军事技术▏国外水下预置无人作战装备研究
一、引言
随着装备向智能化、信息化方向发展步伐的加快，以无人系统技术为主导的智能机器人、无人机、无人艇、水下无人潜航器等无人装备将逐渐成为未来战场的主角。2007～2013 年间，美国国防部(DoD)先后发布了4版《无人系统(一体化)路线图》，将天、空、海、陆各类无人系统集成在统一的发展规划中。此后，美国于2016年发布了《2025年自主水下航行器需求》，报告对水下无人航行器的作战使命、当前作战任务、未来任务挑战、后续发展规划进行了阐述，并提出了海床战、反AUV战等新兴作战概念，旨在通过无人航行器的系列发展，构建新型完整的水下无人作战体系。
图1 美军水下作战体系
水下作战体系复杂庞大，主要由水下预警监视系统、指挥通信系统、攻防作战系统、综合保障系统等构成。水下攻防系统由各类潜艇、无人潜航器、跨介质无人飞行器、水下预置无人作战系统等组成。其中，水下预置无人作战系统是指将无人机、各类导弹、鱼雷等作战装备预先放置于大陆架、岛链等敏感海域并进行长时间潜伏，可通过远程手段激活后执行侦察、打击、航路封锁等任务，是一种新型的水下攻击武器装备。
图2 水下无人作战系统作战示意图
二、国外水下预置无人作战
装备发展现状
⒈美国“沉浮载荷”计划
2013年美国DARPA公布了名为沉浮载荷( Upward Falling Payloads，简称UFPs)计划，旨在研发一种可在大洋下长时间潜伏的无人分布式作战系统。系统组成包含有效载荷、远程通信装置、浮筒发射装置等，有效载荷包括低功率的激光攻击系统、监视传感器、甚至是作为诱饵或提供情报和目标信息的无人机和潜航器等。在项目第一阶段的设计中，DARPA资助了包含深海远程通信、深海耐压容器设计、深海载荷释放发射等十多项研究。在后续的研究中，将通过制造原理样机验证深海水下各载荷之间的通信技术、耐压耐腐蚀壳体设计技术、多种载荷发射技术等。在UFPs项目资助下，美国约翰·霍普金斯大学应用物理实验室(APL)已研制耐腐蚀且隐蔽性较高的无人机，目前原型系统已完成开发和测试，其特点是能在深海停留和启动，不需要任何结构性金属部件和机械加工面，而且成本低，可用于高风险作战。
图3 美国沉浮载荷计划
⒉俄罗斯赛艇导弹
2013年5月，俄罗斯在白海进行了水下固定弹道导弹的发射试验，这种代号为赛艇的导弹可装在集存储、运输和发射于一体的特殊储运发射箱中，可以保护导弹免受过大的压力和免遭海水腐蚀，能保证其与指挥所通信畅通，同时由小型潜艇秘密运送至海底布设并长期隐蔽待命，待接到激活指令后，再从海底发射升空执行攻击任务，随时对洲际目标实施战略打击。目前，俄罗斯马克耶夫国家导弹中心只向媒体证实了其正在按照相关性能指标生产赛艇弹道导弹，但没有透露细节，相关文章分析指出赛艇导弹是属于俄P-29ＲM 轻舟潜射弹道导弹系列，其性能指标如图4(右)所示。
图4 俄罗斯赛艇导弹计划(左)和同系列型号导弹战术技术指标(右)
⒊印度水下预置导弹
潜射弹道导弹和核潜艇是印度完成核武器试验后就一直追求的目标，然而海基潜射核力量涉及技术最复杂、建设困难大，所以印度的核潜艇和潜射导弹的发展也并非一帆风顺。2001 年，印度研发出代号“78工程”预置导弹发射平台，并于2008年2月利用“78工程”试射了“海洋”弹道导弹。由于印度国产核潜艇“歼敌者”距离正式形成战斗力还需一段时间，所以其对“水下预置武器”设想充满热情，不排除其退而求其次，选择水下预置导弹发射平台作为完善自身核打击体系的“第二道路”。
可以看出，虽然世界各主要国家发展水下预置的无人作战装备的原因和路线大相径庭，但均试图发展水下预置无人作战装备完善自身水下作战体系，同时抵消潜在对手水下作战能力。
图5 印度试射K-15潜射导弹
三、水下预置无人作战装备的特点
水下预置无人作战系统相比于无人潜航器、潜艇等水下装备，具有以下特点。
⒈潜伏时间长，随时唤醒
根据不同的作战需求，水下预置的无人作战系统需在水下潜伏数月甚至数年。同时，在接收到作战指令后具备快速被唤醒、随时执行任务的能力。
⒉目标特性小，隐蔽性强
水下预置无人作战系统外形小，处于静止状态，同时海底环境复杂，其混杂在礁岩和海底沉积物中将难以被传统声纳探测装置进行定位和识别；此外，水下无人作战装备依靠被动信号接受装置接收远程遥控指令，不会主动发射电磁波信息，其自身目标特性较小，更加增加了被探测的难度。
⒊载荷复杂多样，功能齐备
水下预置的无人作战系统不仅可携带无人机、无人潜航器、水下通信装置执行侦察、通信、数据中继等任务，还可携带各类导弹、鱼雷等执行对陆打击、反舰、防空、反潜等战术级任务，甚至可发射洲际弹道导弹，执行核反击任务。
⒋系统可靠性高，无需维护
水下预置无人作战系统由潜艇、舰船部署至目标海域后进行二次维护会增加系统暴露风险，降低武器系统的隐蔽性，同时由于部署海域一般为海底，其维护的成本也较高，所以要求整个武器系统具有较高的可靠性。
四、水下预置无人作战装备发展面临的问题
⒈海底和大洋深处部署作战装备类型受国际条约严格限制
1972年生效的《禁止在海底和大洋深处部署核武器和其他大规模杀伤性武器》条约( 目前已有94个国家签署)规定，禁止在海岸线12海里外的公海海底放置核武器或大规模杀伤性武器，所以部署在水下无人作战装备的行为和装备的类型受到严格的限制。携带核弹头的俄赛艇洲际弹道导弹只能部署在内陆湖泊、近海大陆架或内海上，其原有的威慑效果将大大的降低。
图6 水下核试验
⒉大水深耐压密封壳体
潜水器耐压壳结构主要用于承受深水压力，从而为内部的电子元器件装置、仪器设备提供合适的环境，并保护它们不会因海水压力和腐蚀而受到损害，要求耐压壳体具有足够的强度和可靠的密封性。目前，美国深海沉浮载荷水下贮存深度最大可达4000m，水下装备能否承受深水高压的影响将直接决定装备是否可正常使用。
图7 美国沉浮载荷计划耐压容器实物
⒊海底地形地貌复杂多变
海底地貌可以分为大陆边缘、深海洋底和大洋中脊，不同海域的海底地貌表现形式也不尽相同，且随着洋流、地震、海底火山、海底热泉、黑烟囱等因素影响时刻变化。在海洋部署预置无人作战系统需对部署海域的地形、地貌进行充分的调查研究。
图8 海底地貌立体示意图
⒋海水腐蚀和微生物污损
海水包含氯化钠以及钾、溴、碘等元素的盐类，同时海水中溶解有氧气、氮气、二氧化碳等气体，极易引起碳钢、低合金钢等金属结构的腐蚀。另外，海水中含有丰富的氧微量元素和营养盐类等，为海洋生物的生存和繁殖提供了必要的条件，而海洋生物的存在则会影响金属材料的腐蚀行为与机制。水下预置无人作战装备需通过新材料研究、微生物控制等手段解决装备在海水全浸区和海底泥土区长时间贮存的海洋环境腐蚀和污损问题。
⒌海底沉积物影响
海底边界层沉积物再悬浮是发生在海岸、大陆架海区中一种非常重要的物理过程。波浪、海流等海洋动力作用，底栖生物扰动作用，人类海洋活动过程以及沉积物自身特性等都对沉积物再悬浮过程有着重要的影响。海底边界层沉积物会对预置无人作战装备的水下动稳定性、设备外部动载荷造成直接的影响。
⒍深海通讯问题
预置的无人作战系统需接收激活信号后执行攻击任务，但海水介质是非均匀且有损的，对声能的吸收和声传播的扩展效应会造成声信号的衰减和畸变，同时海水信道的温度梯度，以及存在各种漂浮物和颗粒、波浪、海底粗糙不平、海水介质起伏等因素都会给预置无人作战系统的信号接收带来较大的影响。
五、水下预置无人作战系统发展趋势
⒈长时间带动力航行
水下预置无人作战系统大多采用无动力静态部署形式，其机动能力和控制区域有限，执行任务灵活性较差。美国目前正在实施的“长蛇座”水下计划则自身具备动力，能在水下自由转移，执行侦察、攻击任务。所以水下预置无人作战系统朝着无人潜航器的方向发展，具备动力航行、游弋、跟踪能力。
图9 美国“长蛇座”计划无人潜航器
⒉无人自主决策攻击
自主决策对于无人作战系统有着重要意义，努力提高智能化程度和自适应能力，具有容错、故障诊断和排除功能，改善系统的安全性和可靠性，是未来无人水下航行体发展的必然趋势。随着人工智能技术、计算机技术的飞速发展，新型预置无人作战系统应具有足够高的智能化程度，能有效地探测和识别目标，能够和环境发生交互作用，增加航行体对场景感知的水平，以便顺利完成各项复杂任务，真正成为海中幽灵杀手。
⒊水下无线通信技术
要完成水下目标之间、水下目标与水面目标之间的双向通信，水声通信是当前唯一可以选择的通信形式，但是水声通信传输速度慢，采用声学无线通信技术无法满足实际应用需求。水下无线光通信是使用波长为450～700nm的蓝绿光作为信息载体的通信方式，相比水声通信，水下无线光通信的优点是数据传输速率更高，保密性更强，受海洋环境影响更小并且设备体积小、质量轻，能耗小、成本低。十分适合水下无人作战这样的体积小，能源有限的无人水下平台。
六、结束语
本文介绍了国外水下预置无人作战装备的研究进展，分析了装备特点和发展所遇到的问题，并对未来水下无人作战装备的发展趋势作了简要分析。研究表明，水下预置无人作战装备潜伏时间长、隐蔽性好、载荷复杂多样等特点将使其成为水下无人作战系统的重要组成部分，可执行海洋国境巡查、无人岛礁值守、海洋航线封控等多种任务。
但同时可以看出，水下预置无人作战装备发展同样面临巨大的困难和挑战，相关部门需主动牵引科研单位进行防海洋微生物腐蚀技术、大水深无线通信技术、大深度贮存技术、系统集成和高可靠运行等关键技术攻关，推动水下预置无人作战装备的发展，助力水下无人作战体系的构建和完善。
图10 “深海沉浮载荷”概念图
【作者简介】文/袁亚 张木 李翔 赵晓宁 杨帆，中国运载火箭技术研究院，第一作者袁亚，工程师；本文来自《战术导弹技术》（2018年1期），参考文献略，用于学习与交流，版权归作者及出版社共同拥有。
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