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资讯 > 智能硬件 > 国外海洋无人航行器的发展现状及趋势
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国外海洋无人航行器的发展现状及趋势

时间:10-26 00:00 阅读:4853次 转载来源:战略前沿技术

远望智库:与智者同行,为创新加速

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来源:溪流之海洋人生

作者:代威 张雯 张沥 解春雷 惠俊鹏

目前,以计算机为代表的信息技术极大地推动了经济、军事、科技等现代社会各领域的变革。无人航行器的发展已经逐渐得到军事强国的高度重视,美国和欧洲遥遥领先其他国家,引领着无人航行器的发展。美国国防部自2000年起先后发布了6份无人航行器发展路线图, 2013年12月发布的《2013-2038 年无人航行器综合路线图》,描述了空中、海上、地面无人航行器发展趋势与特点,提出了未来25年美军无人航行器发展的总体思路和具体构建。在军事领域,以无人舰为代表的海洋无人航行器发展迅速,现已开始大量装备各国军队。本文对国外海洋无人航行器进行了梳理并对其发展趋势进行分析。

一、水面无人航行器

水面无人艇发展至今虽已有70多年的历史,但相较于无人机、无人车系统,水面无人艇还是一个较为陌生的无人系统平台。水面无人艇是指那些可由水面舰船或岸基布放回收,以半自主或全自主方式在水面航行的无人化、智能化作业平台。由于在第二次海湾战争时期无人艇的优异表现增加了世界各国海军对无人艇的兴趣,目前,美、英、法、以色列、日本等国都在不断研发先进的高速水面无人艇,以增强其海军战斗力。从发展现状来看,无人艇的功能集成正在日益增多,船型正在由单体向多体等高性能船舶发展,使用范围也在不断拓展。目前,无人艇发展典型代表有美国的“Autocat”和“Spartan”无人艇、以色列的“Protector”和“Stingray”无人艇、葡萄牙的“Delfim”无人艇、意大利的“Charlie”无人艇和英国的“Springer”无人艇等。

“Sparatan”无人艇项目由美国主持,联合法国、新加坡共同研制。“Sparatan”试验艇搭载于“葛底斯堡”号导弹巡洋舰,其参加了波斯湾作战行动后,美国海军部根据其试验结果开始大规模的研制工作,并将其列入濒海战斗舰( Littoral Combat Ship,LCS)的全套武器装备清单中。“Sparatan”无人艇有两种设计方案,均为硬壳充气型高速滑行艇,它既能自主航行也可遥控操纵,艇长11m,排水量2.3t,最高航速可达50 kn,自持力可达12h,可搭载1350~2300kg的有效载荷。

2003年以色列拉斐尔公司与航空防务系统公司共同开发了著名的“Protector”号无人艇。该艇于2005年开始装备部队,用于执行保卫领水和近岸水域任务,在试验和使用过程中显示出了较高的战术技术性能,是以色列无人艇研究的典型代表。该艇艇长9m,排水量4t,最高航速40kn,最大载荷1t,续航力约8h,艇上装备1挺7.62mm或12.7mm机枪,同时备有电动机械瞄准传动装置的火控系统,有遥控和自主两种控制模式。

法国在无人艇领域的典型代表主要有ACSA公司的“Basil”号、Sirehna公司的“Rodeur”号无人高速滑行艇,其中“Rodeur”水面无人艇可执行多种任务,包括反水雷、反潜、侦察监视、海上安防、海洋环境探测及调查等。

日本对无人艇的相关研究工作也开展得相对较早。日本Yamaha公司研发的无人高速军用艇(UMV-H)采用深V形设计,长4.44m,最大航速40kn,兼具遥控和自主两种模式。

“Charlie”号双体无人艇由意大利机器人技术集团研发,该艇艇长2.4m,宽1.7m,并配备GPS 及KVH型陀螺仪,其电力推进系统设计为铅酸电池、太阳能电池板联合供电,螺旋桨推进。此外,英、德、葡萄牙等国也研发了各自的水面无人艇,如“Springer”“Swordfish”和“See-Wiessel”等。

二、水下无人航行器

无人水下航行器的研制最早始于20世纪50年代末,主要用于海洋科学研究。20世纪70年代,无人水下航行器常通过遥控方式用来执行搜探失事潜艇、反水雷等军事任务。20世纪80、90年代,随着小型化组合导航、远程水下通信、小型低能耗计算机等技术的突破,无人水下航行器开始具备半自主控制能力,但由于成本高,未正式列装。到20世纪90年代末,随着技术的进一步成熟,无人水下航行器在民用领域得到了广泛应用,并借助成熟商用技术使其成本明显降低,逐步出现具备反水雷等功能的无人水下航行器并装备部队。21世纪以来,无人水下航行器的自主控制水平和推进动力得到了进一步提高,其任务开始向反潜、水下侦察等领域扩展。期间,美国先后两次修改了无人水下航行器的发展规划,在2007 年后,将空中、水下和地面多维空间的无人系统进行整合,每两年发布一次《无人系统发展路线图》并滚动修订,最新版截至为2013年发布的《无人系统综合路线图(2013-2038)》。对军用无人水下航行器发展影响较大的是2011年美海军发布的《水下战纲要》,其中提出要加强对大型无人水下航行器、特种作战航行器、水下分布式网络、全球快速打击系统等有效负载的利用。针对所开发的有实用价值的研制样机( 如大排量无人水下航行器) ,为能尽快列入部队服役,2016年美国防部变革了无人水下航行器的采购办法,采用边研制边采购入役的办法,以期缩短获得新研无人水下航行器的采购时间。无人水下系统和无人水面舰艇主要执行反水雷、情报监视侦察、反潜、港口保护等任务,服役数量正在增加,目前正在发展精确打击、编队蜂群作战等能力。欧洲针对无人水下航行器的研究一直在展开,一些关键技术的研究更优先于美国。2010年,欧洲防务局(European defense agency,EDA) 发布了《海上无人系统方法与协调路线图》,提出协调欧洲各国力量,共同促进无人水下航行器等系统的发展。

美国有多型在研和在役无人水下航行器,覆盖各种排水量和动力类型。其中,便携型无人水下航行器2型,均在役,全部用于反水雷;轻型无人水下航行器中,4型用于反水雷,1型用于海洋环境调查,均在役;重型无人水下航行器中,在役3型,在研多型,且多型用于反水雷,1型用于情报侦察,1型用于海洋环境调查; 大型无人水下航行器中,目前多型在研,近期即将服役的是LD无人水下航行器,其余皆处在论证与研发阶段。上述多型无人水下航行器中,仅1型为滑翔式,其余均为电动力推进型。美国研发的无人水下航行器在动力(比能210Wh/kg)、自主化水平( 等级达6级) 、导航精度(航程×0.1%) 及水声通信(10~ 20km范围内速率达330b/s)等关键技术领域均处于世界领先地位。其服役的典型型号有SAHRV(便携型)、SMCM 增量2(轻型)和BPAUV(battlespace preparation AUV)(重型)等。SAHRV是REMUS-100的军用版,在原版基础上更换了声呐等任务模块,已装备“奥斯汀”级两栖船坞运输舰,并同时向英国、比利时、德国、荷兰、新西兰和新加坡等国出售,是目前销售数量最多、应用范围最广的反水雷无人水下航行器。SMCM 增量2型是在民用无人水下航行器“金枪鱼-12”的基础上发展而成,可由水面舰艇上的A型吊架布放和回收,原计划用于反水雷。由于发展重点调整,美国已停止该无人水下航行器的进一步研发,转而发展重型的SMCM 增量3型无人水下航行器。BPAUV 是在民用无人水下航行器“金枪鱼-21”的基础上发展而来,曾多次参加美国舰队的作战演习及海上试验,目前已装备近海战斗舰,主要用于反水雷。

此外,美国WHOI 的ABE AUV最大潜深达6000m,最大速度2kn,巡航速度1kn,考察距离≥30km,考察时间≥50h,可在没有母船支持下,长时间执行海底科考任务,它是对载人水下航行器和ROV的补充,已构成科学的深海考察综合体系,为载人水下航行器提供考察目的地的详细信息。由美国Hydroid公司生产的REMUS是先进的无人水下航行器系列产品。其中REMUS 6000工作深度25~6000m,高度模块化,代表了无人水下航行器的最高水平。

欧洲主要有挪威、英国、法国、德国及瑞典等国在研制无人水下航行器,在锂离子电池、导航等关键技术领域与美国水平相当或接近。挪威原有“休金”系列无人水下航行器,收购美国海德罗伊德公司后,先后研制出包括“休金”系列3型、REMUS系列3型、Seaglider滑翔式UUV等多款成熟产品,型号数量仅次于美国。法国拥有“阿里斯特(Alister)”系列无人水下航行器,其中“Alister-9”为军用无人水下航行器。该无人水下航行器于2013年7月开始海试,已有6艘先后服役,服役后其名称变更为“Alister-100s”。德国有3型军用无人水下航行器,分别是“海獭”MKⅠ、MKⅡ型和Deep C,前者由丹麦早期的“马瑞丹-600”型民用无人水下航行器升级而来,有试验性质,已交付使用;“海獭”MKⅡ是德国最先进的无人水下航行器,采用模块化设计,目前尚处于在研阶段;Deep C已交付德国海军用于试验。这3款无人水下航行器均可用于反水雷,Deep C还可执行侦察、通信任务。瑞典拥有2型无人水下航行器,分别是“双鹰SAROV”和“AUV 62 MR”。前者能在遥控与自主间切换使用,尚处于试验状态;后者主要装备于潜艇,已获多个订单,可用于反水雷及反潜战训练诱饵。

俄罗斯对无人水下航行器的研究始于20世纪60年代末期,先后研制了MT-88(1988 年)、“管道海狮”(1994年)等,主要用于深海水下搜索或海图绘制。20世纪90年代之后,由于经济原因停止了相关研发,直到2012年8月,才重新宣布为水下特种作战研发无人水下航行器。

日本自研无人水下航行器主要用于石油勘探、深海打捞等民用领域,技术水平与欧美相当,但没有自研军用无人水下航行器,其海上自卫队使用的无人水下航行器多外购美国,典型型号包括REMUS-600 和Gavia。此外,日本的R2D4 水下机器人长4.4m,宽1.08m,高0.81m,重1.06kg,最大潜深4000m,能自主收集数据,可用于探测喷涌热水的海底火山、沉船、海底矿产资源和生物等。

韩国的无人水下航行器主要用于深海探测,典型民用型号为OKPO - 6000,尚无军用无人水下航行器服役。印度军用无人水下航行器尚处于实验室开发阶段,主要在研产品为“玛雅”。

三、结论

海洋无人航行器具有机动灵活、成本低廉、无伤亡、适合大规模生产、可在各种环境甚至高危海域执行任务等优点,可携带多种类型的传感器或武器,执行探测、打击任务,因此各国积极发展高度自主化的无人水面及水下系统,高度重视水面及水下无人航行器作战价值,促进实战能力发展; 同时不断攻关水面及水下关键技术,推动无人航行器多样化发展,提升无人航行器作战效能,使作战能力逐步增强。

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