，增强地面及舰艇对水下无人系统的有效指挥控制及支援；在应对方面，实现以廉价手段应对敌方无人潜航器，提升己方无人潜航器隐身性能和干扰目标传感器能力。

3 装备研制

3.1 美国

美国海军于2019年1月完成濒海战斗舰反水雷任务模块中刀鱼（Knifefish）无人潜航器和无人扫雷系统的舰载集成测试。测试期间，刀鱼无人潜航器和无人扫雷系统都成功验证了与濒海战斗舰之间的通信链路，并执行了多次发射和回收演示。8月，刀鱼无人潜航器进入小批量生产（LRIP）阶段，美国海军计划采购30艘。刀鱼无人潜航器是濒海战斗舰反水雷任务模块的重要组成部分，用于在高杂波环境下探测和识别掩埋雷、沉底雷和漂雷。

图1   刀鱼无人潜航器  Fig.1   Knifefish UUV

2019年2月，美国海军授予波音公司合同，制造和测试4艘XLUUV。3月，该合同内容扩展到制造第5艘XLUUV。XLUUV是一种采用模块化和开放式架构的水下潜航器，可执行反水雷、反潜、反舰和电子战等任务，由波音公司和洛克希德·马丁公司两家公司开展项目竞标。波音公司的回波旅行者（Echo Voyager）长15.5m，横截面为2.6m×2.6m的正方形，空重50t，可航行12038km。最大可容纳长10m、体积56.6m3的模块化载荷，也可在外部挂载载荷。

图2   回波旅行者无人潜航器  Fig.2   Echo Voyager UUV

美国海军还于2019年5月采购了蜂群潜水者（SwarmDiver）超轻型无人潜航器。该无人潜航器长0.75m，重1.7kg，潜深50m，速度7.9636km/h，工作时间达2h30min，可执行集群式侦察和反水雷任务，布放和回收可由单人操作。

图3   蜂群潜水者无人潜航器  Fig.3   SwarmDiver UUV

美国国防预先研究计划局（DARPA）于2019年1月发布垂钓者（Angler）项目公告，开发能在深海环境中发现和操纵物体的深海无人潜航器及控制系统，要求在没有全球定位系统（GPS）的深海环境中能够自主执行搜索操纵目标的任务。11月，DARPA授出6份项目合同，其中莱多斯公司、诺斯罗普·格鲁门系统公司及L3哈里斯技术公司将为垂钓者项目开发一个综合解决方案，以应对技术和业务领域的所有挑战；硕电公司、爱迪泰克公司和吉特韦尔公司将重点开发针对导航、自主和感知领域的解决方案。

图4   垂钓者项目概念图  Fig.4   Angler concept figure

3.2 俄罗斯

俄罗斯于2018年3月推出核动力无人潜航器波塞冬，最大潜深1km，可携带核弹头。2019年1月，俄罗斯国防工业部门消息称，俄罗斯海军计划部署32艘波塞冬无人潜航器执行作战任务。2月，波塞冬无人潜航器成功完成测试，进入工厂试验阶段。

4月，俄罗斯09852型别尔戈罗德号特种核潜艇下水，成为首艘搭载波塞冬无人潜航器的潜艇。该潜艇原本是安泰级多功能攻击核潜艇，后改装为无人潜航器运载平台，波塞冬无人潜航器装备于潜艇底部。别尔戈罗德号将于2020年进入战斗服役。第二艘携载波塞冬无人潜航器的09851型哈巴罗夫斯克号特种核潜艇将于2020年春季下水，预计2022年服役。该潜艇是北风之神级核动力弹道导弹潜艇的缩小版。未来俄罗斯还将对2艘949A型奥斯卡Ⅱ级巡航导弹核潜艇进行改装，以携载波塞冬无人潜航器。

3.3 其他国家

英国国防部于2019年4月发布公告，旨在设计、改装和测试超大型无人潜航器。项目为期三年，分两个阶段。第一阶段为期一年，主要是超大型无人潜航器的研究、设计和改装；第二阶段为期两年，主要是测试超大型无人潜航器承担系列任务的能力。公告特别提到秘密收集情报、传感器的部署和回收，以及反潜作战等能力；还明确国防部计划寻求模块化的有效载荷设计，以执行一系列额外任务。

通用动力公司任务系统分部于2019年9月首次展示金枪鱼（Bluefin）-12轻型无人潜航器。该无人潜航器长4.83m，直径0.32m，重250kg，采用与金枪鱼-9相同的传感器和测量设备，具有模块化、智能化、数据处理和可扩展作业范围的特点。澳大利亚是首个购买金枪鱼-12的国家。

图5   金枪鱼-12无人潜航器  Fig.5   Bluefin-12 UUV

法国海军集团和ECA集团于2019年10月展示了其为比利时和荷兰设计的反水雷联合解决方案，包括A18-M无人潜航器、T18-M拖曳声呐以及无人机和扫雷设备等。比利时和荷兰海军将在未来20年各自形成包括6艘舰艇、10类80艘水下无人系统在内的反水雷力量。

4 技术攻关

4.1 水下光学通信技术

日本海洋研究开发机构与岛津制作所在日本防卫省资金支持下，研发了稳定的水下光通信技术，并实现产品化。这是自2015年防卫省启动“安全保障技术研究推进制度”以来首例技术产品化案例。该水下光通信设备外形为直径15cm、高30cm的圆柱体，可根据水的混浊度改变蓝、绿、红三种半导体激光束，以100Mbps的传输速度实现10m距离内的双向通信。预计2020年春，其通信距离将增至100m。

4.2 水下导航技术

2019年4月，惯性实验室（Inertial Labs）宣布推出新版AHRS-II-P姿态和航向参考系统模型，可在操纵时使用来自全球导航卫星系统（GNSS）的额外输入来增加动态精度和方向计算外，还能够测量和输出水平/垂直位置、速度、航向、姿态和惯性测量单元（IMU）数据。AHRS-II-P还可以从外部独立磁罗盘数据、GNSS地面跟踪和定位器等获取辅助数据。该系统可以为无人潜航器等各种无人系统提供绝对定位。

2019年8月，英国国家海洋学中心（NOC）与Sonardyne公司、L3哈里斯技术公司共同参与了一项为期两年的持久性无人潜航器精确定位（P3AUV）项目，目标是在无船舶支持的情况下无人潜航器可持续进行海洋观测。项目团队正在开发新方法，以提供更高的定位精度，同时降低对电力的需求并增强自主性。

4.3 能源动力技术

2019年2月，先进技术国际公司（ATI）与通用原子电磁系统公司（GA-EMS）签订合同，开发和测试一款原型锂离子容错（LiFT）电池系统，为美国海军大排量无人潜航器（LDUUV）原型机黑鱼（Snakehead）提供推进动力和系统能源。LiFT电池系统凭借模块化设计和单电池容错功能，可防止锂离子电池故障，并在保持能源供给的同时提高安全性，同时简化安装、使用和维护工作。此外，电池系统采用灵活架构支撑配置，能满足有人和无人潜航器需求。

2019年3月，通用原子电磁系统公司完成铝动力系统（ALPS）的首次端到端演示，为该公司试验罐设施中的遥控潜航器供电。演示时，铝动力系统用于产生氢气和氧气，并输送至泰莱达能源系统公司的燃料电池发电，进而驱动遥控潜航器。这次演示首次表明铝动力系统可以与燃料电池系统集成，用于驱动无人潜航器。演示期间收集的结果和数据将用于继续测试和优化铝动力系统，以满足未来水下平台的能源需求。

4.4 协同作战技术

2019年5月，雷锡恩公司利用开放式体系结构和无人航空系统控制标准开发出一项新技术。借助该技术，美国海军可在舰上赛博加固的控制站内管理一支由空中、水下和水面无人系统组成的编队。

2019年6月，DARPA发布海上作战实时信息（TIMEly）项目公告，将开发异构海上通信架构，并完成演示验证。TIMEly项目是马赛克战概念的衍生物，其目标是构建可快速重构的空中、水面和水下军事力量，重点关注网络协议和信息交换等技术，同时掌握水下环境对网络链接距离、容量、延迟和安全的限制。该项目设想采用动态可重构的响应式架构，并吸收水下通信和海上无人系统前沿技术。

2019年8月，美国海军举行先进海军技术演习（ANTX），主题为“战争准备：水下安全”，重点展示了有人/无人平台协同作战的能力。雷锡恩公司演示了协同探测和识别类似水雷目标的能力，并使用无人潜航器清除该目标。雷锡恩公司的AQS-20C拖曳声呐由一艘水面无人艇拖入水中，一旦声呐探测到可能的水雷，梭鱼（Barracda）无人潜航器就通过A型声呐浮标发射器从无人艇发射。梭鱼无人潜航器装有浮动组件，可与常规无人水面艇（CUSV）进行射频数据连接。战术任务计划经由CUSV从濒海战斗舰传递至梭鱼无人潜航器。一旦梭鱼无人潜航器搜索并锁定水雷目标，就在其附近位置待机，待濒海战斗舰作战人员确认目标后就指示该无人潜航器自爆以引爆水雷。通用动力公司任务系统分部演示了使用有人和无人平台实现跨域多级指挥、控制和通信（C3）的能力。这些平台包括通用动力公司的金枪鱼-9无人潜航器、无人艇和岸基模拟潜艇作战系统、模拟水面作战系统和模拟任务作战中心。演示中，还使用通用动力公司的4G LTE无线宽带网络提供实时三维可视化和通信。该演示针对对抗环境中多个平台之间从高层作战规划到战术任务执行的通信挑战，通用动力公司利用战区级规划工具，实现了有人潜艇、无人潜航器和无人艇的跨域指控通信。该架构将海底和水面平台连接在一起，通过人工智能技术支持，增强了反潜作战和水下作战规划能力，以及海上行动的现场评估和执行能力。此外，该架构为水手提供了所有活动的三维虚拟现实视图。

2019年9月，美国海军爆炸物处理第一机动部队（EODMU-1）在极浅的北极水域（深度为3～12m）利用无人潜航器完成远征排雷测试。期间，EODMU-1使用剑鱼（Swordfish）和王鱼（Kingfish）无人潜航器，对该水域进行了探雷、水文测量和行动环境情报准备，以人机结合模式完成了排除极浅水域水雷威胁的任务。

5 结束语

2019年，美国重点关注水下无人系统实战能力建设，逐步将水下无人系统纳入舰队作战范畴，同时发展多类无人潜航器并开展先进技术演习；俄罗斯加速核动力无人潜航器发展，旨在抢占不对称作战优势；欧洲和日本从规划、装备及技术维度加大投入，推动水下无人作战能力发展。随着相关能力水平的不断发展，未来水下战场将愈加复杂，带来更多挑战，需要密切关注。