【原创】无人系统在美国海军中的作战应用

From plus评论员学术plus 2019-03-28

编者按

随着远程反舰导弹技术的不断发展，集中大批高价值目标的以航空母舰作战群为代表的海上集中式编队正受到越来越大的威胁。从目标价值上看，装备相对廉价的先进制导导弹的进攻方整体耗费远低于美军舰艇编队，从而具备了非对称优势。针对这种技术发展趋势，美国海军正逐渐改变自身的战术，将在多个作战领域应用无人系统，实现分布式无人作战，增强综合战斗能力，提高效费比。而随着人工智能技术和导航技术的进步，无人系统的功能也更加全面，可执行侦察、探测、干扰、打击、评估等一系列作战任务，在军事应用领域中的地位愈加重要，未来将在海上战场上承担越来越重要的作战任务。

无人系统在美国海军中的作战应用研究

作者：plus评论员张昊

一、无人作战系统简介

海用无人系统主要包括无人作战飞机、无人舰以及无人艇等，从功能上涉及情报监视侦察、反水雷、反潜战、探察与识别、海洋调查、通信/导航节点、设备运送、信息作战和时敏打击等多种任务。

（1）无人飞行器项目

美国海军非常重视在舰载无人飞行器方面的研究工作，其开发的主要目标为具备ISR能力（情报、监视和侦察）、自主控制、有效打击和空中加油能力的一系列无人机系统。但是，美军项目发展过程并非一成不变，而是根据自身作战需求和预算平衡方面的考虑，对开展的项目进行调整。下面将对美海军开展的无人飞行器典型研究项目和装备进行简述。

UCLASS项目

UCLASS“舰载无人空中侦察和打击系统”项目是美国海军于2010年开展的一项研究计划，计划研制一种可完成空中侦察和打击任务的舰载无人作战系统。针对该计划，诺斯罗普·格鲁曼公司提出了X-47B无人攻击机概念，这是一款具备低可探测性的无尾翼舰载无人空战系统，从该概念的提出就引起了世界各国的密切关注。该机型其初始设计目标是全身全频谱隐身特性，即宽带、全向的低可探测性，同时还应具备较强的ISR能力。

但美军于2016年对UCLASS项目进行了调整，美国将开展“舰载无人空中加油系统（CBARS）”项目，其定位为舰载无人加油机，代号为MQ-25“黄貂鱼”无人机，同时海军也明确要求其应具备执行情报、侦察和监视任务的能力。根据美国海军于2017年10月公布的MQ-25的招标文件，其储油量可达6.8吨左右，将会使得美舰载机战斗群作战半径延伸560至740千米，使航母作战群作战范围达到1300千米。波音、洛马和通用原子航空公司参与了竞标活动，目前波音公司已经公布了其原型方案。

UCLASS方案的调整可能是由于多方面原因导致的：1. X-47B无人机集合了众多先进技术，这意味着其单价必然不菲，对美国防预算造成了不小的压力；2. 无人战斗机的研制涉及到目标探测、识别、锁定、打击、评估等多方面的技术需求，同时其战斗机性质将对飞机敏捷性、自主控制性提出了更高的要求，增大了技术难度；3. MQ-25项目可应用X-47B等项目的相关技术，缩短了研制周期，在降低技术难度的同时，MQ-25的快速研制服役还可为舰载大型固定翼无人机的使用积累更多的经验，有利于无人作战系统的进一步研发进步。

TERN“战术侦察节点”项目

TERN“战术侦察节点”项目是美国预先研究计划局（DARPA）和海军研究办公室（ONR）联合开展的研究项目，其目标是研发可从前沿部署小型舰艇的甲板上发射与着陆的飞机，以提供远程情报、监视与侦察能力及其它能力。

TERN无人飞行器ISR载荷约为600磅左右，其作战范围可达900海里，飞行高度为10~25000英尺，根据设计要求，TERN系统应具备以下四种技术能力：1. 垂直发射/回收能力；2. 情报、监视、侦察（ISR）能力以及电子战和轻当量攻击能力；3. 具备昼夜、各种天气情况下行动的能力；4. 具备电子战/通讯节点功能。

根据招标文件，TERN项目可分为三个研制阶段。TERN项目前两个阶段的研发重点在于系统的初步设计和风险降低，并对各种先进技术能力进行整合，以创新方式实现项目目标。而第三个阶段合同目前已被授予诺格公司，该公司将开始建造全规格尺寸的演示原型机并进行海上试飞。据称该无人机起飞时采用直升机起降方式，然后切换至机翼飞行，在完成任务后，无人机返回舰艇，切换回垂直起降模式。

“火力侦察兵”无人机

“火力侦察兵 ”MQ-8无人机是美国诺斯罗普·格鲁曼公司为美国海军研制的舰载垂直起降战术无人机，用于执行侦查和瞄准任务。美海军希望该无人机平台能够成为一种多功能武器系统，以承担海上巡逻侦察、反潜、反舰及反水雷作战任务。

“火力侦察兵”无人机是一种低成本、高可靠性的作战系统，可依托海军战术控制系统软件（TCS）、数据链以及通讯中继能力来进行控制。该装备的基本型载荷包括光电/红外传感器和激光测距探测器等，可对发现、识别并跟踪敌方目标，能够为战舰等打击平台提供精准的目标信息，并可进行作战效果评估。从整个C4ISR体系来看，“火力侦察兵”无人机承担了通讯节点的功能，将会提高作战体系中其它平台的作战效率和适应性。

光电成像（上）与红外成像（下）效果图

从单装备作战能力上来看，该型无人机已经具备了较强的自主作战能力，主要体现在以下几点上：1.发射和回收阶段不需要操作人员在回路中进行控制；2.具备飞行中进行任务更新的能力；3.拓展飞行包络；4.对载船作战的影响最小化；5. 对维护支持人员要求最小化。下图展示了“火力侦察兵”无人机的作战概念图，展示了无人机与海军、陆军、海军陆战队之间进行实时数据共享、协同作战的能力，通过将无人系统前置侦察，将有人系统暴露在敌方火力下的时间最小化，在保障作战效率的同时，减小可能出现的人员伤亡。

火力侦察兵无人机已经出现了三种改型，最新型号为MQ-8C，相对于之前型号，其体积更大、续航能力更强（可达12小时）、载重量更大（可达2650磅），这意味着MQ-8C将能够携带更多传感器载荷。目前，MQ-8C传感器载荷还是以光电载荷为主，但据诺格公司称，未来将会在该机上装备海面探测雷达和COBRA水雷探测器，并将配备Link-16数据交换系统和飞行中目标更新能力。此外，在武备方面，美国海军已经将BAE公司的先进精确杀伤武器系统（激光制导火箭）整合到了MQ-8B中，并计划将其整合到MQ-8C上。

目前，美海军正在试验将MQ-8C无人机与西科斯基的MH-60R或MH-60S“海鹰”有人驾驶直升机进行“有人-无人战术协同”，使得这两个平台可实现优势互补：一个作为观察者，一个付诸于行动，其基本作战流程是：“火力侦察兵”出发并探测目标，实现跟踪识别，然后有人直升机与可水面目标交战。

（2）无人艇/潜航艇项目

美国在无人艇和无人潜航器方面近来有了长足的发展，这类系统具备无人化、低成本特点，适合进行前突布置作战，能够承担战术侦察、电子战、反潜战、水面战、水面防空以及岛礁防护等多元化任务。下面将针对几种美军近年来重点研发的项目进行详细介绍。

ACTUV无人水面艇项目

反潜艇追踪无人驾驶船（ACTUV）是由DARPA主持的一项重点无人水面艇项目，该工程的目的是研发一种无人操纵，一次可在海面数千平方公里范围内自动追踪敌方低噪声柴电潜艇的无人舰艇，其续航时间应在2~3个月。该项目重点关注无人驾驶、超长续航和自动跟踪搜索三方面功能，顺应了人工智能技术的应用潮流。该工程采用大量民用舰船技术，配备各种民用导航、定位技术，有效降低了生产成本，价格将控制在5000万美元以下。

第一艘ACTUV原型艇已于2016年1月下水，被命名为“海上猎人”号，采用三体船型，长40米，宽12.19米，重达140吨，可在5级海况下持续巡航。目前，DARPA已经在该原型艇上测试“空中拖曳式海军系统”（TALONS）样机，以提升ACTUV的探测能力。作为一种新型载荷，TALONS通过滑翔伞将传感器等有效载荷提升至300米的高度，具备低成本、大探测范围的优势。整个测试过程中，TALONS样机通过线缆与航行中的无人艇进行了通信测试，相对于传统的直接将传感器安装在无人艇上的方式，其传感器及射频设备的工作范围得到了大幅度拓展。TALONS作为TERN项目（见上文）的一部分，TALONS在ACTUV上的成功整合标志着DARPA跨项目协作的成功，同时为两个项目的鲁棒性和互操作性测试提供了机会。

分布式敏捷反潜项目（DASH）

DARPA开展的分布式敏捷反潜项目（DASH）旨在通过开发无人系统水下感知能力，来增强对敌方潜艇的探测能力，以扭转潜艇装备在海战中的非对称性优势。

DARPA认为，未来反潜可通过在开阔海面不同深度部署深海声呐节点以完成对潜艇的大范围探测监视任务。每个声呐节点将类似于太空中的卫星系统，以对水下进行有效探测。声呐节点具备低噪声、宽“视野”的特点，可对其数量进行拓展，构建协同探测平台网络，实现在大海域范围内对潜艇目标进行探测跟踪。而在广阔的浅层大陆架区域，项目将采用分布式移动传感器，但与上述不同，此时系统主要将应用非声学传感器对目标进行探测。

整个计划将开发两个原型样机系统，分别为转换可靠声学路径系统（TRAPS）和分先潜艇控制系统（SHARK）。其中TRAPS是一种固定式被动声呐节点，旨在通过利用深海底作业的优势实现大面积海域探测监视覆盖。该项目由科学应用国际公司（SAIC）进行研发，其设计部署深度为6千米，可收集探测经过潜艇的声学特征，并将其发射至水面节点上以进行数据传输；而SHARK系统则是一种新型水下无人潜航器，其设计目标为提供移动主动声呐平台，以便在初步探测到潜艇后方便对其跟踪。目前，SHARK系统已经完成海试，该型UUV长7米，重量在1.5吨左右，可下潜至水下600米的深度，航速为3.5节，将采用安装在艏部的远距离主动声纳和侧面的接收阵列进行探潜。在实战中，系统可接替多艇交互的方式进行轮流作战，或者由多个无人艇进行结构重组，形成类似栅栏的形状，对敌方潜艇进行探测。SHARK系统将使用声学调制解调器向水面无人艇和卫星发送数据，而无人水面艇作为通信中继节点，将数据发送至卫星和岸基设备。未来SHARK的作战形态将会将4~6个无人艇安置在一个集装箱中，由舰船运载，这样可在预定区域放置多个SHARK系统，提高作战效率。

大排水量无人潜航器LDUUV

LDUUV大排水量无人潜航器是美国海军研究办公室（ONR）于2011年开始研制测试的一款具备察打一体能力的大直径重型无人潜航器。该系统采用模块化设计，能够装备不同的传感器及作战模块，具备反潜、反水雷、侦察、跟踪、自主作战、智能打击多元化任务能力。LDUUV续航时间可达70天之久，满足长时间、大航程的任务需要。此外，潜航器具备较强的战场适应能力，在既可搭载于美国现役核潜艇、频海战斗舰平台，又可独立使用，其武器装备主要包括各种类型的导弹和反潜用的深水炸弹等，具备较强的火力投射能力。

LDUUV-INP原型机

美国海军研究办公室的LDUUV革新海军原型机（LDUUV innovative naval prototype, LDUUV-INP）于2015年进行了首次测试。整个项目的关键攻关技术包括电站、燃料与电池技术、水下避撞技术、水下数据传输网络等，将最大程度地提升其任务能力。ONR计划目前有4个原型机，最先制造出的两艘将被送至无人系统项目办公室，其中一个是空壳主要用于展览，另一个将被送至UUVron中队来增加作战经验。至于剩下的两艘原型机，ONR将继续对其应用软件和自主性进行研究，对其进行成熟化，最终在合适的节点将样机转交至无人海用系统项目办公室。

超大无人潜航器项目（XLUUV）

超大无人潜航器项目（XLUUV）是美国海军的重点关注项目，主要用于研发一种超大排水量长航程自主平台。与LDUUV项目类似，该项目也将采用模块化、开放式系统，可搭载不同载荷，能够完成多种任务。与其他无人潜航器不同，XLUUV将不会以各类潜艇和舰艇作为母舰，而是直接从码头出发进入焦点区域。其基本招标要求为：长度超过38米，容积高于9.2立方米，航程不低于2000海里。该系统可作为布雷艇深入数百公里进入敌方航道，也可在海战中作为诱饵，在己方潜艇发动攻击时引诱敌人。此外，其自身也具备侦察、跟踪、反水雷及反潜能力，可进行前置部署对海域进行战场警戒。

波音公司和洛马公司目前是该项目的主要竞标对象，海军于2017年10月分别给予洛马公司4320万美元，波音公司4230万美元的合同，用于对该项目系统的设计和技术数据交付工作。

波音公司的XLUUV方案将主要基于其研制的“Echo Voyager”新型无人潜航器，并将对其进行一系列改进以满足军方的要求。目前该系统已经在南加州达纳角港进行了短时间近岸测试，进行了离岸航行（少于1小时）。下表给出了Echo Voyager系统的具体参数，可由此对XLUVV性能参数进行初步参考。

重量	4.545吨
尺寸	5.6m×1.3m×1.3m
最大潜深	3000米
最大速度	14.5千米/时
最小速度	2.8千米/时
最适应航速	4.6~5.6千米/时
续航能力	28~150小时（取决于电池种类）

二、无人系统主要作战模式

目前DARPA针对海上无人作战系统已于2015年提出了跨域海上监视与瞄准项目(CDMaST)，将美军现有的集中式的战斗群模式转变为一种分布化、敏捷化作战模式，将作战系统分布在100万平方公里范围的海域内，降低系统的整体风险。这种模式把各种作战功能分散到各个低成本系统中，通过各种功能的有人/无人系统构建“系统之系统”体系，实现对水面敌方舰船和水下潜艇大面积、跨域（海下、海面和空中）进行监视和定位的能力，增强感知能力，有效实施打击。CDMaST项目目的是将分散化的有人/无人系统及各类传感器系统利用起来，使用较低成本获得最大化的作战效率，使得敌方作战耗费远高于己方，更加经济地达成作战目的。根据DARPA的项目构想，体系应具备大区域（可达100万平方公里）、分散化、跨域（海下、海面和空中）、自适应性及弹性的特点。DARPA给出了CDMaST项目概念图。

从上图可看出，系统之系统可应用于武器系统、移动无人系统、固定的无人值守系统（海底）和有人系统等。其中，移动无人系统包含无人无人机、无人艇、无人潜航器等装备；武器系统包括美军新型远程反舰导弹LRASM、重型鱼雷等；在固定无人值守系统方面，则包含海底部署的各类载荷、传感器等装置；在有人系统方面，则包括常规的舰船、潜艇、作战飞机等。整个CDMaST系统之系统架构将能够为不同类型装备提供通讯、能源、信息管理和定位/导航及授时（PNT）等服务，提升整体作战水平。DARPA认为，该项目应具备有效、可部署、成本低、持续性强以及自适应性等特性，满足未来海面作战的需求。

DARPA认为CDMaST项目的任务组成应覆盖杀伤链的每一环节，保证各环节高速、有效，提高打击性能。一条完整的杀伤链应包括发现（Detect）、识别（Classify）、定位（Localize）、跟踪（Target）、交战（Engage）、评估（Assess）六大任务单元。下图展示了杀伤链流程和完整杀伤链所需的CDMaST功能支撑图。

总体上看，CDMaST项目的目标不是开发某项技术，而是开发并演示新型海上系统之系统，即（SoS）作战概念。它将结合新型通信、作战管理、指挥控制、定位导航授时、后勤、传感器、有人/无人系统、武器等装备技术，全面提升空中、水面、水下目标探测、跟踪与打击能力。该项目主要优势包括三点：

无人系统大规模应用提升整体作战能力。美军目前在无人机、无人艇、无人潜航器方面目前已经有了大量的技术积累，随着人工智能等技术的不断发展，无人平台作战水平将不断进步，将会具备更加完善的探测、打击一体化能力。无人系统具备长时间待机值守能力，可布置在整个体系最前方执行前沿探测、打击任务，降低有人系统的危险性，通过与有人系统协同作战，有效提升己方感知、通信、指控、打击能力。
分布式部署大大提升有效作战范围。未来DARPA将会把各种有人、无人系统和海底预置系统整合集成为CDMaST分布式网络，相对于传统的作战方式，其探测、作战范围被大大拓展，达到100万平方公里，可实现更大面积海域的作战优势。这种分布式作战理念将现有编队的集中式防空、反舰、反潜模式转化为在更大海域范围内的分布式、灵活性、动态化打击样式，迫使对手投入更多的资源开展体系对抗。
CDMaST技术结合传统作战平台所具备的目标监视与目标指示能力将为新型武器开发需求提供牵引作用。由于CDMaST作战需要，未来很可能将开发出低成本、高效费比、可大规模应用的水面/水下平台、传感器、武器设备。

三、应用影响

无人系统的大量应用，对降低海军作战成本、提高探测范围、增强系统作战自主性有着深刻的影响。在单一平台装备方面，美国主要对其自主性、续航性进行了研究，并试图降低装备成本，增强装备间协同作战能力，提高作战效费比；在体系建设方面，美国试图建设以CDMaST体系为代表的跨域协同作战网，将无人飞行器、无人舰艇以及各类传感器通过“系统之系统”架构有机结合起来，扩大作战范围，增强体系作战能力。总体而言，美国正试图通过无人系统的体系化应用，颠覆传统的舰队打击群的海战模式，将大大扩张了海域探测监视范围，具备更强的作战灵活性和打击效率，这种革新化作战模式值得我国对此高度关注。

（全文完）

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