美国水下战发展新思路
来源： 现代军事，作者：王晓静 朱鹏飞等
2016年,美国防高级研究计划局(DARPA)、海军研究办公室(ONR)等研发的“分布式敏捷反潜系统”、“反潜战持续跟踪无人艇”、“深海浮沉有效载荷”等多个颠覆性反潜装备项目取得重大进展。这些项目是美国近些年推进新型水下战技术发展成果的一部分。近年来,美海军积极与DARPA开展合作,探索构建以广域反潜探测、潜艇无人协同、水下保障、海底预置等为代表的新型装备体系,创新理念和技术成果频现,可能会对未来水下战装备构成和作战模式产生重大影响。
▲“海上猎人”最大航速27节，可对敌方潜艇进行长达70天的持续跟踪
发展背景
受浪、流、温、海底地貌等影响,水下声波探测和通信距离、精度、可靠性受到极大影响,客观上使得水下难以实现“透明化”,从而也就成为美海军不能完全掌控的作战空间。而随着潜艇主、被动降噪技术的广泛应用,先进的安静型潜艇在低速航行时,辐射噪声接近甚至低于海洋环境噪声水平,被美海军视为巨大的威胁。为此,本世纪以来,美海军将发展新型水下战能力作为装备建设重点,开启了水下战概念和手段的创新之路。
同时,装备建设经费投入不足也是促进美海军水下战能力创新的另一个重要原因。美海军一贯依托其先进而庞大的攻击型核潜艇部队控制全球关键海域和要点海峡。冷战结束后的前五年,美海军攻击型核潜艇总规模保持在大约90艘的水平,之后,由于建造和运行经费不足,这一规模一路下滑,本世纪初降到55艘的水平。此后几年,美海军试图将55艘作为其攻击型核潜艇长期保有的底线目标,认为低于这个水平,就难以有效承担水下战使命。但是,由于作为水下战主力的“洛杉矶”级核潜艇进入批量退役期,替代艇“弗吉尼亚”级受制于经费不足,建造速度难以加快,从2006年起,美海军将攻击型核潜艇保有底线调减为48艘,并一直延续至今。目前,美海军现役攻击型核潜艇虽仍有52艘,但根据造舰计划安排,2022年预计会降到48艘这个底线,2025～2036年的12年间将低于这个水平,最低时将降到接近40艘。面对这种情况,美海军认为,按照传统水下战能力建设方式,不仅无法解决核潜艇规模存在缺口这一问题,而且这一缺口还会继续扩大,必须寻求新的途径,建立全新的水下优势。为此,美海军2011年发布《水下战纲要》,强调必须用其他装备部分替代核潜艇执行水下战任务,随后加大了新型水下战能力的方案论证和装备技术研发验证。
美海军新型水下战能力的建设思路得到国防部的认可,在2014年启动“第三次抵消战略”后,美国防部立即将水下战能力确立为重点关注领域之一,目前已纳入“第三次抵消战略”初步确定的六大颠覆性能力之列。
▲“蓝鳍-21”自主水下无人潜航器根据任务形式不同可搭载不同的载荷,如情报、监视和侦察传感器，可增强海上网络通信能力的通信节点
主要成就
研发新型水下战装备和技术,难度极高,必须依靠创新的思维和颠覆性技术,才能取得突破;同时,发展新型水下战能力,直接关系到美国对全球海洋的控制力。基于这两个原因,DARPA成为水下战装备技术创新的主力,主管美海军基础科技工作的海军研究办公室也开展了大量研究工作,一些企业也参与其中,近两年以较快的频次推出一批创新成果。
通过多种创新方式,实现对潜艇的大范围跟踪探测
由于无人系统适用海域广,美海军将之作为弥补潜艇规模不足、研发新型水下战能力的首选,开展多个项目以实现水下大范围的跟踪探测能力。
DARPA先后开展了“分布式敏捷反潜系统”和“反潜战持续跟踪无人艇”两个重点项目,研究验证利用水下和水面无人系统进行反潜作战的方式。前一方案是利用数十个无人潜航器潜伏海底组成网络,向上仰视监测大面积海域。这个方案首创了自下而上探潜的模式,可以克服海面、海底散射对声探测的不利影响。理论上,潜伏在水下6千米的无人潜航器网络能够监视18万平方公里水域内敌方潜艇的活动。该项目于2010年启动,2013年完成大潜深试验,2016年完成组网海试。后一方案旨在利用无人水面艇贴身跟踪目标潜艇。DARPA委托美国科学应用国际公司研制一型三体无人艇进行概念和技术验证,艇长40米,最大航速27节,可对敌方潜艇进行长达70天的持续跟踪,首创持续贴身跟踪的反潜模式;该艇2010年开始研发,2016年6月首艇“海上猎人”号完成航速、机动性、稳定性等性能的海上试验,预计2018年服役,此后可能将批量建造。
美海军研究办公室2007年启动“深海主动探测系统”研发项目,旨在研发一套无人值守探测系统,通过水面舰布放,一套系统可探测近1万平方千米的海域,多套系统组网,可实现更大范围的探测。2009年,系统完成样机海试,2011年完成升级型海试。
液力机器人和波音公司联合开展了“自主无人水面艇”项目,目标是用滑翔式无人艇,将波浪的上下起伏转化为前进的动力,实现超长续航力。艇上搭载先进传感器,能有效探测安静型常规潜艇和无人潜航器。应用设想是:与P-8A反潜巡逻机协同探潜,或由多个水面艇组网探潜。在2015年完成与P-8A反潜机的联合应用试验;2016年“无人战士”演习期间,完成4艘无人艇的组网探潜试验。
采用潜布系统,形成新型水下集群作战能力
潜布系统以潜艇为母艇,布放后前出执行情报监视侦察和打击任务,美海军将其视为延伸潜艇“手眼”、扩大潜艇控制范围、保护潜艇安全的有效手段。目前发展的主要潜布系统包括“近海水下持久监视网”、大排水量无人潜航器、“蓝鳍-21”无人潜航器等。
“近海水下持久监视网”是美海军研究办公室的项目。该方案利用核潜艇搭载和布放固定式水听器阵、多种无人潜航器,确保众多装备各司其职,形成作战集群,对1万平方公里水域内的常规潜艇进行数月乃至数年的探测、识别、定位、跟踪。2005年开始样机研发,2012年完成样机研发,2013年完成样机海试,现在正处于舰队转化阶段。
大排水量无人潜航器也是美海军研究办公室的项目。该方案旨在研发长13.5米、排水量10吨、续航力超过120天的察打一体化无人潜航器,搭载声学传感器组网探测潜艇,可发射轻型鱼雷攻潜,还可搭载和布放多个小型无人潜航器。2015年4月,美海军研究办公室首次展出大排水量无人潜航器样机,8月通过低风险评审,按计划2017年服役。
2016年“海军技术演习”中,金枪鱼机器人公司研发的“蓝鳍-21”和“沙鲨”无人潜航器、航空环境公司研发的“黑翼”无人机参与其中。演习中,潜艇发射了一个“蓝鳍-21”无人潜航器,“蓝鳍-21”再释放两个微型“沙鲨”无人潜航器和一架“黑翼”无人机,执行情报、监视与侦察任务。演习中,由“黑翼”无人机完成潜艇与“沙鲨”间的通信中继,实现水下和水面的跨域通信和指控。
发展新型补给和导航技术,提高持续作战能力
为弥补水下平台续航力的不足并减少对GPS的依赖,DARPA于2016年5月启动了“深海定位导航系统”项目,方案是通过在深海中布放可连续高精度定位的声源,使潜艇、无人潜航器等获得连续高精度的导航信息,无需定期上浮修正累积误差。此前,在美国海军研究办公室的支持下,波特罗公司开展了“无人潜航器水下母港”研究工作,研发对无人潜航器进行无线数据中继和充电的技术。方案是布放数个“无人潜航器水下母港”,对无人潜航器进行补给,提高其持续作战能力。2007年开始研制该技术,2011年技术成熟度达到7级,2015年充电功率达到1700瓦。
发展变革性海底预置装备,控制关键海区
海底预置装备是一种全新的水下装备,可以替代潜艇提前部署在关键海区的海底,长期待机。DARPA于2013年设立了“深海浮沉有效载荷”和“海德拉”两种预置装备研发项目。前者通过水面舰艇布放,预置在深海,由运载器、有效载荷、通信系统等组成,可在4千米深海中待机5年,需要时远程唤醒,快速释放无人机、传感器、导弹等载荷,执行情报监视侦察和打击任务。2016年6月完成运载器测试,按计划2017年完成第三阶段研制。后者预置在近海,可搭载数个小型无人机和无人潜航器,由水面舰、潜艇、飞机投放,在水下待机数月,需要时唤醒,自主指挥负载执行反潜任务,预计2018年完成试验验证。
逐步构建水下战新技术发展体系,夺取未来水下作战优势
为满足水下战需求,创新水下战能力,美海军从2010年起制定水下战科学技术专项战略。2016年9月,美海军发布新版《水下战科学和技术战略》,确定了“水下机动战”、“水下精确导航”、“确保海战场进入”、“水下自主系统”、“信息优势和网络空间”等十个领域,作为水下战技术发展的重点。其中,前两个技术领域是根据水下作战新特点而增加的,目的是提高前沿对抗环境中的水下优势作战能力。美国防部正在深化论证的“长期研发计划”明确将水下战作为推进颠覆性技术发展的重点领域,届时可能会提出新的技术发展思路和重点方向。
▲美国防部将水下战能力确立为重点关注领域之一，目前已纳入“第三次抵消战略”初步确定的六大颠覆性能力之列
前景展望
美海军反潜装备体系构成将发生结构性变革
目前美军反潜装备主要包括海洋监视卫星、固定翼反潜巡逻机、反潜直升机、水面舰艇、核潜艇、水下固定式声纳阵等。正在发展的新型反潜探测装备部署后,反潜装备体系构成将发生重大变革:空中将增加反潜无人机,水面将增加反潜无人艇,水下将增加海底预置装备、潜艇布放水下作战群、其他平台布放的水下探测网等新型装备。
新型反潜探测装备机动能力强,可实现大范围精确监视
新型反潜探测装备部署机动灵活,在集群技术和自主技术的支持下,美海军将实现水下情报保障从固定、局域监视为主,向大范围机动监视转变,并能够提供更加精确、持久的情报信息。包括在近海海域有针对性地探测情报信息、在公海形成大范围监控区域、形成以潜艇为中心的探测网络,以及通过持续跟踪的方式随时掌握目标潜艇的位置信息等。
海底预置装备隐蔽性强,能对敌形成战略威慑
海底预置装备是美海军构建未来水下非对称优势,实现战略突袭最为典型的一类装备,部署后,难以探测和破坏。可在敌近海和远海要点预置攻击型无人机、无人潜航器、导弹等,实现战前“按需”隐蔽部署,构筑探测网络,埋伏突袭力量,针对敌方陆地、空中、海上和水下目标,执行探测、打击等任务。
一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看： |
创新发展：习近平 | 创新中国 | 创新创业 | 科技体制改革 | 科技创新政策 | 协同创新 | 成果转化 | 新科技革命 | 基础研究 | 产学研 | 供给侧 |
热点专题：军民融合 | 民参军 | 工业4.0 | 商业航天 | 智库 | 国家重点研发计划 | 基金 | 装备采办 | 博士 | 摩尔定律 | 诺贝尔奖 | 国家实验室 | 国防工业 | 十三五 | 创新教育 | 军工百强 | 试验鉴定 | 影响因子 | 双一流 | 净评估 |
预见未来：预见2016 | 预见2020 | 预见2025 | 预见2030 | 预见2035 | 预见2045 | 预见2050 | |
前沿科技：颠覆性技术 | 生物 | 仿生 | 脑科学 | 精准医学 | 基因 | 基因编辑 | 虚拟现实 | 增强现实 | 纳米 | 人工智能 | 机器人 | 3D打印 | 4D打印 | 太赫兹 | 云计算 | 物联网 | 互联网+ | 大数据 | 石墨烯 | 能源 | 电池 | 量子 | 超材料 | 超级计算机 | 卫星 | 北斗 | 智能制造 | 不依赖GPS导航 | 通信 | MIT技术评论 | 航空发动机 | 可穿戴 | 氮化镓 | 隐身 | 半导体 | 脑机接口 |
先进武器：中国武器 | 无人机 | 轰炸机 | 预警机 | 运输机 | 战斗机 | 六代机 | 网络武器 | 激光武器 | 电磁炮 | 高超声速武器 | 反无人机 | 防空反导 | 潜航器 | |
未来战争：未来战争 | 抵消战略 | 水下战 | 网络空间战 | 分布式杀伤 | 无人机蜂群 | 太空站 |反卫星 |
领先国家：俄罗斯 | 英国 | 日本 | 以色列 | 印度 |
前沿机构：战略能力办公室 | DARPA | Gartner | 硅谷 | 谷歌 | 华为 | 俄先期研究基金会 | 军工百强 |
前沿人物：钱学森 | 马斯克 | 凯文凯利 | 任正非 | 马云 | 奥巴马 | 特朗普 |
专家专栏：黄志澄 | 许得君 | 施一公 | 王喜文 | 贺飞 | 李萍 | 刘锋 | 王煜全 | 易本胜 | 李德毅 | 游光荣 | 刘亚威 | 赵文银 | 廖孟豪 | 谭铁牛 | 于川信 | 邬贺铨 | |
全文收录：2016文章全收录 | 2015文章全收录 | 2014文章全收录 |
其他主题系列陆续整理中，敬请期待…… |