2016年,美國防高級研究計畫局(DARPA)、海軍研究辦公室(ONR)等研發的“分散式敏捷反潛系統”、“反潛戰持續跟蹤無人艇”、“深海浮沉有效載荷”等多個顛覆性反潛裝備專案取得重大進展。 這些項目是美國近些年推進新型水下戰技術發展成果的一部分。 近年來,美海軍積極與DARPA開展合作,探索構建以廣域反潛探測、潛艇無人協同、水下保障、海底預置等為代表的新型裝備體系,創新理念和技術成果頻現,可能會對未來水下戰裝備構成和作戰模式產生重大影響。
▲“海上獵人”最大航速27節， 可對敵方潛艇進行長達70天的持續跟蹤
發展背景
受浪、流、溫、海底地貌等影響,水下聲波探測和通信距離、精度、可靠性受到極大影響,客觀上使得水下難以實現“透明化”,從而也就成為美海軍不能完全掌控的作戰空間。 而隨著潛艇主、被動降噪技術的廣泛應用,先進的安靜型潛艇在低速航行時,輻射雜訊接近甚至低於海洋環境雜訊水準,被美海軍視為巨大的威脅。
同時,裝備建設經費投入不足也是促進美海軍水下戰能力創新的另一個重要原因。 美海軍一貫依託其先進而龐大的攻擊型核潛艇部隊控制全球關鍵海域和要點海峽。 冷戰結束後的前五年,美海軍攻擊型核潛艇總規模保持在大約90艘的水準,之後,由於建造和運行經費不足,這一規模一路下滑,本世紀初降到55艘的水準。 此後幾年,美海軍試圖將55艘作為其攻擊型核潛艇長期保有的底線目標,認為低於這個水準,就難以有效承擔水下戰使命。
美海軍新型水下戰能力的建設思路得到國防部的認可,在2014年啟動“第三次抵消戰略”後,美國防部立即將水下戰能力確立為重點關注領域之一,目前已納入“第三次抵消戰略”初步確定的六大顛覆性能力之列。
▲“藍鰭-21”自主水下無人潛航器根據任務形式不同可搭載不同的載荷,如情報、監視和偵察感測器， 可增強海上網路通信能力的通信節點
主要成就
研發新型水下戰裝備和技術,難度極高,必須依靠創新的思維和顛覆性技術,才能取得突破;同時,發展新型水下戰能力,直接關係到美國對全球海洋的控制力。 基於這兩個原因,DARPA成為水下戰裝備技術創新的主力,主管美海軍基礎科技工作的海軍研究辦公室也開展了大量研究工作,一些企業也參與其中,近兩年以較快的頻次推出一批創新成果。
通過多種創新方式,實現對潛艇的大範圍跟蹤探測
由於無人系統適用海域廣,美海軍將之作為彌補潛艇規模不足、研發新型水下戰能力的首選,開展多個專案以實現水下大範圍的跟蹤探測能力。
DARPA先後開展了“分散式敏捷反潛系統”和“反潛戰持續跟蹤無人艇”兩個重點項目,研究驗證利用水下和水面無人系統進行反潛作戰的方式。前一方案是利用數十個無人潛航器潛伏海底組成網路,向上仰視監測大面積海域。這個方案首創了自下而上探潛的模式,可以克服海面、海底散射對聲探測的不利影響。理論上,潛伏在水下6千米的無人潛航器網路能夠監視18萬平方公里水域內敵方潛艇的活動。該項目於2010年啟動,2013年完成大潛深試驗,2016年完成組網海試。後一方案旨在利用無人水面艇貼身跟蹤目標潛艇。DARPA委託美國科學應用國際公司研製一型三體無人艇進行概念和技術驗證,艇長40米,最大航速27節,可對敵方潛艇進行長達70天的持續跟蹤,首創持續貼身跟蹤的反潛模式;該艇2010年開始研發,2016年6月首艇“海上獵人”號完成航速、機動性、穩定性等性能的海上試驗,預計2018年服役,此後可能將批量建造。
美海軍研究辦公室2007年啟動“深海主動探測系統”研發專案,旨在研發一套無人值守探測系統,通過水面艦布放,一套系統可探測近1萬平方千米的海域,多套系統組網,可實現更大範圍的探測。2009年,系統完成樣機海試,2011年完成升級型海試。
液力機器人和波音公司聯合開展了“自主無人水面艇”專案,目標是用滑翔式無人艇,將波浪的上下起伏轉化為前進的動力,實現超長續航力。艇上搭載先進感測器,能有效探測安靜型常規潛艇和無人潛航器。應用設想是:與P-8A反潛巡邏機協同探潛,或由多個水面艇組網探潛。在2015年完成與P-8A反潛機的聯合應用試驗;2016年“無人戰士”演習期間,完成4艘無人艇的組網探潛試驗。
採用潛布系統,形成新型水下集群作戰能力
潛布系統以潛艇為母艇,布放後前出執行情報監視偵察和打擊任務,美海軍將其視為延伸潛艇“手眼”、擴大潛艇控制範圍、保護潛艇安全的有效手段。目前發展的主要潛布系統包括“近海水下持久監視網”、大排水量無人潛航器、“藍鰭-21”無人潛航器等。
“近海水下持久監視網”是美海軍研究辦公室的專案。該方案利用核潛艇搭載和布放固定式水聽器陣、多種無人潛航器,確保眾多裝備各司其職,形成作戰集群,對1萬平方公里水域內的常規潛艇進行數月乃至數年的探測、識別、定位、跟蹤。2005年開始樣機研發,2012年完成樣機研發,2013年完成樣機海試,現在正處於艦隊轉化階段。
大排水量無人潛航器也是美海軍研究辦公室的專案。該方案旨在研發長13.5米、排水量10噸、續航力超過120天的察打一體化無人潛航器,搭載聲學感測器組網探測潛艇,可發射輕型魚雷攻潛,還可搭載和布放多個小型無人潛航器。2015年4月,美海軍研究辦公室首次展出大排水量無人潛航器樣機,8月通過低風險評審,按計劃2017年服役。
2016年“海軍技術演習”中,金槍魚機器人公司研發的“藍鰭-21”和“沙鯊”無人潛航器、航空環境公司研發的“黑翼”無人機參與其中。演習中,潛艇發射了一個“藍鰭-21”無人潛航器,“藍鰭-21”再釋放兩個微型“沙鯊”無人潛航器和一架“黑翼”無人機,執行情報、監視與偵察任務。演習中,由“黑翼”無人機完成潛艇與“沙鯊”間的通信中繼,實現水下和水面的跨域通信和指控。
發展新型補給和導航技術,提高持續作戰能力
為彌補水下平臺續航力的不足並減少對GPS的依賴,DARPA於2016年5月啟動了“深海定位導航系統”專案,方案是通過在深海中布放可連續高精度定位的聲源,使潛艇、無人潛航器等獲得連續高精度的導航資訊,無需定期上浮修正累積誤差。此前,在美國海軍研究辦公室的支持下,波特羅公司開展了“無人潛航器水下母港”研究工作,研發對無人潛航器進行無線資料中繼和充電的技術。方案是布放數個“無人潛航器水下母港”,對無人潛航器進行補給,提高其持續作戰能力。2007年開始研製該技術,2011年技術成熟度達到7級,2015年充電功率達到1700瓦。
發展變革性海底預置裝備,控制關鍵海區
海底預置裝備是一種全新的水下裝備,可以替代潛艇提前部署在關鍵海區的海底,長期待機。DARPA於2013年設立了“深海浮沉有效載荷”和“海德拉”兩種預置裝備研發專案。前者通過水面艦艇布放,預置在深海,由運載器、有效載荷、通信系統等組成,可在4千米深海中待機5年,需要時遠端喚醒,快速釋放無人機、感測器、導彈等載荷,執行情報監視偵察和打擊任務。2016年6月完成運載器測試,按計劃2017年完成第三階段研製。後者預置在近海,可搭載數個小型無人機和無人潛航器,由水面艦、潛艇、飛機投放,在水下待機數月,需要時喚醒,自主指揮負載執行反潛任務,預計2018年完成試驗驗證。
逐步構建水下戰新技術發展體系,奪取未來水下作戰優勢
為滿足水下戰需求,創新水下戰能力,美海軍從2010年起制定水下戰科學技術專項戰略。2016年9月,美海軍發佈新版《水下戰科學和技術戰略》,確定了“水下機動戰”、“水下精確導航”、“確保海戰場進入”、“水下自主系統”、“資訊優勢和網路空間”等十個領域,作為水下戰技術發展的重點。其中,前兩個技術領域是根據水下作戰新特點而增加的,目的是提高前沿對抗環境中的水下優勢作戰能力。美國防部正在深化論證的“長期研發計畫”明確將水下戰作為推進顛覆性技術發展的重點領域,屆時可能會提出新的技術發展思路和重點方向。
▲美國防部將水下戰能力確立為重點關注領域之一，目前已納入“第三次抵消戰略”初步確定的六大顛覆性能力之列
前景展望
美海軍反潛裝備體系構成將發生結構性變革
目前美軍反潛裝備主要包括海洋監視衛星、固定翼反潛巡邏機、反潛直升機、水面艦艇、核潛艇、水下固定式聲納陣等。正在發展的新型反潛探測裝備部署後,反潛裝備體系構成將發生重大變革:空中將增加反潛無人機,水面將增加反潛無人艇,水下將增加海底預置裝備、潛艇布放水下作戰群、其他平臺布放的水下探測網等新型裝備。
新型反潛探測裝備機動能力強,可實現大範圍精確監視
新型反潛探測裝備部署機動靈活,在集群技術和自主技術的支援下,美海軍將實現水下情報保障從固定、局域監視為主,向大範圍機動監視轉變,並能夠提供更加精確、持久的情報資訊。包括在近海海域有針對性地探測情報資訊、在公海形成大範圍監控區域、形成以潛艇為中心的探測網路,以及通過持續跟蹤的方式隨時掌握目標潛艇的位置資訊等。
海底預置裝備隱蔽性強,能對敵形成戰略威懾
海底預置裝備是美海軍構建未來水下非對稱優勢,實現戰略突襲最為典型的一類裝備,部署後,難以探測和破壞。可在敵近海和遠海要點預置攻擊型無人機、無人潛航器、導彈等,實現戰前“按需”隱蔽部署,構築探測網路,埋伏突襲力量,針對敵方陸地、空中、海上和水下目標,執行探測、打擊等任務。
DARPA先後開展了“分散式敏捷反潛系統”和“反潛戰持續跟蹤無人艇”兩個重點項目,研究驗證利用水下和水面無人系統進行反潛作戰的方式。前一方案是利用數十個無人潛航器潛伏海底組成網路,向上仰視監測大面積海域。這個方案首創了自下而上探潛的模式,可以克服海面、海底散射對聲探測的不利影響。理論上,潛伏在水下6千米的無人潛航器網路能夠監視18萬平方公里水域內敵方潛艇的活動。該項目於2010年啟動,2013年完成大潛深試驗,2016年完成組網海試。後一方案旨在利用無人水面艇貼身跟蹤目標潛艇。DARPA委託美國科學應用國際公司研製一型三體無人艇進行概念和技術驗證,艇長40米,最大航速27節,可對敵方潛艇進行長達70天的持續跟蹤,首創持續貼身跟蹤的反潛模式;該艇2010年開始研發,2016年6月首艇“海上獵人”號完成航速、機動性、穩定性等性能的海上試驗,預計2018年服役,此後可能將批量建造。
美海軍研究辦公室2007年啟動“深海主動探測系統”研發專案,旨在研發一套無人值守探測系統,通過水面艦布放,一套系統可探測近1萬平方千米的海域,多套系統組網,可實現更大範圍的探測。2009年,系統完成樣機海試,2011年完成升級型海試。
液力機器人和波音公司聯合開展了“自主無人水面艇”專案,目標是用滑翔式無人艇,將波浪的上下起伏轉化為前進的動力,實現超長續航力。艇上搭載先進感測器,能有效探測安靜型常規潛艇和無人潛航器。應用設想是:與P-8A反潛巡邏機協同探潛,或由多個水面艇組網探潛。在2015年完成與P-8A反潛機的聯合應用試驗;2016年“無人戰士”演習期間,完成4艘無人艇的組網探潛試驗。
採用潛布系統,形成新型水下集群作戰能力
潛布系統以潛艇為母艇,布放後前出執行情報監視偵察和打擊任務,美海軍將其視為延伸潛艇“手眼”、擴大潛艇控制範圍、保護潛艇安全的有效手段。目前發展的主要潛布系統包括“近海水下持久監視網”、大排水量無人潛航器、“藍鰭-21”無人潛航器等。
“近海水下持久監視網”是美海軍研究辦公室的專案。該方案利用核潛艇搭載和布放固定式水聽器陣、多種無人潛航器,確保眾多裝備各司其職,形成作戰集群,對1萬平方公里水域內的常規潛艇進行數月乃至數年的探測、識別、定位、跟蹤。2005年開始樣機研發,2012年完成樣機研發,2013年完成樣機海試,現在正處於艦隊轉化階段。
大排水量無人潛航器也是美海軍研究辦公室的專案。該方案旨在研發長13.5米、排水量10噸、續航力超過120天的察打一體化無人潛航器,搭載聲學感測器組網探測潛艇,可發射輕型魚雷攻潛,還可搭載和布放多個小型無人潛航器。2015年4月,美海軍研究辦公室首次展出大排水量無人潛航器樣機,8月通過低風險評審,按計劃2017年服役。
2016年“海軍技術演習”中,金槍魚機器人公司研發的“藍鰭-21”和“沙鯊”無人潛航器、航空環境公司研發的“黑翼”無人機參與其中。演習中,潛艇發射了一個“藍鰭-21”無人潛航器,“藍鰭-21”再釋放兩個微型“沙鯊”無人潛航器和一架“黑翼”無人機,執行情報、監視與偵察任務。演習中,由“黑翼”無人機完成潛艇與“沙鯊”間的通信中繼,實現水下和水面的跨域通信和指控。
發展新型補給和導航技術,提高持續作戰能力
為彌補水下平臺續航力的不足並減少對GPS的依賴,DARPA於2016年5月啟動了“深海定位導航系統”專案,方案是通過在深海中布放可連續高精度定位的聲源,使潛艇、無人潛航器等獲得連續高精度的導航資訊,無需定期上浮修正累積誤差。此前,在美國海軍研究辦公室的支持下,波特羅公司開展了“無人潛航器水下母港”研究工作,研發對無人潛航器進行無線資料中繼和充電的技術。方案是布放數個“無人潛航器水下母港”,對無人潛航器進行補給,提高其持續作戰能力。2007年開始研製該技術,2011年技術成熟度達到7級,2015年充電功率達到1700瓦。
發展變革性海底預置裝備,控制關鍵海區
海底預置裝備是一種全新的水下裝備,可以替代潛艇提前部署在關鍵海區的海底,長期待機。DARPA於2013年設立了“深海浮沉有效載荷”和“海德拉”兩種預置裝備研發專案。前者通過水面艦艇布放,預置在深海,由運載器、有效載荷、通信系統等組成,可在4千米深海中待機5年,需要時遠端喚醒,快速釋放無人機、感測器、導彈等載荷,執行情報監視偵察和打擊任務。2016年6月完成運載器測試,按計劃2017年完成第三階段研製。後者預置在近海,可搭載數個小型無人機和無人潛航器,由水面艦、潛艇、飛機投放,在水下待機數月,需要時喚醒,自主指揮負載執行反潛任務,預計2018年完成試驗驗證。
逐步構建水下戰新技術發展體系,奪取未來水下作戰優勢
為滿足水下戰需求,創新水下戰能力,美海軍從2010年起制定水下戰科學技術專項戰略。2016年9月,美海軍發佈新版《水下戰科學和技術戰略》,確定了“水下機動戰”、“水下精確導航”、“確保海戰場進入”、“水下自主系統”、“資訊優勢和網路空間”等十個領域,作為水下戰技術發展的重點。其中,前兩個技術領域是根據水下作戰新特點而增加的,目的是提高前沿對抗環境中的水下優勢作戰能力。美國防部正在深化論證的“長期研發計畫”明確將水下戰作為推進顛覆性技術發展的重點領域,屆時可能會提出新的技術發展思路和重點方向。
▲美國防部將水下戰能力確立為重點關注領域之一，目前已納入“第三次抵消戰略”初步確定的六大顛覆性能力之列
前景展望
美海軍反潛裝備體系構成將發生結構性變革
目前美軍反潛裝備主要包括海洋監視衛星、固定翼反潛巡邏機、反潛直升機、水面艦艇、核潛艇、水下固定式聲納陣等。正在發展的新型反潛探測裝備部署後,反潛裝備體系構成將發生重大變革:空中將增加反潛無人機,水面將增加反潛無人艇,水下將增加海底預置裝備、潛艇布放水下作戰群、其他平臺布放的水下探測網等新型裝備。
新型反潛探測裝備機動能力強,可實現大範圍精確監視
新型反潛探測裝備部署機動靈活,在集群技術和自主技術的支援下,美海軍將實現水下情報保障從固定、局域監視為主,向大範圍機動監視轉變,並能夠提供更加精確、持久的情報資訊。包括在近海海域有針對性地探測情報資訊、在公海形成大範圍監控區域、形成以潛艇為中心的探測網路,以及通過持續跟蹤的方式隨時掌握目標潛艇的位置資訊等。
海底預置裝備隱蔽性強,能對敵形成戰略威懾
海底預置裝備是美海軍構建未來水下非對稱優勢,實現戰略突襲最為典型的一類裝備,部署後,難以探測和破壞。可在敵近海和遠海要點預置攻擊型無人機、無人潛航器、導彈等,實現戰前“按需”隱蔽部署,構築探測網路,埋伏突襲力量,針對敵方陸地、空中、海上和水下目標,執行探測、打擊等任務。